JP6248031B2 - Optical amplifier, optical amplification system, wavelength converter, optical amplification method, and optical communication system - Google Patents

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    • G02F1/39Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
    • G02F1/395Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves in optical waveguides

Description

本発明は、光増幅器、光増幅システム、波長変換器、光増幅方法およびこれを用いた光通信システムに関するものである。   The present invention relates to an optical amplifier, an optical amplification system, a wavelength converter, an optical amplification method, and an optical communication system using the same.

光通信において、光増幅器は欠かせないものとなっている。現在の光通信システムにおいて、光通信帯の光増幅器または光増幅システムとして、EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)、Ramanアンプ、またはRaman増幅システムが実用化されている。   In optical communications, optical amplifiers are indispensable. In the current optical communication system, an EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier), a Raman amplifier, or a Raman amplification system is put to practical use as an optical amplifier or an optical amplification system in the optical communication band.

その一方で、特許文献1に開示されるような、光増幅に光ファイバ中の非線形効果を利用した光パラメトリック増幅器(OPA: Optical Parametric Amplifier)は実用に至っていない。実用に至らない大きな要因は、増幅帯域が狭いことや、利得スペクトルが平坦でないことが挙げられる。なお、OPAは波長変換器としても利用される。また、光ファイバ中の非線形効果を利用した光増幅器としては、位相感応光増幅器(PSA:Phase Sensitive Amplifier)がある。   On the other hand, an optical parametric amplifier (OPA) that utilizes a nonlinear effect in an optical fiber for optical amplification as disclosed in Patent Document 1 has not been put into practical use. Major factors that are not practical are the narrow amplification band and the non-flat gain spectrum. OPA is also used as a wavelength converter. Further, as an optical amplifier using a nonlinear effect in an optical fiber, there is a phase sensitive optical amplifier (PSA).

特開2008−89781号公報JP 2008-89781 A 国際出願PCT/JP2012/055596号International Application PCT / JP2012 / 055596

OPAの利得スペクトルを平坦にする方法に、ポンプ光を2つ用いる方法がある。ここで、2つのポンプ光の波長は、増幅を行う光ファイバのゼロ分散波長を中心としたほぼ対称の波長にある短波側と長波側の両波長に、それぞれ設定する。しかしながら、ポンプ光を2つ用いる構成は、コストが増大するため実用的な構成ではない場合がある。そのため、本明細書では、主にポンプ光を1つだけ用いるOPAについて議論するが、本発明はこれに限定されるものではない。   As a method for flattening the gain spectrum of OPA, there is a method using two pump lights. Here, the wavelengths of the two pump lights are set to both the short wavelength side and the long wavelength side, respectively, which are substantially symmetrical wavelengths around the zero dispersion wavelength of the optical fiber to be amplified. However, the configuration using two pump lights may not be a practical configuration because the cost increases. Therefore, although this specification mainly discusses OPA using only one pump light, the present invention is not limited to this.

ポンプ光を1つだけ用いるOPAの典型的な利得スペクトルは、ポンプ光波長における利得が最も小さく、ポンプ光波長から数nmから数十nm離れた長波長側と短波長側の両波長に最大値を持つ形状である。EDFAやラマンアンプの利得スペクトルとは異なり、上記のようなOPAの利得スペクトルの平坦性は低く、実用的ではない。   The typical gain spectrum of an OPA that uses only one pump beam has the smallest gain at the pump beam wavelength, and maximum values for both the long wavelength side and the short wavelength side that are several to tens of nm away from the pump beam wavelength. It is a shape with Unlike the gain spectrum of EDFA or Raman amplifier, the flatness of the gain spectrum of OPA as described above is low and is not practical.

OPAやPSAを実用的な光増幅器とするためには、少なくとも、増幅対象の波長帯域における最大利得と最小利得との差が1dB以内であるような利得スペクトルの平坦性を有することが好ましい。   In order to make OPA or PSA a practical optical amplifier, it is preferable to have flatness of the gain spectrum such that the difference between the maximum gain and the minimum gain in the wavelength band to be amplified is within 1 dB.

本発明の発明者は、特許文献2において、利得スペクトルの平坦性と広帯域性とを実現するために、シグナル光およびポンプ光が入力されるとともに、1つ以上の相対位相シフタを挿入した増幅用光ファイバを備える光増幅器を開示している。   In the patent document 2, the inventor of the present invention, in order to realize the flatness and wide bandwidth of the gain spectrum, the signal light and the pump light are input and one or more relative phase shifters are inserted. An optical amplifier comprising an optical fiber is disclosed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、利得スペクトルの平坦性と広帯域性とをより好適に実現できる光増幅器、光増幅システム、波長変換器、光増幅方法および光通信システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides an optical amplifier, an optical amplification system, a wavelength converter, an optical amplification method, and an optical communication system that can more suitably realize gain spectrum flatness and broadband characteristics. The purpose is to do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光増幅器は、増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、前記増幅用光ファイバは、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、後段側に接続された増幅段に出力することを特徴とする。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical amplifier according to the present invention includes an amplification optical fiber and pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber. An optical amplifier having a pump light source for supplying to an optical fiber, wherein the amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that changes a relative phase, and a front stage side of the relative phase shifter And a nonlinear constant γ and length L of the amplification optical fiber of the amplification stage and the amplification of the amplification stage so that the relative phase regarding the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to The product γPL with the input power P of the pump light to the optical fiber is set, and the relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π and outputs it to the amplification stage connected to the rear stage side You It is characterized in.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記相対位相シフタのうちの或る相対位相シフタの相対位相シフト量よりも、その後段の或る相対位相シフタの相対位相シフト量が小さいことを特徴とする。   The optical amplifier according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the relative phase shift amount of a certain relative phase shifter in the subsequent stage is smaller than the relative phase shift amount of a certain relative phase shifter among the relative phase shifters. And

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記相対位相シフタの相対位相シフト量が後段に向かって小さくなっていることを特徴とする。   The optical amplifier according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the relative phase shift amount of the relative phase shifter decreases toward the subsequent stage.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記相対位相シフタの相対位相シフト量は、初段の前記相対位相シフタの相対位相シフト量よりもX[dB]小さいことを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB] in the above-described invention. The relative phase shift amount of the relative phase shifter is smaller by X [dB] than the relative phase shift amount of the first relative phase shifter.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバのγPLは、前記相対位相シフタが有するロスに起因する相対位相のずれを補償するように設定されていることを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, in the above invention, the γPL of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is set so as to compensate for a relative phase shift caused by the loss of the relative phase shifter. It is characterized by being.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの長さよりも、後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの長さが長いことを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, in the above invention, the length of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage is longer than the length of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the front stage. It is characterized by.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記増幅段の増幅用光ファイバの長さが後段に向かって長くなっていることを特徴とする。   The optical amplifier according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the length of the amplification optical fiber of the amplification stage becomes longer toward the subsequent stage.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記増幅用光ファイバの長さは、初段の前記増幅用光ファイバの長さよりもX[dB]長いことを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB] in the above-described invention. The length of the amplification optical fiber is X [dB] longer than the length of the first amplification optical fiber.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数よりも、後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数が大きいことを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, in the above invention, the nonlinear constant of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage is larger than the nonlinear constant of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the front stage. It is characterized by that.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数が後段に向かって大きくなっていることを特徴とする。   The optical amplifier according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the nonlinear constant of the amplification optical fiber of the amplification stage increases toward the subsequent stage.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記増幅用光ファイバの非線形定数は、初段の前記増幅用光ファイバの非線形定数よりもX[dB]大きいことを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB] in the above-described invention. The nonlinear constant of the amplification optical fiber is X [dB] larger than the nonlinear constant of the amplification optical fiber in the first stage.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記各増幅段の増幅用光ファイバ中で発生した前記ポンプ光の非線形位相シフト量と、前記各増幅段の増幅用光ファイバと同一段の前記各相対位相シフタの相対位相シフト量の1/2とが、誤差10%の範囲で一致することを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, the nonlinear phase shift amount of the pump light generated in the amplification optical fiber of each amplification stage in the above invention, and each of the stages in the same stage as the amplification optical fiber of each amplification stage, It is characterized in that ½ of the relative phase shift amount of the relative phase shifter coincides with an error of 10%.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記各相対位相シフタは、相対位相シフト量が同一であり、かつ互いに異なるロスを有し、前記各増幅段の増幅用光ファイバは、光学特性として少なくとも非線形定数およびロスが同一であり、前記光の入力側から見てN段目の前記増幅用光ファイバの長さが、次式で規定されることを特徴とする。
P初段×L初段=PN段目×LN段目
ここで、P初段は初段の増幅用光ファイバに入力するポンプ光のパワーであり、L初段は初段の増幅用光ファイバの長さであり、PN段目はN段目の増幅用光ファイバに入力するポンプ光のパワーであり、LN段目はN段目の増幅用光ファイバの長さである。
The optical amplifier according to the present invention is the optical amplifier according to the present invention, wherein the relative phase shifters have the same relative phase shift amount and have different losses, and the amplification optical fibers of the amplification stages have optical characteristics. At least the nonlinear constant and the loss are the same, and the length of the amplification optical fiber at the Nth stage when viewed from the light input side is defined by the following equation.
P first stage × L first stage = P N stage × L N stage
Here, the P first stage is the power of the pump light input to the first stage amplification optical fiber, the L first stage is the length of the first stage amplification optical fiber, and the PN stage is the N stage amplification optical fiber. L N stage is the length of the N-stage amplification optical fiber.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記増幅段の増幅用光ファイバの長さを有効長に置き換えて設定が行われていることを特徴とする。   The optical amplifier according to the present invention is characterized in that in the above invention, the length of the amplification optical fiber of the amplification stage is set to an effective length.

本発明に係る光増幅器は、上記発明において、前記相対位相シフタの少なくとも一つは、前記相対位相シフタに光を入出力させるためのピッグテールファイバを備えた相対位相シフタモジュールとして構成されており、前記ピッグテールファイバの分散は、動作波長の全域において、-2[ps/nm/km]以上2[ps/nm/km]以下であることを特徴とする。   In the optical amplifier according to the present invention, in the above invention, at least one of the relative phase shifters is configured as a relative phase shifter module including a pigtail fiber for inputting / outputting light to / from the relative phase shifter, The dispersion of the pigtail fiber is characterized in that it is not less than −2 [ps / nm / km] and not more than 2 [ps / nm / km] in the entire operating wavelength.

本発明に係る光増幅システムは、上記発明の光増幅器を備えたことを特徴とする。   An optical amplification system according to the present invention includes the optical amplifier according to the present invention.

本発明に係る光通信システムは、上記発明の光増幅器を備えたことを特徴とする。   An optical communication system according to the present invention includes the optical amplifier according to the present invention.

本発明に係る波長変換器は、上記発明の光増幅器を備えたことを特徴とする。   A wavelength converter according to the present invention includes the optical amplifier according to the above invention.

本発明に係る光増幅方法は、増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給する光増幅方法であって、前記増幅用光ファイバは、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、前記相対位相シフタが、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、後段側に接続された増幅段に出力することを特徴とする。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical amplification method according to the present invention is an optical amplification method for supplying pump light for amplifying signal light incident on an amplification optical fiber to the amplification optical fiber, the amplification optical fiber being a relative The relative phase shifter that changes the phase is divided into a plurality of amplification stages, and the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the front stage side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. As described above, the product γPL of the nonlinear constant γ and the length L of the amplification optical fiber of the amplification stage and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set, and the relative phase shifter is The relative phase is changed to a value smaller than 0.5π and output to the amplification stage connected to the rear stage side.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump

本発明によれば、利得スペクトルの平坦性と広帯域性とをより好適に実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the flatness of the gain spectrum and the broadband property can be realized more suitably.

