JP6585542B2 - Phase sensitive optical amplifier and phase synchronization stabilization method - Google Patents
Phase sensitive optical amplifier and phase synchronization stabilization method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6585542B2 JP6585542B2 JP2016087735A JP2016087735A JP6585542B2 JP 6585542 B2 JP6585542 B2 JP 6585542B2 JP 2016087735 A JP2016087735 A JP 2016087735A JP 2016087735 A JP2016087735 A JP 2016087735A JP 6585542 B2 JP6585542 B2 JP 6585542B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- signal
- order nonlinear
- optical element
- nonlinear optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Description
本発明は、位相感応光増幅器に係り、特に位相感応増幅の長期安定性を補償することができる位相感応光増幅器および位相同期安定化方法に関するものである。 The present invention relates to a phase sensitive optical amplifier, and more particularly to a phase sensitive optical amplifier and a phase synchronization stabilization method capable of compensating for long-term stability of phase sensitive amplification.
エルビウム添加ファイバアンプ（Erbium-Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）を使用した光長距離通信が実用化されている。インターネットの普及とともに伝送容量の拡大が求められ、周波数利用効率の高いデジタルコヒーレント技術が開発された。一方、ファイバは非線形光学特性を示すため、ある一定以上の光パワーの信号光が入力すると非線形光学効果により信号の劣化をもたらす（非特許文献１参照）。 Optical long-distance communication using an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) has been put into practical use. With the spread of the Internet, transmission capacity has been increased, and digital coherent technology with high frequency utilization efficiency has been developed. On the other hand, since the fiber exhibits nonlinear optical characteristics, when signal light with a certain level or more of optical power is input, the signal is degraded due to the nonlinear optical effect (see Non-Patent Document 1).
チャネルの高密度化と非線形光学効果が発生するパワー以下に入力信号を抑えることを両立させるために、１チャネルあたりの信号強度を低く抑える必要がある。１チャネルあたりの信号強度低下は長距離伝送後の信号損失のため、信号雑音比（Signal to Nosie Ratio：Ｓ／Ｎ比）の劣化を招く。また、従来のＥＤＦＡを使った増幅技術では伝送時に発生した雑音も等価に増幅するため、情報の高密度化に伴う微小信号の増幅の限界が近づいている。 In order to achieve both a high density of channels and a suppression of the input signal below the power at which the nonlinear optical effect occurs, it is necessary to keep the signal intensity per channel low. A decrease in signal strength per channel results in signal loss after long-distance transmission, resulting in a deterioration in signal-to-noise ratio (Signal to Nosie Ratio). In addition, in the conventional amplification technique using EDFA, noise generated during transmission is equivalently amplified, and the limit of amplification of minute signals is approaching as information density increases.
上記のような従来のレーザ増幅器の限界を打開する手段として、位相感応光増幅器（Phase Sensitive Amplifier：ＰＳＡ）が検討されている。このＰＳＡでは、伝送ファイバの分散の影響によりＳ／Ｎ比が劣化した信号光パルス波形を整形することが可能である。また、ＥＤＦＡをはじめとする位相不感応光増幅器では光増幅時に発生する信号とは無関係の直交位相を持つ自然放出光が発生するが、ＰＳＡでは自然放出光を抑制できるために、増幅前後で信号光のＳ／Ｎ比を劣化させず増幅することが原理的に可能である。ＰＳＡには高非線形ファイバを使用する構成と非線形光学結晶を使用する構成がある。以下の説明では、断りがない限り非線形光学結晶を使用したＰＳＡについて記載する。 As a means for overcoming the limitations of the conventional laser amplifier as described above, a phase sensitive amplifier (Phase Sensitive Amplifier: PSA) has been studied. In this PSA, it is possible to shape a signal light pulse waveform having a degraded S / N ratio due to the influence of dispersion of the transmission fiber. In addition, EDFA and other phase insensitive optical amplifiers generate spontaneously emitted light having a quadrature phase that is unrelated to the signal generated during optical amplification, but PSA can suppress spontaneously emitted light, so that the signal is amplified before and after amplification. In principle, it is possible to amplify the light without degrading the S / N ratio. PSA includes a configuration using a highly nonlinear fiber and a configuration using a nonlinear optical crystal. In the following description, PSA using a nonlinear optical crystal is described unless otherwise specified.