図1は、増幅用光ファイバに入力する光と出力される光を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating light input to and output from an amplification optical fiber. 図2は、増幅用光ファイバに入力する光と出力される光を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating light input to and output from the amplification optical fiber. 図3は、増幅媒体である増幅用光ファイバ内に相対位相シフタを挿入する構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram in which a relative phase shifter is inserted into an amplification optical fiber that is an amplification medium. 図4は、光増幅器の一構成例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an optical amplifier. 図5は、相対位相シフタが無い場合の、出力シグナル光パワーのスペクトルである。FIG. 5 is a spectrum of output signal light power when there is no relative phase shifter. 図6は、相対位相シフタが無い場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 6 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when there is no relative phase shifter. 図7は、相対位相シフタが無い場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 7 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplification optical fiber when there is no relative phase shifter. 図8は、ロスの無い相対位相シフタを挿入した場合の、出力シグナル光パワーのスペクトルである。FIG. 8 shows a spectrum of output signal light power when a lossless relative phase shifter is inserted. 図9は、ロスの無い相対位相シフタを挿入した場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 9 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when a lossless relative phase shifter is inserted. 図10は、ロスの無い相対位相シフタを挿入した場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 10 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplification optical fiber when a lossless relative phase shifter is inserted. 図11は、ロスを有する相対位相シフタを挿入した場合の、出力シグナル光パワーのスペクトルである。FIG. 11 is a spectrum of output signal light power when a relative phase shifter having a loss is inserted. 図12は、ロスを有する相対位相シフタを挿入した場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 12 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted. 図13は、ロスを有する相対位相シフタを挿入した場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 13 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplification optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted. 図14は、ロスを有する相対位相シフタを挿入し、そのロスを考慮して増幅用光ファイバの長さを調整した場合の、出力シグナル光パワーのスペクトルである。FIG. 14 is a spectrum of output signal light power when a relative phase shifter having a loss is inserted and the length of the amplification optical fiber is adjusted in consideration of the loss. 図15は、ロスを有する相対位相シフタを挿入し、そのロスを考慮して増幅用光ファイバの長さを調整した場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 15 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted and the length of the amplification optical fiber is adjusted in consideration of the loss. is there. 図16は、ロスを有する相対位相シフタを挿入し、そのロスを考慮して増幅用光ファイバの長さを調整した場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。FIG. 16 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplifying optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted and the length of the amplifying optical fiber is adjusted in consideration of the loss. . 図17は、相対位相シフタとして使用できる反射型誘電体多層膜フィルタの反射位相と反射ロスのスペクトルの例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of the reflection phase and reflection loss spectrum of a reflective dielectric multilayer filter that can be used as a relative phase shifter. 図18Aは、反射型誘電体フィルタを用いた相対位相シフタの外観の模式図である。FIG. 18A is a schematic diagram of the appearance of a relative phase shifter using a reflective dielectric filter. 図18Bは、反射型誘電体フィルタを用いた相対位相シフタの構成例を示す模式図である。FIG. 18B is a schematic diagram illustrating a configuration example of a relative phase shifter using a reflective dielectric filter. 図19は、反射型誘電体多層膜フィルタを用いた相対位相フィルタのモジュールの構成例を示す模式的な切欠断面図である。FIG. 19 is a schematic cutaway cross-sectional view showing a configuration example of a relative phase filter module using a reflective dielectric multilayer filter. 図20は、誘電体多層膜フィルタの構成の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a configuration of a dielectric multilayer filter. 図21は、誘電体多層膜フィルタの測定系の一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a measurement system for a dielectric multilayer filter. 図22は、誘電体多層膜フィルタの構成の別の一例を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing another example of the configuration of the dielectric multilayer filter. 図23は、誘電体多層膜フィルタの測定系の別の一例を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating another example of the measurement system for the dielectric multilayer filter. 図24は、実験系の構成を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing the configuration of the experimental system. 図25は、図24の実験系で測定した光増幅体の利得スペクトルを示す図である。FIG. 25 is a diagram showing the gain spectrum of the optical amplifier measured in the experimental system of FIG.

以下に、図面を参照して本発明に係る光増幅器、光増幅システム、波長変換器、光増幅方法および光通信システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments of an optical amplifier, an optical amplification system, a wavelength converter, an optical amplification method, and an optical communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected suitably to the same or corresponding element.

特許文献2に開示される光増幅器の構成では、互いに同じ光学特性でかつ同じ長さの増幅用光ファイバと、互いに同じ相対位相シフト量で光損失(ロス)が無い相対位相シフタとを交互に接続した場合に、シグナル光の利得スペクトルがもっとも平坦かつ広帯域になる。   In the configuration of the optical amplifier disclosed in Patent Document 2, amplification optical fibers having the same optical characteristics and the same length and relative phase shifters having the same relative phase shift amount and no optical loss (loss) are alternately used. When connected, the gain spectrum of the signal light is the flattest and broadband.

しかしながら、相対位相シフタや増幅用光ファイバにロスが存在し、または増幅用光ファイバ同士の融着接続においてロスが発生する場合には、理想的な擬似位相整合が得られず、シグナル光の利得スペクトルもしくはアイドラ光の波長変換効率スペクトルの平坦性と帯域が失われる場合がある。   However, if there is a loss in the relative phase shifter or the amplification optical fiber, or a loss occurs in the fusion splicing between the amplification optical fibers, ideal quasi-phase matching cannot be obtained, and the gain of the signal light The flatness and band of the spectrum or idler wavelength conversion efficiency spectrum may be lost.

これに対して、以下に説明する本発明の実施の形態では、用いる相対位相シフタ等の光デバイス、増幅用光ファイバまたは融着接続箇所等にロスがある場合においても、より好適な擬似位相整合を実現し、より好適な平坦性と広帯域性とを有するシグナル光の利得スペクトルもしくはアイドラ光の波長変換効率スペクトルを実現できる。たとえば、本発明の実施の形態によって実現される平坦性と波長帯域は、上述したロスが無いときの平坦性および波長帯域の計算値と、20%以下のずれ量で一致し得る。ここで、平坦性は、たとえば所定の波長帯域内での利得の最大値と最小値との偏差によって表すことができる。   On the other hand, in the embodiment of the present invention described below, even when there is a loss in an optical device such as a relative phase shifter to be used, an optical fiber for amplification, or a fusion splicing portion, a more suitable pseudo phase matching Thus, it is possible to realize a gain spectrum of signal light or a wavelength conversion efficiency spectrum of idler light having more preferable flatness and broadband characteristics. For example, the flatness and the wavelength band realized by the embodiment of the present invention can coincide with the calculated values of the flatness and the wavelength band when there is no loss as described above with a deviation amount of 20% or less. Here, the flatness can be expressed, for example, by a deviation between the maximum value and the minimum value of the gain within a predetermined wavelength band.

以下OPAは、次の状態を指す。図1は、OPAにおいて増幅用光ファイバに入力する光と出力される光を示す図である。ポンプ光と被増幅光であるシグナル光とを増幅媒体である増幅用光ファイバ1に入力する。増幅用光ファイバ1中で、ポンプ光とシグナル光との非線形効果によりアイドラ光が発生する。このアイドラ光の波長λidler[nm]は、ポンプ光の波長λpump[nm]とシグナル光の波長λsignal[nm]と次の関係を持つ。   Hereinafter, OPA indicates the following state. FIG. 1 is a diagram illustrating light input to and output from an amplification optical fiber in OPA. Pump light and signal light that is light to be amplified are input to an amplification optical fiber 1 that is an amplification medium. In the amplification optical fiber 1, idler light is generated due to the nonlinear effect of pump light and signal light. The wavelength λidler [nm] of the idler light has the following relationship with the wavelength λpump [nm] of the pump light and the wavelength λsignal [nm] of the signal light.

1/λidler=2/λpump-1/λsignal     1 / λidler = 2 / λpump-1 / λsignal

また、本明細書におけるPSAは次の状態を指す。図2は、PSAにおいて増幅用光ファイバに入力する光と出力される光を示す図である。ポンプ光とシグナル光に加えて、シグナル光に対して1/10倍〜10倍のパワーを持つアイドラ光を増幅用光ファイバ1に入力する。増幅用光ファイバ1の出力では、ポンプ光と増幅されたシグナル光と増幅されたアイドラ光が出力される。このアイドラ光の波長は、前記OPAのアイドラ光と同じく、次の関係で決まる。   Moreover, PSA in this specification refers to the following state. FIG. 2 is a diagram showing light input to and output from the amplification optical fiber in the PSA. In addition to the pump light and the signal light, idler light having a power 1/10 to 10 times that of the signal light is input to the amplification optical fiber 1. At the output of the amplification optical fiber 1, pump light, amplified signal light, and amplified idler light are output. The wavelength of this idler light is determined by the following relationship, like the idler light of the OPA.

1/λidler=2/λpump-1/λsignal     1 / λidler = 2 / λpump-1 / λsignal

OPAおよびにPSAの利得スペクトル波形を波長領域で平坦かつ広帯域にするために、増幅媒体である増幅用光ファイバに相対位相をずらす相対位相シフタを1ヶ所以上挿入する。図3は、増幅媒体である増幅用光ファイバ1に相対位相シフタ2を挿入する構成図である。増幅用光ファイバ1は、相対位相シフタ2によって複数の増幅段に区切られる。このように、増幅用光ファイバ1に相対位相シフタ2を挿入した構成を光増幅体100とする。光増幅体100では、増幅用光ファイバ1と相対位相シフタ2とが交互に接続される。図3において、光はたとえば紙面右側の増幅用光ファイバ1から入力される。また、本明細書では、光の入力側から見て、1つの増幅段の増幅用光ファイバ1とこれに続く2つの相対位相シフタ2との組み合わせを1つの段と考える。図3の光増幅体100は3段構成である。なお、光の出力側(たとえば紙面左側)の増幅用光ファイバ1は段数に含めないものとする。また、3段構成は例示であって、光増幅体の段数は特に限定されない。   In order to make the gain spectrum waveform of OPA and PSA flat and wide in the wavelength region, one or more relative phase shifters for shifting the relative phase are inserted into an amplification optical fiber as an amplification medium. FIG. 3 is a configuration diagram in which a relative phase shifter 2 is inserted into an amplification optical fiber 1 that is an amplification medium. The amplification optical fiber 1 is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter 2. In this way, the configuration in which the relative phase shifter 2 is inserted into the amplification optical fiber 1 is referred to as an optical amplifying body 100. In the optical amplifying body 100, the amplification optical fiber 1 and the relative phase shifter 2 are alternately connected. In FIG. 3, light is input from, for example, the amplification optical fiber 1 on the right side of the drawing. Further, in this specification, when viewed from the light input side, a combination of the amplification optical fiber 1 of one amplification stage and the following two relative phase shifters 2 is considered as one stage. The optical amplifying body 100 in FIG. 3 has a three-stage configuration. Note that the amplification optical fiber 1 on the light output side (for example, the left side of the drawing) is not included in the number of stages. Further, the three-stage configuration is an example, and the number of stages of the optical amplifying body is not particularly limited.

ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal[radian]、アイドラ光の位相φidler[radian]、ポンプ光の位相φpump[radian]を用いて、以下の式で記述される量である。   Here, the relative phase φrel is an amount described by the following equation using the phase φsignal [radian] of the signal light, the phase φidler [radian] of the idler light, and the phase φpump [radian] of the pump light.

φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump[radian] φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump [radian]

相対位相シフタ2は、相対位相φrelを、入力するポンプ光のパワーや増幅用光ファイバ1の分散特性などに応じて、適切な量ずらす。増幅用光ファイバ1の長さや分散は、必要とされる利得スペクトル波形に応じて適切に設定する。ここで、Δk=ksignal+kidler-2kpumpで定義される。ksignal、kidler、kpumpは各光の波数である。zは増幅用光ファイバ1における各光の伝搬距離である。 The relative phase shifter 2 shifts the relative phase φrel by an appropriate amount according to the power of the input pump light, the dispersion characteristic of the amplification optical fiber 1 and the like. The length and dispersion of the amplification optical fiber 1 are appropriately set according to the required gain spectrum waveform. Here, Δk = ksignal + kidler−2kpump. ksignal, kidler and kpump are wave numbers of each light. z is the propagation distance of each light in the amplification optical fiber 1.

相対位相シフタ2の設置により、増幅用光ファイバ1に相対位相シフタを挿入しない場合では得られない利得スペクトルの平坦性が実現する。また、同時に相対位相シフタが無い場合より低い雑音指数(NF:Noise Figure)が得られる。   The installation of the relative phase shifter 2 realizes gain spectrum flatness that cannot be obtained without inserting the relative phase shifter into the amplification optical fiber 1. At the same time, a noise figure (NF: Noise Figure) lower than that without the relative phase shifter is obtained.

本発明の実施の形態として、OPAもしくはPSAとして動作する光ファイバ増幅器の一構成例を図4に示す。この光ファイバ増幅器200の増幅用光ファイバ1にたとえば図3のように相対位相シフタ2を挿入し、増幅用光ファイバ1と相対位相シフタ2とを交互に接続する構成とすることができる。OPA動作時は、不図示のポンプ光源から供給されるポンプ光と、シグナル光が光カプラ3により合波される。PSA動作時は、ポンプ光、シグナル光およびにアイドラ光が光カプラ3により合波される。合波された各光は、増幅用光ファイバ1に入力される。増幅用光ファイバ1中の非線形効果によりシグナル光は増幅される。シグナル光を選択的に透過する光バンドパスフィルタ4により、増幅用光ファイバ1から出力された光から、増幅されたシグナル光が取り出され、光増幅器としての機能が実現する。   As an embodiment of the present invention, FIG. 4 shows a configuration example of an optical fiber amplifier operating as OPA or PSA. For example, a relative phase shifter 2 is inserted into the amplification optical fiber 1 of the optical fiber amplifier 200 as shown in FIG. 3, and the amplification optical fiber 1 and the relative phase shifter 2 are alternately connected. During OPA operation, pump light supplied from a pump light source (not shown) and signal light are combined by the optical coupler 3. During the PSA operation, the pump light, the signal light, and the idler light are combined by the optical coupler 3. The combined lights are input to the amplification optical fiber 1. The signal light is amplified by the nonlinear effect in the amplification optical fiber 1. The optical band-pass filter 4 that selectively transmits the signal light extracts the amplified signal light from the light output from the amplification optical fiber 1 and realizes a function as an optical amplifier.

ここで、光カプラ3は、WDMカプラやC/Lカプラでも良い。また、光バンドパスフィルタ4も、WDMカプラやC/Lカプラに置き換え可能である。ここで、Cバンドはたとえば1530nm〜1565nmの波長帯域である。Lバンドはたとえば1565nm〜1620nmの波長帯域である。C/Lカプラは、ローパスフィルタもしくはハイパスフィルタを利用して、両バンドを合波する機能を持つ光カプラである。   Here, the optical coupler 3 may be a WDM coupler or a C / L coupler. The optical bandpass filter 4 can also be replaced with a WDM coupler or a C / L coupler. Here, the C band is, for example, a wavelength band of 1530 nm to 1565 nm. The L band is, for example, a wavelength band of 1565 nm to 1620 nm. The C / L coupler is an optical coupler having a function of combining both bands using a low-pass filter or a high-pass filter.

さらに、増幅用光ファイバ1の非線形定数は、XPM法(Cross Phase Modulation Method)により測定された値で10[1/W/km]以上であると、OPAもしくはPSA動作に必要なファイバ長が1kmよりも短くなり、実装が容易となる。増幅用光ファイバ1の波長分散特性については、ゼロ分散がポンプ光波長λpump[nm]の前後10nm以内にあり、分散スロープの絶対値が0.05[ps/nm2/km]以下であると、増幅帯域が広帯域になり、増幅器としての機能が高まる。または、増幅用光ファイバ1の波長分散が、増幅対象の波長帯域において、0.0[ps/nm/km]±1.0[ps/nm/km]の範囲にあっても、増幅用光ファイバ1が前記波長分散特性の場合と同様に、増幅帯域が広帯域になり、光増幅器としての機能が高まる。Furthermore, if the nonlinear constant of the amplification optical fiber 1 is 10 [1 / W / km] or more as measured by the XPM method (Cross Phase Modulation Method), the fiber length required for OPA or PSA operation is 1 km. Shorter and easier to implement. As for the chromatic dispersion characteristics of the amplification optical fiber 1, if the zero dispersion is within 10 nm before and after the pump light wavelength λpump [nm] and the absolute value of the dispersion slope is 0.05 [ps / nm 2 / km] or less, amplification is performed. The bandwidth becomes wide, and the function as an amplifier is enhanced. Alternatively, even if the chromatic dispersion of the amplification optical fiber 1 is in the range of 0.0 [ps / nm / km] ± 1.0 [ps / nm / km] in the wavelength band to be amplified, the amplification optical fiber 1 is As in the case of the chromatic dispersion characteristic, the amplification band becomes wide, and the function as an optical amplifier is enhanced.

なお、次の式(1)が成立する条件において、擬似位相整合が実現し、シグナル光の利得スペクトルが最も好適に平坦かつ広帯域となる。   Note that quasi phase matching is realized under the condition that the following expression (1) is satisfied, and the gain spectrum of the signal light is most preferably flat and broadband.

γN段目×PN段目×LN段目N段目/2 ・・・ (1)γ N stage × P N stage × L N stage = φ N stage / 2 ・ ・ ・ (1)

上記式(1)において、LN段目[km]とは、たとえば図3に示す光増幅体100の構成において、光の入力側からN段目の増幅用光ファイバ1の長さを表す。ここで、Nは正の整数であり、Nの最大値は光増幅体100を構成する段の数である。φN段目[radian]は、N段目の相対位相シフタ2における位相シフト量を表す。PN段目[W]は、N段目の増幅用光ファイバ1に入力するポンプ光パワーを表す。γN段目[1/W/km]は、N段目の増幅用光ファイバ1の非線形定数を表す。ここで、γN段目×PN段目×LN段目は、N段目の増幅用光ファイバ1に入力したポンプ光が受ける非線形位相シフト量[radian]を表す。本発明の実施の形態では、上記式(1)の条件を満たすのであれば、各段において、増幅用光ファイバ1の非線形定数または長さ、もしくは、相対位相シフタ2の位相シフト量の内、どの物理量を変化させても良い。あるいは、増幅用光ファイバ1や相対位相シフタ2にロスがあったとしても、各段において、増幅用光ファイバ1の非線形定数、長さ、もしくは、相対位相シフタ2の位相シフト量の内、いずれかの物理量を変化させて、上記式(1)の条件を満たすようにしても良い。In the above formula (1), the L N -th stage [km] represents the length of the N-th amplification optical fiber 1 from the light input side in the configuration of the optical amplifying body 100 shown in FIG. Here, N is a positive integer, and the maximum value of N is the number of stages constituting the optical amplifying body 100. φ N stage [radian] represents the amount of phase shift in the relative phase shifter 2 of the N stage. PN stage [W] represents the pump light power input to the amplification optical fiber 1 of the N stage. γ N stage [1 / W / km] represents a nonlinear constant of the amplification optical fiber 1 in the N stage. Here, γ N stage × PN stage × L N stage represents the nonlinear phase shift amount [radian] received by the pump light input to the amplification optical fiber 1 of the N stage. In the embodiment of the present invention, if the condition of the above formula (1) is satisfied, the nonlinear constant or length of the amplification optical fiber 1 or the phase shift amount of the relative phase shifter 2 at each stage, Any physical quantity may be changed. Alternatively, even if there is a loss in the amplification optical fiber 1 or the relative phase shifter 2, any of the nonlinear constant and length of the amplification optical fiber 1 or the phase shift amount of the relative phase shifter 2 at each stage The physical quantity may be changed to satisfy the condition of the above formula (1).

なお、相対位相シフタがポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせない場合、各段のポンプ光の位相シフト量φpump_N段目[radian]とγN段目×PN段目×LN段目とは、等しい値となる。なぜなら、各段での相対位相シフタの位相シフト量φN段目[radian]は、各段でのポンプ光の位相シフト量φpump_N段目[radian]の2倍だからである。If the relative phase shifter shifts only the phase of the pump light and does not shift the phase of the signal light and idler light, the phase shift amounts φ pump_N stage [radian] and γ N stage × P of the pump light at each stage N-th stage × L N-th stage is the same value. This is because the phase shift amount φ N stage [radian] of the relative phase shifter at each stage is twice the phase shift amount φ pump_N stage [radian] of the pump light at each stage.

たとえば、各段での相対位相シフタの位相シフト量が同じであり、各段での増幅段の増幅用光ファイバの光学特性(少なくとも非線形定数とロス)が同じである場合、各段の増幅用光ファイバの長さを適切に調整して設定すれば、擬似位相整合が実現され、好適に平坦かつ広帯域な利得スペクトルが得られる。このような調整は、各増幅用光ファイバの伝播ロスが3dB/km以下で、各増幅用光ファイバの長さが200m以下というように、増幅用光ファイバにおけるロスが小さい状況であり、かつ、各段の相対位相シフタの相対位相シフト量が同じだが、各段の相対位相シフタのロスが異なる状況において、好適に適用可能である。   For example, if the phase shift amount of the relative phase shifter at each stage is the same, and the optical characteristics (at least the nonlinear constant and loss) of the amplification optical fiber at the amplification stage at each stage are the same, the amplification for each stage If the length of the optical fiber is appropriately adjusted and set, quasi-phase matching is realized, and a suitably flat and wide-band gain spectrum can be obtained. Such adjustment is a situation where the loss in the amplification optical fiber is small such that the propagation loss of each amplification optical fiber is 3 dB / km or less and the length of each amplification optical fiber is 200 m or less, and Although the relative phase shift amounts of the relative phase shifters at the respective stages are the same, the present invention can be suitably applied in a situation where the relative phase shifters at the respective stages have different losses.

すなわち、上記調整は、以下のような条件を満たすように行う。
P初段×L初段=PN段目×LN段目
ここで、P初段:光の入力側から1段目の増幅用光ファイバに入力するポンプ光パワー
L初段: 光の入力側から1段目の増幅用光ファイバの長さ
PN段目: 光の入力側からN段目の増幅用光ファイバに入力するポンプ光パワー
LN段目: 光の入力側からN段目の増幅用光ファイバの長さ
また、ここで、添え字「初段」は「M段目」であってもよい(MはNとは異なる整数)。
That is, the above adjustment is performed so as to satisfy the following conditions.
P first stage × L first stage = P N stage × L N stage
Here, P first stage : pump light power input to the first stage optical fiber from the light input side
L first stage : Length of optical fiber for amplification in the first stage from the light input side
P N stage : Pump optical power input to the N stage amplification optical fiber from the light input side
L N-th stage : length of optical fiber for amplification of N-th stage from light input side Here, the subscript “first stage” may be “M-th stage” (M is an integer different from N) ).

上記の条件を満たす時、各段の増幅用光ファイバにおけるポンプ光の非線形位相シフト量は同一となる。ここで、非線形位相シフト量は、γ×P初段×L初段もしくは、γ×PN段目×LN段目で計算される量である。なお、γは増幅用ファイバの非線形定数[1/W/km]である。LN段目の長さは、上記の式で規定される長さから10%以内のずれであれば、利得の平坦性が得られる。When the above conditions are satisfied, the nonlinear phase shift amount of the pump light in the amplification optical fibers at each stage is the same. Here, the non-linear phase shift amount is an amount calculated by γ × P first stage × L first stage or γ × PN stage × L N stage . Note that γ is a nonlinear constant [1 / W / km] of the amplification fiber. If the length of the LN stage is within 10% of the length defined by the above formula, gain flatness can be obtained.

ここで、ポンプ光は、後段に伝播するに従い、相対位相シフタや増幅用光ファイバや融着接続などによる損失を受けるため、そのパワーが減少する。そのため、各段で同一光学特性の増幅用光ファイバを用いるときに、非線形位相シフト量を各段の増幅用光ファイバにおいて一定にするためには、後段の増幅用光ファイバほど、その長さを長くする。この場合、図3の光増幅体100において、或る増幅用光ファイバ1の長さよりも、その後段の或る増幅用光ファイバ1の長さが長い。また、複数の段にわたって、増幅用光ファイバ1の長さが後段に向かって長くなっていてもよい。さらには、初段の増幅用光ファイバ1から(N−1)段目の相対位相シフタ2までの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の増幅用光ファイバ1の長さは、初段の増幅用光ファイバ1の長さよりもX[dB]長くしてもよい。   Here, as the pump light propagates to the subsequent stage, it receives a loss due to a relative phase shifter, an amplification optical fiber, a fusion splicing, and the like, so that its power decreases. Therefore, when using an amplification optical fiber having the same optical characteristics at each stage, in order to make the nonlinear phase shift amount constant in the amplification optical fiber at each stage, the length of the amplification optical fiber at the subsequent stage is set to be longer. Lengthen. In this case, in the optical amplifying body 100 of FIG. 3, the length of the certain amplification optical fiber 1 in the subsequent stage is longer than the length of the certain amplification optical fiber 1. Further, the length of the amplification optical fiber 1 may be increased toward the subsequent stage over a plurality of stages. Furthermore, when the total loss from the first-stage amplification optical fiber 1 to the (N−1) -th relative phase shifter 2 is X [dB], the length of the N-th amplification optical fiber 1 is The length of the amplification optical fiber 1 in the first stage may be longer than X [dB].