図７は、従来のＰＳＡの構成を示すブロック図である。ＰＳＡは、光ファイバ１，２と、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）圧電素子（以下、ＰＺＴと略する）３と、光パラメトリックアンプ（Optical Parametric Amplification：ＯＰＡ）用非線形光学結晶４と、位相変調器５と、ＥＤＦＡ６と、第二次高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）用非線形光学結晶７と、光量分割カプラ８と、光検出器９と、正弦波信号発生器１０と、ダブルバランスドミキサー１１と、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）回路１２とから構成される。 FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a conventional PSA. The PSA includes optical fibers 1 and 2, a PZT (lead zirconate titanate) piezoelectric element (hereinafter abbreviated as PZT) 3, a non-linear optical crystal 4 for optical parametric amplification (OPA), and phase modulation. 5, EDFA 6, second harmonic generation (SHG) nonlinear optical crystal 7, light splitting coupler 8, photodetector 9, sine wave signal generator 10, double balanced It comprises a mixer 11 and a PID (Proportional-Integral-Derivative) circuit 12.
ＰＳＡには、縮退パラメトリック増幅と非縮退パラメトリック増幅の場合があり、縮退パラメトリック増幅の場合は光ファイバ１に信号光を入力する光源と光ファイバ２に励起光を入力する光源とが同一の光源であり、非縮退パラメトリック増幅の場合はＰＳＡ入力前に信号光と励起光の差周波のアイドラー光を生成しておく必要がある。 The PSA includes degenerate parametric amplification and non-degenerate parametric amplification. In the degenerate parametric amplification, the light source that inputs signal light to the optical fiber 1 and the light source that inputs pump light to the optical fiber 2 are the same light source. In the case of non-degenerate parametric amplification, it is necessary to generate idler light having a difference frequency between the signal light and the excitation light before inputting the PSA.
アイドラー光を生成するには、図８（Ａ）に示すようなアイドラー光生成装置１３を用いる。信号光＃１，＃２と励起光の周波数関係は図８（Ｂ）のようになり、このような信号光＃１，＃２と励起光をアイドラー光生成装置１３を用いて混合することにより、図８（Ｃ）に示すような差周波のアイドラー光＃１，＃２が生成される。信号光＃１，＃２，励起光のそれぞれの周波数νをνs1，νs2，νpとすると、アイドラー光＃１，＃２の周波数νi1，νi2はνi1＝νp−νs1，νi2＝νp−νs2となる。非縮退パラメトリック増幅の場合はこのような信号光とアイドラー光とを光ファイバ１に入力する。 In order to generate idler light, an idler light generator 13 as shown in FIG. 8A is used. The frequency relationship between the signal lights # 1 and # 2 and the pumping light is as shown in FIG. 8B. By mixing such signal lights # 1 and # 2 and the pumping light using the idler light generator 13, The idler lights # 1 and # 2 having the difference frequency as shown in FIG. 8C are generated. Assuming that the frequencies ν s1 , ν s2 and ν p of the signal light # 1, # 2 and pump light are ν s1 , ν s2 and ν p , the frequencies ν i1 and ν i2 of the idler light # 1 and # 2 are ν i1 = ν p −ν s1 , Ν i2 = ν p −ν s2 . In the case of non-degenerate parametric amplification, such signal light and idler light are input to the optical fiber 1.
位相感応増幅は、位相同期回路（Phase Locked Loop：ＰＬＬ）を構成するＰＩＤ回路１２と光検出器９とにより信号光と励起光の位相ずれを検出し、そのずれを補償することで行われる。この位相ずれの補償は、信号光の光路に配置した光ファイバ１を円筒型のＰＺＴ３に何重にも巻き付けるようにした光ファイバ伸縮器、あるいは励起光の光路に配置した光ファイバ２をＰＺＴ３に巻き付けるようにした光ファイバ伸縮器で光ファイバ１，２を伸縮させることにより行うのが一般的である（図９）。図７、図９の例では、信号光の光ファイバ１をＰＺＴ３に巻き付けている。ＰＩＤ回路１２の出力をＰＺＴ３の駆動電圧としてフィードバックすることで、光ファイバ部品の振動や温度変化による光の位相変動を吸収して、位相感応増幅を実現している（特許文献１参照）。 The phase sensitive amplification is performed by detecting a phase shift between the signal light and the excitation light by the PID circuit 12 and the photodetector 9 constituting a phase locked loop (PLL) and compensating for the shift. Compensation for this phase shift is achieved by using an optical fiber expander in which the optical fiber 1 disposed in the optical path of the signal light is wound around the cylindrical PZT 3 or an optical fiber 2 disposed in the optical path of the excitation light in the PZT 3. In general, the optical fibers 1 and 2 are expanded and contracted by an optical fiber expander that is wound (FIG. 9). In the example of FIGS. 7 and 9, the optical fiber 1 for signal light is wound around the PZT 3. By feeding back the output of the PID circuit 12 as the drive voltage of the PZT 3, the phase sensitive amplification is realized by absorbing the light phase fluctuation due to the vibration of the optical fiber component and the temperature change (see Patent Document 1).