また、式(1)の条件を満たすようにするために、増幅用光ファイバの長さを各段で調整する代わりに、各段で非線形定数が異なる増幅用光ファイバを用いても良い。この場合も、長さの調整と同様の方法で非線形定数を調整すればよい。この場合、或る増幅用光ファイバの非線形定数よりも、その後段の或る増幅用光ファイバの非線形定数が大きい。また、複数の段にわたって、増幅用光ファイバの非線形定数が後段に向かって大きくなっていてもよい。さらには、初段の増幅用光ファイバから(N−1)段目の相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の増幅用光ファイバとしては、初段の増幅用光ファイバより非線形定数がX[dB]大きな光ファイバを適用すればよい。   Further, in order to satisfy the condition of Expression (1), instead of adjusting the length of the amplification optical fiber at each stage, amplification optical fibers having different nonlinear constants at each stage may be used. In this case, the nonlinear constant may be adjusted by the same method as the length adjustment. In this case, the nonlinear constant of a certain subsequent amplification optical fiber is larger than the nonlinear constant of a certain amplification optical fiber. Further, the nonlinear constant of the amplification optical fiber may increase toward the subsequent stage over a plurality of stages. Furthermore, when the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB], the first-stage amplification optical fiber is the first-stage amplification optical fiber. An optical fiber having a nonlinear constant X [dB] larger than that of the optical fiber may be applied.

また、各段の相対位相シフタの位相シフト量は、各段の増幅用光ファイバ1に対してγ×P初段×L初段、もしくは、γ×PN段目×LN段目で計算される量(非線形位相シフト量)[radian]の2倍(またはこれに対して誤差10%以内の値)程度であることが好ましい。なお、ポンプ光の位相をずらすことにより相対位相をずらす場合は、N段目の相対位相シフタの適切なポンプ位相シフト量は、γ×PN段目×LN段目で計算される量[radian](またはこれに対して誤差10%以内の値)となる。Further, the phase shift amount of the relative phase shifter at each stage is calculated as γ × P first stage × L first stage or γ × P N stage × L N stage with respect to the amplification optical fiber 1 of each stage. It is preferably about twice the amount (non-linear phase shift amount) [radian] (or a value within 10% of the error). When the relative phase is shifted by shifting the phase of the pump light, an appropriate pump phase shift amount of the N-th relative phase shifter is an amount calculated by γ × PN stage × L N stage [ radian] (or a value within 10% of the error).

また、各段の増幅用光ファイバの長さを同一にし、相対位相シフタの位相シフト量を適切に設定するときは、
φ初段/ P初段N段目/PN段目
が成り立つように各段の相対位相シフタの位相シフト量を調整すると、擬似位相整合が実現し、シグナル光の利得スペクトルが好適に平坦かつ広帯域となる。
また、ここで、添え字「初段」は「M段目」であってもよい(MはNとは異なる整数)。
Also, when the length of the amplification optical fiber at each stage is the same and the phase shift amount of the relative phase shifter is set appropriately,
φ first stage / P first stage = φ N stage / P N stage
If the phase shift amount of the relative phase shifter at each stage is adjusted so as to hold, pseudo phase matching is realized, and the gain spectrum of the signal light is preferably flat and broadband.
Here, the subscript “first stage” may be “M stage” (M is an integer different from N).

この場合も、ポンプ光は、後段に伝播するに従い、相対位相シフタや増幅用光ファイバや融着接続などによる損失を受けるため、そのパワーが減少する。そのため、上記式が成り立つようにするには、後段の相対位相シフタほど、その相対位相シフト量を大きくする。この場合、或る相対位相シフタの相対位相シフト量よりも、その後段の或る相対位相シフタの相対位相シフト量が小さい。また、複数の段にわたって、相対位相シフタの相対位相シフト量が後段に向かって小さくなっていてもよい。さらには、初段の増幅用光ファイバから(N−1)段目の相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の相対位相シフタの相対位相シフト量は、初段の相対位相シフタの相対位相シフト量よりもX[dB]小さくしてもよい。   Also in this case, as the pump light propagates to the subsequent stage, the power of the pump light decreases because of loss due to the relative phase shifter, the amplification optical fiber, the fusion splicing, and the like. Therefore, in order to make the above equation hold, the relative phase shift amount is increased in the later relative phase shifter. In this case, the relative phase shift amount of a later relative phase shifter is smaller than the relative phase shift amount of a certain relative phase shifter. Further, the relative phase shift amount of the relative phase shifter may decrease toward the subsequent stage over a plurality of stages. Furthermore, when the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB], the relative phase shift amount of the N-th relative phase shifter is The relative phase shift amount of the relative phase shifter may be smaller by X [dB].

以下では、図4の構成のOPAとして動作する光ファイバ増幅器200の構成に基づいて数値シミュレーションを行った結果を説明する。はじめに、相対位相シフタが無い時のOPAの特性、および、特許文献2に記載のように、長さが等しい増幅用光ファイバを用いて、ロスがない理想的な相対位相シフタを増幅用光ファイバに周期的に挿入した場合のOPAの特性を示す。つぎに、相対位相シフタにロスが有る場合に、増幅用光ファイバの長さが互いに等しいままの時のOPAの特性を示す。最後に、相対位相シフタにロスが有る場合に、増幅用光ファイバの長さ等を調整した時のOPAの特性を示し、調整の効果を明らかにする。なお、増幅用光ファイバの長さの代わりに増幅用光ファイバの非線形定数や相対位相シフタの相対位相シフト量等を調整した場合も、増幅用光ファイバの長さを調整した場合と類似の結果が得られる。   Hereinafter, the results of numerical simulation based on the configuration of the optical fiber amplifier 200 operating as the OPA having the configuration of FIG. 4 will be described. First, the characteristics of OPA when there is no relative phase shifter, and an optical fiber for amplification that has no loss using an optical fiber for amplification having the same length as described in Patent Document 2, an optical fiber for amplification Shows the characteristics of OPA when inserted periodically. Next, the OPA characteristics when the lengths of the amplification optical fibers remain equal to each other when there is a loss in the relative phase shifter are shown. Finally, when there is a loss in the relative phase shifter, the characteristics of OPA when the length of the amplification optical fiber is adjusted are shown, and the effect of the adjustment is clarified. In addition, when the nonlinear constant of the amplification optical fiber or the relative phase shift amount of the relative phase shifter is adjusted instead of the length of the amplification optical fiber, the result is similar to the case of adjusting the length of the amplification optical fiber. Is obtained.

用いた増幅用光ファイバの特性は次の通りである。分散:-0.2719[ps/nm/km]、分散スロープ:0.02[ps/nm2/km]、4次の分散:-0.00025[ps/nm3/km]、非線形定数:12[1/W/km]、伝播ロス:0.8[dB/km]、ゼロ分散波長:1565[nm]、長さ:200[m]。
また、ポンプ光については、波長は1566.0[nm]、パワーは1.5[W](31.76[dBm])とした。シグナル光については、パワーは、0.01[mW](-20[dBm])とした。
The characteristics of the amplification optical fiber used are as follows. Dispersion: -0.2719 [ps / nm / km], Dispersion slope: 0.02 [ps / nm 2 / km], 4th order dispersion: -0.00025 [ps / nm 3 / km], Nonlinear constant: 12 [1 / W / km], propagation loss: 0.8 [dB / km], zero dispersion wavelength: 1565 [nm], length: 200 [m].
For the pump light, the wavelength was 1566.0 [nm], and the power was 1.5 [W] (31.76 [dBm]). For the signal light, the power was 0.01 [mW] (-20 [dBm]).

(計算例1)
まず、計算例1として、相対位相シフタを用いず、増幅用光ファイバ1にポンプ光とシグナル光を入力してパラメトリック増幅を発生させた時のシグナル光の振る舞いを示す。図5は、相対位相シフタがない場合の、出力シグナル光パワーのスペクトルである。図6は、相対位相シフタがない場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。図7は、相対位相シフタがない場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。図6、7では、シグナル光の波長は1530[nm]、1540[nm]、1550[nm]、および1560[nm]である。図5の出力シグナル光パワーのスペクトルからシグナル光のパワーである-20[dBm]を減算すると利得スペクトル(単位は[dB])となる。以降の図8、11、14についても同じである。
(Calculation Example 1)
First, as Calculation Example 1, the behavior of signal light when parametric amplification is generated by inputting pump light and signal light to the amplification optical fiber 1 without using a relative phase shifter is shown. FIG. 5 is a spectrum of output signal light power when there is no relative phase shifter. FIG. 6 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when there is no relative phase shifter. FIG. 7 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplification optical fiber when there is no relative phase shifter. 6 and 7, the wavelengths of the signal light are 1530 [nm], 1540 [nm], 1550 [nm], and 1560 [nm]. When the signal light power of −20 [dBm] is subtracted from the output signal light power spectrum of FIG. 5, a gain spectrum (unit: [dB]) is obtained. The same applies to the subsequent FIGS.

(計算例2)
つぎに、計算例2として、増幅用光ファイバ1に、ロスの無い相対位相シフタを50m周期で合計3つ挿入した時の光パラメトリック増幅特性を示す。相対位相シフタ2としては、相対位相を0.573π(0.2865×π)ずらすものを用いた。0.2865πは、初段の増幅用光ファイバの非線形定数、長さ、入力ポンプパワーの積γPL[radian]で得られる量である。
(Calculation Example 2)
Next, as calculation example 2, optical parametric amplification characteristics when a total of three relative phase shifters without loss are inserted into the amplification optical fiber 1 with a period of 50 m are shown. As the relative phase shifter 2, one that shifts the relative phase by 0.573π (0.2865 × π) was used. 0.2865π is an amount obtained by the product γPL [radian] of the nonlinear constant, length, and input pump power of the first-stage amplification optical fiber.

図8は、ロスの無い相対位相シフタを挿入した場合の出力シグナル光パワーのスペクトルである。図9は、ロスの無い相対位相シフタを挿入した場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。図10は、ロスの無い相対位相シフタを挿入した場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。   FIG. 8 is a spectrum of output signal light power when a lossless relative phase shifter is inserted. FIG. 9 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when a lossless relative phase shifter is inserted. FIG. 10 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplification optical fiber when a lossless relative phase shifter is inserted.

計算例1の相対位相シフタを挿入しない場合と比較して、計算例2のロスの無い相対位相シフタを挿入した場合は、たとえば図8のように出力パワー(利得)は増大し、出力パワー(利得)が波長に対して平坦な波長領域が、1530nmから1600nmにまで広がっている。また、図9において、光ファイバ長の方向での出力パワーの発展に関して、シグナル波長依存性が無いことは、図8で出力パワー(利得)スペクトルが平坦であることを支持している。さらに、図10に示すように、相対位相シフトは整合位相である0.5πを中心に周期的に振動しており、特許文献2に開示されるような擬似位相整合が実現していることがわかる。   Compared with the case where the relative phase shifter of Calculation Example 1 is not inserted, when the relative phase shifter without loss of Calculation Example 2 is inserted, the output power (gain) increases, for example, as shown in FIG. The wavelength range where the gain is flat with respect to the wavelength extends from 1530 nm to 1600 nm. Further, in FIG. 9, the absence of signal wavelength dependency regarding the development of the output power in the direction of the optical fiber length supports that the output power (gain) spectrum is flat in FIG. Further, as shown in FIG. 10, the relative phase shift periodically oscillates around the matching phase of 0.5π, and it can be seen that the pseudo phase matching as disclosed in Patent Document 2 is realized. .

(計算例3)
つぎに、計算例3として、上記計算例2と同様に、増幅用光ファイバ1に、相対位相シフタ2を50m周期で合計3つ挿入した時の光パラメトリック増幅特性を示す。ただし、相対位相シフタ2としては、計算例2と同様に相対位相を0.573π(0.2865×π)ずらすものであるが、計算例2とは異なり、光の入力側から順にそれぞれ0.87[dB]、1.24[dB]、1.47[dB]のロスを有するものを用いた。
(Calculation Example 3)
Next, as Calculation Example 3, as in Calculation Example 2, optical parametric amplification characteristics when a total of three relative phase shifters 2 are inserted in a 50-m cycle into the amplification optical fiber 1 are shown. However, the relative phase shifter 2 shifts the relative phase by 0.573π (0.2865 × π) as in the calculation example 2, but unlike the calculation example 2, 0.87 [dB], Those having a loss of 1.24 [dB] and 1.47 [dB] were used.

図11は、ロスを有する相対位相シフタを挿入した場合の出力シグナル光パワーのスペクトルである。図12は、ロスを有する相対位相シフタを挿入した場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。図13は、ロスを有する相対位相シフタを挿入した場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。   FIG. 11 is a spectrum of output signal light power when a relative phase shifter having a loss is inserted. FIG. 12 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted. FIG. 13 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplification optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted.

ロスを有する相対位相シフタを挿入した計算例3の場合は、図11に示すように、出力パワー(利得)スペクトルにおいては、平坦性が低下して利得の偏差が2-3[dB]に増大し、シグナル光の利得も計算例2のロスが無い相対位相シフタを用いたときに比較し10[dB]以上減少した。図12からわかるように、特に4段目の増幅用光ファイバにおいては、利得がほぼ無かった。このことは、4段目の増幅用光ファイバでは、図13に示すように相対位相が整合位相である0.5πの値を含んでいないためと考えられる。   In the case of calculation example 3 in which a relative phase shifter having a loss is inserted, as shown in FIG. 11, in the output power (gain) spectrum, the flatness decreases and the gain deviation increases to 2-3 [dB]. In addition, the gain of the signal light was also reduced by 10 [dB] or more compared to the case of using the relative phase shifter without loss in Calculation Example 2. As can be seen from FIG. 12, there was almost no gain particularly in the fourth-stage amplification optical fiber. This is probably because the fourth-stage amplification optical fiber does not include the value of 0.5π, which is the matching phase, as shown in FIG.

(計算例4)
つぎに、計算例4として、上記計算例3と同様に、増幅用光ファイバ1に、相対位相シフタ2を合計3つ挿入した時の光パラメトリック増幅特性を示す。相対位相シフタ2としては、相対位相を0.573π(0.2865×π)ずらすものであり、かつ、光の入力側から順にそれぞれ0.87[dB]、1.24[dB]、1.47[dB]のロスを有するものを用いた。ただし、計算例3とは異なり、各段の増幅用光ファイバ1の長さを、P初段×L初段=PN段目×LN段目を満たすように調整して設定した。具体的には、各段の増幅用光ファイバ1の長さは、光の入力側から、50[m]、61.1[m]、81.3[m]、114[m]に設定した。各段の増幅用光ファイバ1の長さを合計した総ファイバ長は306.3[m]である。
(Calculation Example 4)
Next, as calculation example 4, similarly to calculation example 3, optical parametric amplification characteristics when a total of three relative phase shifters 2 are inserted into the amplification optical fiber 1 are shown. The relative phase shifter 2 shifts the relative phase by 0.573π (0.2865 × π) and has losses of 0.87 [dB], 1.24 [dB], and 1.47 [dB] in order from the light input side. Was used. However, unlike the calculation example 3, the length of the amplification optical fiber 1 at each stage was adjusted and set so as to satisfy the P first stage × L first stage = PN stage × L N stage . Specifically, the length of the amplification optical fiber 1 at each stage was set to 50 [m], 61.1 [m], 81.3 [m], and 114 [m] from the light input side. The total length of the total length of the amplification optical fibers 1 at each stage is 306.3 [m].

なお、2段目以降の各増幅用光ファイバ1の長さは次のように計算した。
2段目は、50[m]×10^(0.87[dB]/10)、3段目は、50[m]×10^((0.87[dB]+1.24[dB])/10)、4段目は、50[m]×10^((0.87[dB]+1.24[dB]+1.47[dB])/10)。
ここでは、簡便のため、増幅用光ファイバ1のロスはゼロとして計算した。実際には、増幅用光ファイバにもロスがあるが、本シミュレーションのように初段の増幅用光ファイバ1の長さが50[m]の場合、増幅用光ファイバ1によるロスは、0.04[dB]程度とほぼゼロとして扱っても良い程度に小さい。それ以降の段でも増幅用光ファイバ1によるロスはほぼ考慮しなくても良い程度に小さい。
The length of each amplification optical fiber 1 in the second and subsequent stages was calculated as follows.
The second stage is 50 [m] × 10 ^ (0.87 [dB] / 10), the third stage is 50 [m] × 10 ^ ((0.87 [dB] +1.24 [dB]) / 10), 4 The stage is 50 [m] × 10 ^ ((0.87 [dB] +1.24 [dB] +1.47 [dB]) / 10).
Here, for convenience, the loss of the amplification optical fiber 1 was calculated as zero. Actually, there is a loss in the amplification optical fiber, but when the length of the first amplification optical fiber 1 is 50 [m] as in this simulation, the loss due to the amplification optical fiber 1 is 0.04 [dB. ] Small enough to be treated as almost zero. Even in the subsequent stages, the loss due to the amplification optical fiber 1 is so small that it is not necessary to consider it.

図14は、ロスを有する相対位相シフタを挿入し、そのロスを考慮して増幅用光ファイバの長さを調整した場合の出力シグナル光パワーのスペクトルである。図15は、ロスを有する相対位相シフタを挿入し、そのロスを考慮して増幅用光ファイバの長さを調整した場合の、シグナル光パワーの、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。図16は、ロスを有する相対位相シフタを挿入し、そのロスを考慮して増幅用光ファイバの長さを調整した場合の、相対位相の、増幅用光ファイバの長さに対する変動波形図である。   FIG. 14 is a spectrum of output signal light power when a relative phase shifter having a loss is inserted and the length of the amplification optical fiber is adjusted in consideration of the loss. FIG. 15 is a fluctuation waveform diagram of the signal light power with respect to the length of the amplification optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted and the length of the amplification optical fiber is adjusted in consideration of the loss. is there. FIG. 16 is a fluctuation waveform diagram of the relative phase with respect to the length of the amplifying optical fiber when a relative phase shifter having a loss is inserted and the length of the amplifying optical fiber is adjusted in consideration of the loss. .

図14に示すシグナル光パワーのスペクトルから、シグナル光は、1530[nm]から1600[nm]まで平坦な特性を持ったまま、およそ-3[dBm]にまで増幅されていることがわかる。平坦なスペクトル領域は、計算例2の、ロスの無い相対位相シフタを50m周期で挿入した時とほぼ同じである。図15に示すシグナル光のパワー(利得)の発展もほぼ、波長依存性が無い。そして、図16に示す相対位相は各段において、0.5πの値を含んでおり、擬似位相整合が実現しているといえる。   From the spectrum of the signal light power shown in FIG. 14, it can be seen that the signal light is amplified to approximately −3 [dBm] with a flat characteristic from 1530 [nm] to 1600 [nm]. The flat spectral region is almost the same as that in calculation example 2 when a lossless relative phase shifter is inserted with a period of 50 m. The development of the power (gain) of the signal light shown in FIG. 15 is almost independent of wavelength. The relative phase shown in FIG. 16 includes a value of 0.5π at each stage, and it can be said that pseudo phase matching is realized.

図15に示すように、或る相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、当該増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、当該相対位相シフタは、相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて後段側に接続された増幅段に出力することが好ましい。   As shown in FIG. 15, the amplification light of the amplification stage is set so that the relative phase regarding the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the previous stage of a certain relative phase shifter is larger than 0.5π. A product γPL of the nonlinear constant γ of the fiber, the length L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set, and the relative phase shifter sets the relative phase to a value smaller than 0.5π. It is preferable to change and output to the amplification stage connected to the rear stage side.

以上、同一の光学特性を有する増幅用光ファイバと、ロスを有しかつ互いに相対位相シフト量が等しい相対位相シフタとを用いた時に、N段目の増幅用光ファイバの長さを、P初段×L初段=PN段目×LN段目の計算式で設定した時の、良好な光パラメトリック増幅特性を示した。このような良好な特性は、実施の形態に係る光ファイバ増幅器200を、四光波混合による波長変換や位相を調整したアイドラ光も同時に入力する位相感応型光パラメトリック増幅器に応用する際にも同様に得られ、これによって波長変換効率やシグナル増幅特性の平坦性が実現される。As described above, when the amplification optical fiber having the same optical characteristics and the relative phase shifter having loss and the same relative phase shift amount are used, the length of the N-stage amplification optical fiber is set to the first P stage. Good optical parametric amplification characteristics when set with the formula of × L first stage = PN stage × L N stage . Such a good characteristic is similarly applied when the optical fiber amplifier 200 according to the embodiment is applied to a phase-sensitive optical parametric amplifier that simultaneously inputs wavelength conversion by four-wave mixing and idler light whose phase is adjusted. As a result, wavelength conversion efficiency and flatness of signal amplification characteristics are realized.

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。本発明に従って、増幅用光ファイバと相対位相シフタとを交互に接続した光増幅体を含む光増幅器において、各相対位相シフタにより変化する相対位相[radian]が、0.5πをはさんで値が変化する(相対位相値が0.5π以下(以上)となっている場合は0.5π以上(以下)に変化する)ように、各相対位相シフタの直前(光が入力される側)に接続された増幅用光ファイバの非線形定数γ[1/W/km]と長さL[km]と当該増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーP[W]との積γPL[radian]が設定された光増幅器であれば、増幅されたシグナル光の出力(利得)スペクトルを広帯域にわたって平坦にすることができる。このとき、各相対位相シフタの相対位相シフト量は互いに異なっていても良い。更に、各相対位相シフタの相対位相シフト量[radian]の1/2が、相対位相シフタの直前の増幅用光ファイバの非線形定数γ[1/W/km]と長さLと増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーP[W]との積γPL[radian]に等しければより望ましい。   The present invention is not limited to the above embodiment. According to the present invention, in an optical amplifier including an optical amplifying body in which an amplification optical fiber and a relative phase shifter are alternately connected, the relative phase [radian] changed by each relative phase shifter changes in value across 0.5π. (If the relative phase value is 0.5π or less (or more), it changes to 0.5π or more (or less)) Amplification connected immediately before each relative phase shifter (on the light input side) For which the product γPL [radian] of the nonlinear constant γ [1 / W / km] and length L [km] of the optical fiber for optical use and the input power P [W] of the pump light to the optical fiber for amplification is set If it is an amplifier, the output (gain) spectrum of the amplified signal light can be flattened over a wide band. At this time, the relative phase shift amounts of the relative phase shifters may be different from each other. Further, 1/2 of the relative phase shift amount [radian] of each relative phase shifter is the nonlinear constant γ [1 / W / km] and length L of the amplification optical fiber immediately before the relative phase shifter, and the amplification optical fiber. It is more desirable if it is equal to the product γPL [radian] with the input power P [W] of the pump light to the.

なお、各相対位相シフタの相対位相シフト量[radian]の半分が、γPL[radian]の値から10%程度の誤差でずれても、同等の効果が得られる。また、増幅用光ファイバのロスが無視できない場合には、増幅用光ファイバのロスを考慮した有効ファイバ長Leffを用いて、相対位相シフト量の半分をγPLeff[radian]に設定すればよい。ここで、Leffは次の式で定義される。   Even if half of the relative phase shift amount [radian] of each relative phase shifter is shifted from the value of γPL [radian] by an error of about 10%, the same effect can be obtained. If the loss of the amplification optical fiber is not negligible, half of the relative phase shift amount may be set to γPLeff [radian] using the effective fiber length Leff considering the loss of the amplification optical fiber. Here, Leff is defined by the following equation.