図７に示した従来のＰＳＡでは、周囲温度の変化に伴う光の位相の長期的なドリフトに追従するためにＰＺＴ３への印加電圧が大きくなりがちであり、ＰＺＴ３の電圧定格を超えることが頻繁に発生する。このため、長時間にわたって位相感応増幅を運用することが難しい。その理由は励起光と信号光の光路長に差が発生するためである。 In the conventional PSA shown in FIG. 7, the applied voltage to the PZT 3 tends to increase in order to follow a long-term drift in the phase of light accompanying a change in ambient temperature, and the voltage rating of the PZT 3 is often exceeded. Occurs. For this reason, it is difficult to operate phase sensitive amplification for a long time. This is because a difference occurs in the optical path length between the excitation light and the signal light.
偏波保持型のＥＤＦＡ６の構成の概略を図１０に示す。ＥＤＦＡ６は、偏波保持ファイバ６０と、偏波保持ファイバ６０の途中に設けられたエルビウム添加ファイバ６１と、励起用レーザ６２と、励起用レーザ６２からの光をエルビウム添加ファイバ６１に入射させるためのＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラ６３とから構成される。 A schematic configuration of the polarization maintaining EDFA 6 is shown in FIG. The EDFA 6 is a polarization maintaining fiber 60, an erbium doped fiber 61 provided in the middle of the polarization maintaining fiber 60, a pumping laser 62, and light for making the light from the pumping laser 62 enter the erbium doped fiber 61. It comprises a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler 63.
ＥＤＦＡ６では、励起用レーザ６２によりエルビウム添加ファイバ６１中のエルビウムが励起され、位相変調器５から偏波保持ファイバ６０に入射した光が増幅される。高利得のＰＳＡの実現にはハイパワーのＥＤＦＡ６が使用される。このとき励起用レーザ６２の出力パワーは数ワットとなり、この励起用レーザ６２から出力される光によりＥＤＦＡ６内のファイバ温度は高温となっている。この温度はＰＳＡの周囲温度に比べて高いので、ＥＤＦＡ６は周囲温度の変化に対して鈍感である。一方、ＰＳＡの信号光が伝搬する光ファイバ１の温度は、周囲温度の変化に敏感に反応する。このように、ＰＳＡの信号光と励起光の光路に温度差ができる。 In the EDFA 6, erbium in the erbium-doped fiber 61 is excited by the excitation laser 62, and light incident on the polarization maintaining fiber 60 from the phase modulator 5 is amplified. A high power EDFA 6 is used to realize a high gain PSA. At this time, the output power of the excitation laser 62 is several watts, and the fiber temperature in the EDFA 6 is high due to the light output from the excitation laser 62. Since this temperature is higher than the ambient temperature of PSA, EDFA 6 is insensitive to changes in ambient temperature. On the other hand, the temperature of the optical fiber 1 through which the PSA signal light propagates is sensitive to changes in ambient temperature. In this way, there is a temperature difference between the optical path of the PSA signal light and the excitation light.
低ノイズのハイパワーＥＤＦＡ６はファイバ長が数十ｍとなる。そのため、信号光の経路に、図９で示したように光ファイバ１を円筒型のＰＺＴ３に巻き付けた光ファイバ伸縮器を設けることが多い。円筒型のＰＺＴ３の印加電圧に対する動径方向への伸び率ｄＬradial／ｄＶは、次式のように表すことができる（非特許文献２参照）。 The low noise high power EDFA 6 has a fiber length of several tens of meters. Therefore, an optical fiber expander in which the optical fiber 1 is wound around a cylindrical PZT 3 is often provided in the signal light path as shown in FIG. The elongation ratio dL radial / dV in the radial direction with respect to the applied voltage of the cylindrical PZT 3 can be expressed by the following equation (see Non-Patent Document 2).