Figure 0006248031
L:ファイバ長[1/km]、α:光ファイバのロス[1/km]
Figure 0006248031
L: Fiber length [1 / km], α: Optical fiber loss [1 / km]

なお、有効ファイバ長Leffは、上記すべての式中のLの代わりに代入しても良い。   The effective fiber length Leff may be substituted for L in all of the above equations.

ところで、相対位相シフタとしてオールパスフィルタを用いたモジュールを用いることができる。図17は、相対位相シフタとして使用できる反射型誘電体多層膜フィルタの反射位相と反射ロスのスペクトルの例を示す図である。波長が1566nm近傍にあるポンプ光がこのフィルタで反射されると、ポンプ光の位相がずれる。一方で、1566[nm]から2[nm]以上離れた波長のシグナル光やアイドラ光は、このフィルタで反射されても位相は2度(π/90[radian])以上変化せず、ほぼ一定である。   By the way, a module using an all-pass filter can be used as the relative phase shifter. FIG. 17 is a diagram showing an example of the reflection phase and reflection loss spectrum of a reflective dielectric multilayer filter that can be used as a relative phase shifter. When pump light having a wavelength near 1566 nm is reflected by this filter, the phase of the pump light is shifted. On the other hand, signal light or idler light with a wavelength of 266 nm or more away from 1566 [nm] does not change by more than 2 degrees (π / 90 [radian]) even when reflected by this filter, and is almost constant. It is.

図18Aは、反射型誘電体フィルタを用いた相対位相シフタの外観の模式図である。図18Bは、反射型誘電体フィルタを用いた相対位相シフタの構成例を示す模式図である。図18Bに示す相対位相シフタモジュール10は、図18Aにも示される2本のピッグテールファイバ15、16を備えている。ピッグテールファイバ15、16は増幅用光ファイバ1と融着接続されている。「×」は融着接続点を示している。ここで、反射型誘電体フィルタに光を入出力させるためのピッグテールファイバ15、16には、分散が-2から2[ps/nm/km]の範囲にあるたとえばゼロ分散光ファイバを用いるのが好ましい。この分散値の範囲は、シグナル光とポンプ光とアイドラ光とが配置され得る波長範囲(動作波長範囲)の全域で満たされることが好ましい。例えばこの波長範囲は、1530[nm]から1620[nm]の範囲である。高非線形ファイバをピッグテールファイバに適用しても良い。例えば、この高非線形ファイバは、ゼロ分散波長が1565[nm]近傍にあり、分散スロープが0.02[ps/nm2/km]、非線形定数が12[1/W/km]、伝播ロスが0.8[dB/km]、NAが0.15である。FIG. 18A is a schematic diagram of the appearance of a relative phase shifter using a reflective dielectric filter. FIG. 18B is a schematic diagram illustrating a configuration example of a relative phase shifter using a reflective dielectric filter. The relative phase shifter module 10 shown in FIG. 18B includes two pigtail fibers 15 and 16 which are also shown in FIG. 18A. The pigtail fibers 15 and 16 are fusion-spliced with the amplification optical fiber 1. “X” indicates a fusion splice point. Here, for example, a zero dispersion optical fiber having a dispersion in the range of −2 to 2 [ps / nm / km] is used for the pigtail fibers 15 and 16 for inputting / outputting light to / from the reflective dielectric filter. preferable. The range of the dispersion value is preferably satisfied over the entire wavelength range (operating wavelength range) in which the signal light, the pump light, and the idler light can be arranged. For example, this wavelength range is from 1530 [nm] to 1620 [nm]. A highly nonlinear fiber may be applied to the pigtail fiber. For example, this highly nonlinear fiber has a zero dispersion wavelength near 1565 [nm], a dispersion slope of 0.02 [ps / nm 2 / km], a nonlinear constant of 12 [1 / W / km], and a propagation loss of 0.8 [ dB / km] and NA is 0.15.

図19は、反射型誘電体多層膜フィルタを用いた相対位相シフタモジュールの構成例を示す模式的な切欠断面図である。この相対位相シフタモジュール10は、筒状の筐体11と、筐体11に挿入されたフェルール12と、フェルール12に挿入された2本のピッグテールファイバ15、16と、筐体11に挿入されたレンズ13および誘電体多層膜フィルタ14とを備えている。外部から入力されてピッグテールファイバ15から出力した光はレンズ13にてコリメートされ、オールパスフィルタである誘電体多層膜フィルタ14で反射され、もう一方のピッグテールファイバ16に入力され、外部に出力される。フェルール12とレンズ13と誘電体多層膜フィルタ14とは筐体11に固定される。固定の際には、接着剤を用いても、YAGレーザを用いた溶接を用いても良い。なお、フェルール12に挿入された2本のピッグテールファイバ15、16は、図19のように互いに離間してフェルール12に挿入しても良いし、互いに接するようにしてフェルール12に挿入しても良い。さらに、フェルール12に挿入された2本のピッグテールファイバ15、16は、並行に配列されても良いし、レンズ13に近づくにつれ互いの距離が小さくなるように配置されても良い。   FIG. 19 is a schematic cutaway sectional view showing a configuration example of a relative phase shifter module using a reflective dielectric multilayer filter. The relative phase shifter module 10 includes a cylindrical housing 11, a ferrule 12 inserted into the housing 11, two pigtail fibers 15 and 16 inserted into the ferrule 12, and a housing 11. A lens 13 and a dielectric multilayer filter 14 are provided. The light input from the outside and output from the pigtail fiber 15 is collimated by the lens 13, reflected by the dielectric multilayer filter 14 which is an all-pass filter, input to the other pigtail fiber 16, and output to the outside. The ferrule 12, the lens 13, and the dielectric multilayer filter 14 are fixed to the housing 11. In fixing, an adhesive may be used or welding using a YAG laser may be used. The two pigtail fibers 15 and 16 inserted into the ferrule 12 may be inserted into the ferrule 12 so as to be separated from each other as shown in FIG. 19, or may be inserted into the ferrule 12 so as to be in contact with each other. . Furthermore, the two pigtail fibers 15 and 16 inserted into the ferrule 12 may be arranged in parallel, or may be arranged so that the distance between them decreases as the lens 13 is approached.

図19の相対位相シフタモジュールの反射減衰量は、-30dB以下であることが望ましい。また、モジュール透過ロスは、小さければ小さいほど望ましいが、例えば、2dB以下であることが好ましい。   The return loss of the relative phase shifter module in FIG. 19 is desirably −30 dB or less. The module transmission loss is preferably as small as possible, but is preferably 2 dB or less, for example.

図19の反射型の誘電体多層膜フィルタ14のガラス基板面は、誘電体多層膜フィルタ14の構成に応じて、レンズ13側にあるか、またはレンズ13とは反対側にある。また、レンズ13は、セルフォック(登録商標)レンズであっても良い。   The glass substrate surface of the reflective dielectric multilayer filter 14 of FIG. 19 is on the lens 13 side or on the opposite side to the lens 13 depending on the configuration of the dielectric multilayer filter 14. The lens 13 may be a SELFOC (registered trademark) lens.

図20は、誘電体多層膜フィルタ14の構成の一例を示す図である。誘電体多層膜フィルタ14は、ガラス基板14a上に、まず多層膜のバンドパスフィルタ膜14bを成膜し、その上に多層膜の全反射ミラー膜14cを成膜することで、ポンプ光の波長のみ位相を変えることが可能な反射型オールパスフィルタとして形成することができる。図20の構成の誘電体多層膜フィルタ14をモジュール化する際には、全反射ミラー膜14cをレンズ13の反対側に向けなくてはならない。そのため、誘電体多層膜フィルタ14への入射光は、ガラス基板14aを通過後、多層膜の全反射ミラー膜14cにて反射され、もう一度ガラス基板14aを通過して出力される。   FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the configuration of the dielectric multilayer filter 14. The dielectric multilayer filter 14 is formed by first forming a multilayer band-pass filter film 14b on a glass substrate 14a, and then forming a multilayer total reflection mirror film 14c thereon, whereby the wavelength of the pump light is increased. Only a reflection type all-pass filter capable of changing the phase can be formed. When the dielectric multilayer filter 14 configured as shown in FIG. 20 is modularized, the total reflection mirror film 14 c must be directed to the opposite side of the lens 13. Therefore, the incident light to the dielectric multilayer filter 14 is reflected by the multilayer total reflection mirror film 14c after passing through the glass substrate 14a, and is again output through the glass substrate 14a.

図20の構成の誘電体多層膜フィルタ14は、図21のように、成膜時に、膜厚測定用の単色光源20からの単色光L1を誘電体多層膜フィルタ14のガラス基板14a側から入射し、透過光L2のパワーを単色光パワー測定器30で測定することで、膜厚を調整して作製することができる。ただし、全反射ミラー膜14cは膜厚測定用の単色光L1を反射するので、全反射ミラー膜14cが存在すると透過光L2のパワーが著しく減少し、膜厚測定が不能となる。そのため、最初にバンドパスフィルタ膜14bを成膜し、次に、膜厚の測定無しに、全反射ミラー膜14cが成膜されるように、成膜時間制御で成膜材料物質をスパッタリングすることが好ましい。   As shown in FIG. 21, the dielectric multilayer filter 14 having the configuration of FIG. 20 receives monochromatic light L1 from the monochromatic light source 20 for film thickness measurement from the glass substrate 14a side of the dielectric multilayer filter 14 during film formation. Then, by measuring the power of the transmitted light L2 with the monochromatic light power measuring device 30, it can be manufactured by adjusting the film thickness. However, since the total reflection mirror film 14c reflects the monochromatic light L1 for film thickness measurement, if the total reflection mirror film 14c exists, the power of the transmitted light L2 is remarkably reduced, and the film thickness measurement becomes impossible. Therefore, the band-pass filter film 14b is formed first, and then the film forming material is sputtered under film formation time control so that the total reflection mirror film 14c is formed without measuring the film thickness. Is preferred.

なお、図19に示す相対位相シフタモジュール10において、誘電体多層膜フィルタの成膜面がレンズ13側を向いているほうが望ましい。そのためには、多層膜を成膜する時に、まず、ガラス基板上に全反射ミラー膜14cを製膜し、次にバンドパスフィルタ膜14bを成膜しなくてはならない。このように作製した誘電体多層膜フィルタ14Aの構成の一例を図22に示す。このとき、膜厚測定用の単色光はガラス基板の上側で反射するため、膜厚測定用光の測定器をガラス基板の上方の光が反射する位置に設置すれば良い。このときの測定系の構成を図23に示す。このとき、単色光パワー測定器30は、単色光L1の誘電体多層膜フィルタ14Aによる反射光である反射光L3を測定する。   In the relative phase shifter module 10 shown in FIG. 19, it is desirable that the film-forming surface of the dielectric multilayer filter is directed to the lens 13 side. For this purpose, when forming a multilayer film, first, the total reflection mirror film 14c must be formed on the glass substrate, and then the band-pass filter film 14b must be formed. An example of the configuration of the dielectric multilayer filter 14A fabricated in this way is shown in FIG. At this time, since the monochromatic light for film thickness measurement is reflected on the upper side of the glass substrate, a measuring instrument for the film thickness measurement light may be installed at a position where the light above the glass substrate is reflected. The configuration of the measurement system at this time is shown in FIG. At this time, the monochromatic light power measuring device 30 measures the reflected light L3 that is the reflected light of the monochromatic light L1 by the dielectric multilayer filter 14A.

また、ポンプ光の相対位相シフタとして動作する誘電体多層膜フィルタが透過型である場合、相対位相シフタモジュールは、対向する2つのレンズの間に当該フィルタが設置されるモジュール形態が好ましい。このときのピッグテールファイバとしては、分散が-2から2[ps/nm/km]の範囲にあるゼロ分散光ファイバを用いるのが好ましい。この分散値は、シグナル光とポンプ光とアイドラ光とが配置される波長範囲のすべてで満たされることが好ましい。   When the dielectric multilayer filter that operates as a relative phase shifter for pump light is a transmission type, the relative phase shifter module preferably has a module configuration in which the filter is installed between two opposing lenses. As the pigtail fiber at this time, it is preferable to use a zero dispersion optical fiber having a dispersion in the range of −2 to 2 [ps / nm / km]. This dispersion value is preferably satisfied in the entire wavelength range in which the signal light, the pump light, and the idler light are arranged.