式（１）におけるｒ1はＰＺＴ３の内半径、ｒ2はＰＺＴ３の外半径、ｄ31は圧電定数である。例えばｒ1＝２５ｍｍ、ｒ2＝２７ｍｍ、ｄ31＝−１００×１０-12ｍ／ＶのＰＺＴ３を考える。このときＰＩＤ回路１２からの印加電圧に対するＰＺＴ３の動径方向への伸び率は１．２５ｎｍ／Ｖとなる。積層型のＰＺＴ３の定格電圧は１００Ｖ程度であるので、ＰＺＴ３のフルストロークの伸びは０．１μｍ程度である。このＰＺＴ３に２０ｍの光ファイバ１を巻くと、１２０巻きになる。この光ファイバ１は、ＰＺＴ３のフルストロークの伸びで２πΔｒＮ＝２×３．１×０．１μｍ×１２０＝０．０７４ｍｍだけ長さが変化することになる。ここでΔｒはＰＺＴ３のフルストロークの伸び、Ｎは光ファイバ１の巻き数である。 In Equation (1), r 1 is the inner radius of PZT 3, r 2 is the outer radius of PZT 3, and d 31 is the piezoelectric constant. For example, consider PZT3 with r 1 = 25 mm, r 2 = 27 mm, and d 31 = −100 × 10 −12 m / V. At this time, the elongation rate of the PZT 3 in the radial direction with respect to the applied voltage from the PID circuit 12 is 1.25 nm / V. Since the rated voltage of the stacked PZT 3 is about 100 V, the full stroke elongation of the PZT 3 is about 0.1 μm. When the optical fiber 1 of 20 m is wound around the PZT 3, 120 turns are obtained. The length of the optical fiber 1 changes by 2πΔrN = 2 × 3.1 × 0.1 μm × 120 = 0.074 mm due to the full stroke extension of PZT3. Here, Δr is the full-stroke elongation of PZT 3, and N is the number of turns of the optical fiber 1.
一方、光ファイバを構成しているガラスの伸びの温度係数は１０-5／Ｋ程度である。ＥＤＦＡ６側の光路の長さが２０ｍとすると、０．６ｍｍの変位があることになり、光ファイバ１側にＰＺＴ３を挿入したとしても、ＥＤＦＡ６側の光路長の変化に追従することは難しく、ＰＺＴ３のみで長期の位相補償は難しいことが分かる。 On the other hand, the temperature coefficient of elongation of the glass constituting the optical fiber is about 10 −5 / K. If the length of the optical path on the EDFA 6 side is 20 m, there will be a displacement of 0.6 mm. Even if the PZT 3 is inserted on the optical fiber 1 side, it is difficult to follow the change in the optical path length on the EDFA 6 side. It turns out that long-term phase compensation is difficult.
以上のように従来のＰＳＡでは、ＰＺＴのみで信号光と励起光の位相ずれを補償することが難しく、長期の動作安定化を実現することが難しいという問題点があった。
また、ＰＺＴの応答速度は数ｋＨｚからせいぜい１００ｋＨｚ程度までである。偏波多重信号による偏光の変化速度は１００ｋＨｚ程度であるため、ＰＳＡの位相補償の制御帯域は１００ｋＨｚ以上の帯域を有する必要がある。すなわち、周囲温度の変化による低周波成分の位相ずれを抑えながら、偏光の変化による速い位相ずれ成分を抑える制御を行う必要があった。
As described above, the conventional PSA has a problem that it is difficult to compensate for the phase shift between the signal light and the excitation light only by PZT, and it is difficult to realize long-term operation stabilization.
The response speed of PZT is from several kHz to at most about 100 kHz. Since the rate of change of polarization due to the polarization multiplexed signal is about 100 kHz, the PSA phase compensation control band needs to have a band of 100 kHz or more. That is, it is necessary to perform control to suppress a fast phase shift component due to a change in polarization while suppressing a phase shift of a low frequency component due to a change in ambient temperature.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、位相補償制御の長期の動作安定化を実現することができる位相感応光増幅器および位相同期安定化方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、位相補償制御の帯域拡大を実現することができる位相感応光増幅器および位相同期安定化方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a phase-sensitive optical amplifier and a phase synchronization stabilization method capable of realizing long-term operation stabilization of phase compensation control.
Another object of the present invention is to provide a phase sensitive optical amplifier and a phase synchronization stabilization method capable of realizing the band expansion of the phase compensation control.