増幅用光ファイバと相対位相シフタとを交互に接続した構成の光増幅体を用いた光増幅もしくは波長変換の特性を調べるために、図24に示す実験系1000の構成で実験を行った。   In order to investigate the characteristics of optical amplification or wavelength conversion using an optical amplifier having a configuration in which amplification optical fibers and relative phase shifters are alternately connected, an experiment was performed with the configuration of an experimental system 1000 shown in FIG.

ポンプ光発生には、TLS(tunable laser source)71、PC(polarization controller)73、PM(phase modulator)74、EYDFA(Erbium Ytterbium Doped Fiber Amplifier)77、BPF(Band pass filter)78で構成したポンプ光発生源を用いた。TLS71は、コヒーレンスコントロールを用いずにCW(continuous wave)光を出力する。TLS71は、出力光をPM74に入力する。このとき、PM74の偏波軸と入力光の偏波軸とが一致していると効率よく位相変調を行える。これを実現するために、PC73を用いて入力光の偏波を調節した。このときPM74の出力光パワーが最大になるように偏波の調節を行った。PM74の中にポラライザが入っているため、PM74への入射光の偏波軸とポラライザの偏波軸とが一致しているとき、出力光のパワーが最大になるからである。偏波調整の自由度を高めるため、PM74の後段にPC73を設置した。このPC73の出力光をEYDFA77にて増幅しポンプ光を発生した。   The pump light is generated by a TLS (tunable laser source) 71, a PC (polarization controller) 73, a PM (phase modulator) 74, an EYDFA (Erbium Ytterbium Doped Fiber Amplifier) 77, and a BPF (Band pass filter) 78. The source was used. The TLS 71 outputs CW (continuous wave) light without using coherence control. The TLS 71 inputs output light to the PM 74. At this time, phase modulation can be performed efficiently if the polarization axis of PM 74 and the polarization axis of the input light coincide. In order to realize this, the polarization of the input light was adjusted using the PC 73. At this time, the polarization was adjusted so that the output light power of PM74 was maximized. This is because the polarizer is included in the PM 74, so that the power of the output light is maximized when the polarization axis of the light incident on the PM 74 and the polarization axis of the polarizer coincide. In order to increase the degree of freedom of polarization adjustment, a PC 73 is installed after the PM 74. The output light of the PC 73 was amplified by the EYDFA 77 to generate pump light.

PM74を駆動する信号源には、帯域1.2GHzの白色雑音源75を用いた。この白色雑音を広帯域RF増幅器76で27dBm程度まで増幅し、PM74を駆動する。その結果、ポンプ光を広帯域かつ高強度に位相変調することができる。このことは、光増幅体300で発生するSBS(stimulated Brillouin scattering)による反射光を抑制する。なお、広帯域かつ高強度に位相変調された光を発生する方法として、図24に示した方法のほかに、ファブリペローLD(laser diode)を用いる方法もある。   A white noise source 75 having a bandwidth of 1.2 GHz was used as a signal source for driving the PM 74. The white noise is amplified to about 27 dBm by the broadband RF amplifier 76, and the PM 74 is driven. As a result, the pump light can be phase-modulated with a wide band and high intensity. This suppresses reflected light caused by SBS (stimulated Brillouin scattering) generated in the optical amplifying body 300. In addition to the method shown in FIG. 24, there is a method using a Fabry-Perot LD (laser diode) as a method for generating light that is phase-modulated with a wide band and high intensity.

シグナル光の発生には、TLS72、PC73を用いた。TLS72はコヒーレンスコントロールを用いずにCW光を出力する。OPA利得やPSA利得もしくは波長変換効率を最大にするためには、シグナル光の偏波をポンプ光の偏波に一致させる必要があるため、PC73を配置している。   TLS72 and PC73 were used for generation of signal light. The TLS 72 outputs CW light without using coherence control. In order to maximize the OPA gain, the PSA gain, or the wavelength conversion efficiency, it is necessary to make the polarization of the signal light coincide with the polarization of the pump light, so the PC 73 is arranged.

ポンプ光とシグナル光とは17dBカプラ79を介して合波した。ここで、ポンプ光は17dBカプラ79の透過ポートを通過し、シグナル光は-17dBポートを通過する構成とした。実験では、ポンプ光としては、ほとんどの場合30dBm以上のパワーを用いるため、できる限り損失を避けたい、一方で、シグナル光は-20dBm程度あれば良いからである。   The pump light and the signal light were combined via a 17 dB coupler 79. Here, the pump light passes through the transmission port of the 17 dB coupler 79 and the signal light passes through the -17 dB port. In the experiment, power of 30 dBm or more is used as the pump light in most cases, so it is desirable to avoid loss as much as possible.

光増幅体300の出力光を直接OSA(optical spectrum analyzer)81に入力すると、入力パワーがOSA81の入力上限を超える可能性があるため、OSA81直前には光減衰器(ATT)80を設置し、OSA81を保護した。   If the output light of the optical amplifier 300 is directly input to the OSA (optical spectrum analyzer) 81, the input power may exceed the input upper limit of the OSA 81. Therefore, an optical attenuator (ATT) 80 is installed immediately before the OSA 81, OSA81 was protected.

光増幅体300に入力するポンプ光のパワーを31.7[dBm](1.5[W])、波長を1565.90[nm]に設定した。アイドラ光のパワーを-20[dBm]に設定した。光増幅体300に増幅用光ファイバとして用いた高非線形ファイバの特性は、ゼロ分散波長が1567.4[nm]、分散スロープが0.02[ps/nm2/km]、4次の分散が-0.00025[ps/nm3/km]、非線形定数が12[1/W/km]、伝播ロスが0.8[dB/km]であった。増幅用光ファイバの長さは、初段が50[m]、2段目が62[m]、3段目が82[m]であった。相対位相シフタとして、特性波長として図17の特性を持つ誘電体多層膜フィルタによるオールパスフィルタを用いた。The power of pump light input to the optical amplifying body 300 was set to 31.7 [dBm] (1.5 [W]), and the wavelength was set to 1561.90 [nm]. The power of idler light was set to -20 [dBm]. The characteristics of the highly nonlinear fiber used as the optical fiber for amplification in the optical amplifier 300 are as follows: the zero dispersion wavelength is 1567.4 [nm], the dispersion slope is 0.02 [ps / nm 2 / km], and the fourth-order dispersion is −0.00025 [ps]. / nm 3 / km], the nonlinear constant was 12 [1 / W / km], and the propagation loss was 0.8 [dB / km]. The length of the optical fiber for amplification was 50 [m] for the first stage, 62 [m] for the second stage, and 82 [m] for the third stage. As the relative phase shifter, an all-pass filter using a dielectric multilayer filter having the characteristic wavelength shown in FIG. 17 was used.

図25は、図24の実験系で測定した光増幅体300の利得スペクトルを示す図である。各段における利得と相対位相シフタを省いた同じ長さの高非線形ファイバの利得が示されている。たとえば、凡例中の「1st HNLF out」は、光増幅体300の初段の利得スペクトルを示している。「WO phase shifter」は、相対位相シフタを省いた同じ長さの高非線形ファイバの利得スペクトルを示している。点線、破線、一点鎖線または二点鎖線は、上記各条件におけるシミュレーション結果である。   FIG. 25 is a diagram showing a gain spectrum of the optical amplifying body 300 measured in the experimental system of FIG. The gain at each stage and the gain of a highly nonlinear fiber of the same length without the relative phase shifter is shown. For example, “1st HNLF out” in the legend indicates the gain spectrum of the first stage of the optical amplifier 300. “WO phase shifter” shows the gain spectrum of a highly nonlinear fiber of the same length without the relative phase shifter. A dotted line, a broken line, a one-dot chain line, or a two-dot chain line is a simulation result under each of the above conditions.

図25から、光増幅体300では、段数を重ねることにより、平坦性と帯域とが維持されたまま利得が増大していることがわかる。また、相対位相シフタの挿入により平坦性が得られることがわかる。   From FIG. 25, it can be seen that, in the optical amplifying body 300, by increasing the number of stages, the gain is increased while the flatness and the band are maintained. It can also be seen that flatness can be obtained by inserting a relative phase shifter.

ところで、増幅用光ファイバのゼロ分散波長およびポンプ光の波長の設計は、擬似位相整合を適切に動作させるためには重要なパラメータである。たとえば、増幅用光ファイバの温度、もしくは、張力を制御することでゼロ分散波長を制御することで、擬似位相整合を適切に実現することができる。   By the way, the design of the zero dispersion wavelength of the amplification optical fiber and the wavelength of the pump light is an important parameter for appropriately operating the quasi phase matching. For example, the quasi phase matching can be appropriately realized by controlling the zero dispersion wavelength by controlling the temperature or tension of the amplification optical fiber.

なお、特許文献2と同様に、上記実施の形態に係る光増幅器を、EDFAの前段やRaman効果を利用した光増幅システムの後段に設置して、光増幅システムを構成してもよい。このような光増幅システムは、実施の形態に係る光増幅器の低ノイズ特性によって、システム全体で低ノイズかつ高出力な光増幅システムである。   Similar to Patent Document 2, the optical amplifier according to the above embodiment may be installed in the front stage of the EDFA or in the rear stage of the optical amplification system using the Raman effect to constitute the optical amplification system. Such an optical amplification system is an optical amplification system with low noise and high output in the entire system due to the low noise characteristics of the optical amplifier according to the embodiment.

また、特許文献2と同様に、上記実施の形態に係る光増幅器を利用した、光通信システムを構築することも可能である。このことで、従来のEDFAを光増幅器として用いている光通信システムの伝送距離を伸ばす、送信パワーを減らして消費電力を削減するなどが、可能となる。   As in Patent Document 2, it is also possible to construct an optical communication system using the optical amplifier according to the above embodiment. This makes it possible to extend the transmission distance of an optical communication system using a conventional EDFA as an optical amplifier, reduce transmission power, and reduce power consumption.

なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

以上のように、本発明は、光通信の用途に利用して好適なものである。   As described above, the present invention is suitable for use in optical communication.

1 増幅用光ファイバ
2 相対位相シフタ
3 光カプラ
4 光バンドパスフィルタ
10 相対位相シフタモジュール
11 筐体
12 フェルール
13 レンズ
14、14A 誘電体多層膜フィルタ
14a ガラス基板
14b バンドパスフィルタ膜
14c 全反射ミラー膜
15、16 ピッグテールファイバ
20 単色光源
30 単色光パワー測定器
71、72 TLS
73 PC
74 PM
75 白色雑音源
76 広帯域RF増幅器
77 EYDFA
78 BPF
79 17dBカプラ
80 光減衰器
81 OSA
100、300 光増幅体
200 光ファイバ増幅器
1000 実験系
L1 単色光
L2 透過光
L3 反射光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber for amplification 2 Relative phase shifter 3 Optical coupler 4 Optical band pass filter 10 Relative phase shifter module 11 Case 12 Ferrule 13 Lens 14, 14A Dielectric multilayer filter 14a Glass substrate 14b Band pass filter film 14c Total reflection mirror film 15, 16 Pigtail fiber 20 Monochromatic light source 30 Monochromatic optical power measuring instrument 71, 72 TLS
73 PC
74 PM
75 White noise source 76 Broadband RF amplifier 77 EYDFA
78 BPF
79 17 dB coupler 80 Optical attenuator 81 OSA
100, 300 Optical amplifier 200 Optical fiber amplifier 1000 Experimental system L1 Monochromatic light L2 Transmitted light L3 Reflected light

Claims (24)

増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記相対位相シフタのうちの或る相対位相シフタの相対位相シフト量よりも、その後段の或る相対位相シフタの相対位相シフト量が小さいことを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
An optical amplifier characterized in that a relative phase shift amount of a certain relative phase shifter in a subsequent stage is smaller than a relative phase shift amount of a certain relative phase shifter among the relative phase shifters.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
前記相対位相シフタの相対位相シフト量が後段に向かって小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の光増幅器。   2. The optical amplifier according to claim 1, wherein a relative phase shift amount of the relative phase shifter decreases toward a subsequent stage. 増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記相対位相シフタの相対位相シフト量は、初段の前記相対位相シフタの相対位相シフト量よりもX[dB]小さいことを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
When the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB], the relative phase shift amount of the N-th relative phase shifter is An optical amplifier characterized by being smaller than the relative phase shift amount of the relative phase shifter by X [dB].
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記相対位相シフタの相対位相シフト量は、初段の前記相対位相シフタの相対位相シフト量よりもX[dB]小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の光増幅器。   When the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB], the relative phase shift amount of the N-th relative phase shifter is The optical amplifier according to claim 1, wherein the relative phase shift amount is smaller by X [dB] than the relative phase shift amount of the relative phase shifter. 増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバのγPLは、前記相対位相シフタが有するロスに起因する相対位相のずれを補償するように設定され、
前記前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの長さよりも、前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの長さが長いことを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
The γPL of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is set so as to compensate for a relative phase shift caused by the loss of the relative phase shifter,
An optical amplifier characterized in that the length of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage is longer than the length of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the front stage.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバのγPLは、前記相対位相シフタが有するロスに起因する相対位相のずれを補償するように設定され、
前記増幅段の増幅用光ファイバの長さが後段に向かって長くなっていることを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
The γPL of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is set so as to compensate for a relative phase shift caused by the loss of the relative phase shifter,
An optical amplifier characterized in that the length of the amplification optical fiber in the amplification stage becomes longer toward the subsequent stage.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
前記増幅段の増幅用光ファイバの長さが後段に向かって長くなっていることを特徴とする請求項5に記載の光増幅器。   6. The optical amplifier according to claim 5, wherein the length of the amplification optical fiber of the amplification stage becomes longer toward the subsequent stage. 増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバのγPLは、前記相対位相シフタが有するロスに起因する相対位相のずれを補償するように設定され、
初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記増幅用光ファイバの長さは、初段の前記増幅用光ファイバの長さよりもX[dB]長いことを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
The γPL of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is set so as to compensate for a relative phase shift caused by the loss of the relative phase shifter,
When the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB], the length of the N-th stage amplification optical fiber is the first-stage amplification fiber. An optical amplifier characterized by being X [dB] longer than the length of the amplification optical fiber.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記増幅用光ファイバの長さは、初段の前記増幅用光ファイバの長さよりもX[dB]長いことを特徴とする請求項5〜7のいずれか一つに記載の光増幅器。   When the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB], the length of the N-th stage amplification optical fiber is the first-stage amplification fiber. The optical amplifier according to claim 5, wherein the optical amplifier is longer than the length of the amplification optical fiber by X [dB]. 増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバのγPLは、前記相対位相シフタが有するロスに起因する相対位相のずれを補償するように設定され、
前記前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数よりも、前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数が大きいことを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
The γPL of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is set so as to compensate for a relative phase shift caused by the loss of the relative phase shifter,
An optical amplifier characterized in that a nonlinear constant of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is larger than a nonlinear constant of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the front stage side.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数が後段に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項10に記載の光増幅器。   The optical amplifier according to claim 10, wherein a nonlinear constant of the amplification optical fiber of the amplification stage increases toward the subsequent stage. 初段の前記増幅用光ファイバから(N−1)段目の前記相対位相シフタまでの総ロスがX[dB]である場合は、N段目の前記増幅用光ファイバの非線形定数は、初段の前記増幅用光ファイバの非線形定数よりもX[dB]大きいことを特徴とする請求項10または11に記載の光増幅器。   When the total loss from the first-stage amplification optical fiber to the (N−1) -th relative phase shifter is X [dB], the nonlinear constant of the N-th stage amplification optical fiber is the first-stage amplification optical fiber. 12. The optical amplifier according to claim 10, wherein X [dB] is larger than a nonlinear constant of the amplification optical fiber. 増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記各増幅段の増幅用光ファイバ中で発生した前記ポンプ光の非線形位相シフト量と、前記各増幅段の増幅用光ファイバと同一段の前記各相対位相シフタの相対位相シフト量の1/2とが、誤差10%の範囲で一致することを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
A non-linear phase shift amount of the pump light generated in the amplification optical fiber of each amplification stage and a relative phase shift amount of each relative phase shifter in the same stage as the amplification optical fiber of each amplification stage Are matched within a range of 10% error.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
前記各増幅段の増幅用光ファイバ中で発生した前記ポンプ光の非線形位相シフト量と、前記各増幅段の増幅用光ファイバと同一段の前記各相対位相シフタの相対位相シフト量の1/2とが、誤差10%の範囲で一致することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の光増幅器。   A non-linear phase shift amount of the pump light generated in the amplification optical fiber of each amplification stage and a relative phase shift amount of each relative phase shifter in the same stage as the amplification optical fiber of each amplification stage The optical amplifier according to any one of claims 1 to 12, wherein the values coincide with each other within an error range of 10%. 増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバのγPLは、前記相対位相シフタが有するロスに起因する相対位相のずれを補償するように設定され、
前記各増幅段の増幅用光ファイバ中で発生した前記ポンプ光の非線形位相シフト量と、前記各増幅段の増幅用光ファイバと同一段の前記各相対位相シフタの相対位相シフト量の1/2とが、誤差10%の範囲で一致することを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
The γPL of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is set so as to compensate for a relative phase shift caused by the loss of the relative phase shifter,
A non-linear phase shift amount of the pump light generated in the amplification optical fiber of each amplification stage and a relative phase shift amount of each relative phase shifter in the same stage as the amplification optical fiber of each amplification stage Are matched within a range of 10% error.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記各相対位相シフタは、相対位相シフト量が同一であり、かつ互いに異なるロスを有し、前記各増幅段の増幅用光ファイバは、光学特性として少なくとも非線形定数およびロスが同一であり、前記光の入力側から見てN段目の前記増幅用光ファイバの長さが、次式で規定されることを特徴とする光増幅器。
P初段×L初段=PN段目×LN段目
ここで、P初段は初段の増幅用光ファイバに入力するポンプ光のパワーであり、L初段は初段の増幅用光ファイバの長さであり、PN段目はN段目の増幅用光ファイバに入力するポンプ光のパワーであり、LN段目はN段目の増幅用光ファイバの長さである。
また、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
The relative phase shifters have the same relative phase shift amount and have different losses, and the amplification optical fibers of the amplification stages have at least the same nonlinear constant and loss as optical characteristics, The length of the amplification optical fiber at the Nth stage as viewed from the input side of the optical amplifier is defined by the following equation.
P first stage × L first stage = P N stage × L N stage
Here, the P first stage is the power of the pump light input to the first stage amplification optical fiber, the L first stage is the length of the first stage amplification optical fiber, and the PN stage is the N stage amplification optical fiber. L N stage is the length of the N-stage amplification optical fiber.
Further, the relative phase φrel is defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler light wavenumber kidler, and the pump light wavenumber kpump Δk = ksignal + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
前記増幅段の増幅用光ファイバの長さを有効長に置き換えて設定が行われていることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一つに記載の光増幅器。   The optical amplifier according to claim 1, wherein the setting is performed by replacing the length of the amplification optical fiber of the amplification stage with an effective length. 前記相対位相シフタの少なくとも一つは、前記相対位相シフタに光を入出力させるためのピッグテールファイバを備えた相対位相シフタモジュールとして構成されており、前記ピッグテールファイバの分散は、動作波長の全域において、-2[ps/nm/km]以上2[ps/nm/km]以下であることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載の光増幅器。   At least one of the relative phase shifters is configured as a relative phase shifter module including a pigtail fiber for inputting and outputting light to and from the relative phase shifter. The optical amplifier according to claim 1, wherein the optical amplifier is −2 [ps / nm / km] or more and 2 [ps / nm / km] or less. 増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記相対位相シフタの少なくとも一つは、前記相対位相シフタに光を入出力させるためのピッグテールファイバを備えた相対位相シフタモジュールとして構成されており、前記ピッグテールファイバの分散は、動作波長の全域において、-2[ps/nm/km]以上2[ps/nm/km]以下であることを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
At least one of the relative phase shifters is configured as a relative phase shifter module including a pigtail fiber for inputting / outputting light to / from the relative phase shifter, and the dispersion of the pigtail fiber is in the entire operating wavelength range. -2 [ps / nm / km] or more and 2 [ps / nm / km] or less.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給するポンプ光源と、を有する光増幅器であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタは、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記後段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバのγPLは、前記相対位相シフタが有するロスに起因する相対位相のずれを補償するように設定され、
前記相対位相シフタの少なくとも一つは、前記相対位相シフタに光を入出力させるためのピッグテールファイバを備えた相対位相シフタモジュールとして構成されており、前記ピッグテールファイバの分散は、動作波長の全域において、-2[ps/nm/km]以上2[ps/nm/km]以下であることを特徴とする光増幅器。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical fiber for amplification;
A pump light source for supplying pump light for amplifying signal light incident on the amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
The γPL of the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the rear stage side is set so as to compensate for a relative phase shift caused by the loss of the relative phase shifter,
At least one of the relative phase shifters is configured as a relative phase shifter module including a pigtail fiber for inputting / outputting light to / from the relative phase shifter, and the dispersion of the pigtail fiber is in the entire operating wavelength range. -2 [ps / nm / km] or more and 2 [ps / nm / km] or less.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
請求項1〜20のいずれか一つに記載の光増幅器を備えたことを特徴とする光増幅システム。   An optical amplification system comprising the optical amplifier according to claim 1. 請求項1〜20のいずれか一つに記載の光増幅器を備えたことを特徴とする光通信システム。   An optical communication system comprising the optical amplifier according to claim 1. 請求項1〜20のいずれか一つに記載の光増幅器を備えたことを特徴とする波長変換器。   A wavelength converter comprising the optical amplifier according to claim 1. 増幅用光ファイバに入射されるシグナル光を増幅するためのポンプ光を前記増幅用光ファイバに供給する光増幅方法であって、
前記増幅用光ファイバは、ポンプ光の位相のみをシフトし、シグナル光とアイドラ光の位相をシフトさせずに、相対位相を変化させる相対位相シフタによって複数の増幅段に区切られており、
前記相対位相シフタの前段側に接続された増幅段の増幅用光ファイバから出力される光に関する相対位相が0.5πより大きくなるように、前記増幅段の増幅用光ファイバの非線形定数γと長さLと当該増幅段の増幅用光ファイバへのポンプ光の入力パワーPとの積γPLが設定され、
前記相対位相シフタが、前記相対位相を0.5πよりも小さい値に変化させて、
後段側に接続された増幅段に出力し、
前記相対位相シフタのうちの或る相対位相シフタの相対位相シフト量よりも、その後段の或る相対位相シフタの相対位相シフト量が小さいことを特徴とする光増幅方法。
ここで、相対位相φrelは、シグナル光の位相φsignal、アイドラ光の位相φidler、ポンプ光の位相φpump、シグナル光の波数ksignal、アイドラ光の波数kidler、ポンプ光の波数kpumpで定義されるΔk=ksignal+kidler-2kpump、前記増幅用光ファイバにおける各光の伝搬距離zを用いて、以下の式で記述される量である。
φrel=Δk+φsignal+φidler-2φpump
An optical amplification method for supplying pump light for amplifying signal light incident on an amplification optical fiber to the amplification optical fiber,
The amplification optical fiber is divided into a plurality of amplification stages by a relative phase shifter that shifts only the phase of the pump light and changes the relative phase without shifting the phase of the signal light and idler light,
The nonlinear constant γ and length of the amplification optical fiber of the amplification stage so that the relative phase related to the light output from the amplification optical fiber of the amplification stage connected to the upstream side of the relative phase shifter is larger than 0.5π. The product γPL of L and the input power P of the pump light to the amplification optical fiber of the amplification stage is set,
The relative phase shifter changes the relative phase to a value smaller than 0.5π,
Output to the amplification stage connected to the back side,
An optical amplification method characterized in that a relative phase shift amount of a certain relative phase shifter in a subsequent stage is smaller than a relative phase shift amount of a certain relative phase shifter among the relative phase shifters.
Here, the relative phase φrel is Δk = ksignal defined by the signal light phase φsignal, the idler light phase φidler, the pump light phase φpump, the signal light wavenumber ksignal, the idler wavenumber kidler, and the pumplight wavenumber kpump. + kidler-2kpump is an amount described by the following equation using the propagation distance z of each light in the amplification optical fiber .
φrel = Δk z + φsignal + φidler-2φpump
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