本発明の位相感応光増幅器は、周期的に分極反転された二次非線形光学材料からなり、励起光を用いて信号光のパラメトリック増幅を行うための光導波路を備えた二次非線形光学素子と、この二次非線形光学素子に入射する前記信号光または前記二次非線形光学素子に入射する前記励起光の位相を制御することにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる位相補償制御手段とを備え、前記位相補償制御手段は、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させることにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる第１の位相補償手段と、この第１の位相補償手段で対象とする位相ずれよりも低周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第２の位相補償手段と、前記第１の位相補償手段で対象とする位相ずれよりも高周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第３の位相補償手段とから構成され、前記第１の位相補償手段は、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させる光ファイバ伸縮器と、前記二次非線形光学素子から出力される増幅された信号光の一部を取り出して復調する検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように前記光ファイバ伸縮器への制御信号を生成する第１の制御手段とから構成され、前記第２の位相補償手段は、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバの温度を調整する温度調整機構と、前記検出手段と、前記検出手段の出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように前記温度調整機構への制御信号を生成する第２の制御手段とから構成され、前記第３の位相補償手段は、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光の位相を変調する電気光学変調器と、前記検出手段と、前記検出手段の出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように前記電気光学変調器への制御信号を生成する第３の制御手段とから構成され、前記第１の制御手段の積分定数をＴＩａ、前記第２の制御手段の積分定数をＴＩｂ、前記第３の制御手段の積分定数をＴＩｃとしたとき、ＴＩｂ＞ＴＩａ＞ＴＩｃの関係になるように設定されていることを特徴とするものである。 The phase-sensitive optical amplifier of the present invention comprises a second-order nonlinear optical element comprising a second-order nonlinear optical material whose polarization is periodically inverted, and an optical waveguide for performing parametric amplification of signal light using excitation light; By controlling the phase of the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the phase of the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element, the phase of the signal light and the phase of the excitation light are changed in the optical waveguide. The phase compensation control means mechanically transmits an optical fiber through which the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates. The first phase compensation means that synchronizes the phase of the signal light and the phase of the excitation light in the optical waveguide by expanding and contracting, and the first phase compensation means A second phase compensation means for than the phase shift for compensating a phase shift of the excitation light and the signal light in the region of the low frequency side, a high frequency than the phase shift of interest in the first phase compensating means And a third phase compensation means for compensating for a phase shift between the signal light and the excitation light in the region on the side, and the first phase compensation means is a signal incident on the second-order nonlinear optical element. An optical fiber expander that mechanically expands and contracts an optical fiber through which light or excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates, and extracts a part of the amplified signal light output from the second-order nonlinear optical element And a first control means for generating a control signal to the optical fiber expander so that the phase of the signal light and the phase of the pumping light are synchronized based on the output signal of the detection means And consists of and before The second phase compensation means includes a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the optical fiber through which the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates, and the detection means And second control means for generating a control signal to the temperature adjustment mechanism so that the phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized based on the output signal of the detection means, The phase compensation means 3 includes an electro-optic modulator that modulates the phase of the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element, the detection means, and the detection means A first control unit configured to generate a control signal to the electro-optic modulator so that a phase of the signal light and a phase of the excitation light are synchronized based on an output signal; Integral constant of TIa, where the integration constant of the second control means is TIb, and the integration constant of the third control means is TIc, so that TIb>TIa> TIc is set. It is.
また、本発明の位相感応光増幅器の位相同期安定化方法は、周期的に分極反転された二次非線形光学材料からなる光導波路を備えた二次非線形光学素子により信号光のパラメトリック増幅を行う位相感応増幅ステップと、前記二次非線形光学素子に入射する前記信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光の位相を制御することにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる位相補償制御ステップとを含み、前記位相補償制御ステップは、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させることにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる第１の位相補償ステップと、この第１の位相補償ステップで対象とする位相ずれよりも低周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第２の位相補償ステップと、前記第１の位相補償ステップで対象とする位相ずれよりも高周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第３の位相補償ステップとを含み、前記第１の位相補償ステップは、前記二次非線形光学素子から出力される増幅された信号光の一部を取り出して復調する検出ステップと、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させる光ファイバ伸縮器への制御信号を、前記検出ステップで得られた出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように生成する第１の制御ステップとを含み、前記第２の位相補償ステップは、前記検出ステップと、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバの温度を調整する温度調整機構への制御信号を、前記検出ステップで得られた出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように生成する第２の制御ステップとを含み、前記第３の位相補償ステップは、前記検出ステップと、前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光の位相を変調する電気光学変調器への制御信号を、前記検出ステップで得られた出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように生成する第３の制御ステップとを含み、前記第１の制御ステップの積分定数をＴＩａ、前記第２の制御ステップの積分定数をＴＩｂ、前記第３の制御ステップの積分定数をＴＩｃとしたとき、ＴＩｂ＞ＴＩａ＞ＴＩｃの関係になるように設定されていることを特徴とするものである。 In addition, the phase synchronization stabilization method of the phase sensitive optical amplifier according to the present invention includes a phase in which parametric amplification of signal light is performed by a second order nonlinear optical element including an optical waveguide made of a second order nonlinear optical material whose polarization is periodically inverted. And a phase of the signal light and the phase of the excitation light by controlling the phase of the signal light incident on the secondary nonlinear optical element or the phase of the excitation light incident on the secondary nonlinear optical element. A phase compensation control step for synchronizing in the optical waveguide, wherein the phase compensation control step comprises an optical fiber through which signal light incident on the second-order nonlinear optical element or excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates First phase compensation step of synchronizing the phase of the signal light and the phase of the excitation light in the optical waveguide by mechanically expanding and contracting A second phase compensating step for compensating the phase shift of the signal light and the excitation light in the region of the low frequency side than the phase shift of interest in this first phase compensation step, the first the third viewing contains a phase compensating step, the first phase compensation step for compensating the phase shift of the signal light and the excitation light in the region of the high-frequency side than the phase shift that is an object of the phase compensation step Includes a detection step of extracting and demodulating a part of the amplified signal light output from the second-order nonlinear optical element, and a signal light incident on the second-order nonlinear optical element or incident on the second-order nonlinear optical element The phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized based on the output signal obtained in the detection step for the control signal to the optical fiber expander that mechanically expands and contracts the optical fiber through which the excitation light propagates. The second phase compensation step includes: the detection step; and the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element. A control signal to a temperature adjustment mechanism that adjusts the temperature of the propagating optical fiber is generated based on the output signal obtained in the detection step so that the phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized. 2, and the third phase compensation step modulates the phase of the detection step and the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element. A third control step that generates a control signal to the electro-optic modulator so that the phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized based on the output signal obtained in the detection step. Where TIa is the integral constant of the first control step, TIb is the integral constant of the second control step, and TIc is the integral constant of the third control step, TIb>TIa> TIc It is set so that it may become a relationship .
本発明によれば、信号光の位相と励起光の位相とを光導波路内において同期させる位相補償制御手段として、二次非線形光学素子に入射する信号光または二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させることにより、信号光の位相と励起光の位相とを光導波路内において同期させる第１の位相補償手段と、第１の位相補償手段で対象とする位相ずれよりも低周波側の領域での信号光と励起光の位相ずれを補償するための第２の位相補償手段とを設けることにより、位相補償制御の制御帯域の低周波側への拡大と位相補償制御の長期の動作安定化とを実現することができる。 According to the present invention, as phase compensation control means for synchronizing the phase of the signal light and the phase of the excitation light in the optical waveguide, the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element First phase compensation means for synchronizing the phase of the signal light and the phase of the pumping light in the optical waveguide by mechanically expanding and contracting the optical fiber propagating the light, and the phase targeted by the first phase compensation means By providing the second phase compensation means for compensating for the phase shift between the signal light and the excitation light in the region on the lower frequency side than the shift, the expansion and phase of the control band of the phase compensation control to the lower frequency side are provided. It is possible to achieve long-term stabilization of compensation control.
また、本発明では、位相補償制御手段として、さらに、第１の位相補償手段で対象とする位相ずれよりも高周波側の領域での信号光と励起光の位相ずれを補償するための第３の位相補償手段を設けることにより、更に広帯域な位相補償制御を実現することができる。 In the present invention, the phase compensation control means further includes a third phase compensation means for compensating for the phase deviation between the signal light and the excitation light in the region on the higher frequency side than the target phase deviation by the first phase compensation means. By providing the phase compensation means, wider-band phase compensation control can be realized.
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るＰＳＡの構成を示すブロック図である。本実施の形態のＰＳＡは、光ファイバ１，２と、ＰＺＴ３と、光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４と、位相変調器５と、ＥＤＦＡ６と、第二次高調波発生用二次非線形光学素子７と、光量分割カプラ８と、光検出器９と、正弦波信号発生器１０と、ダブルバランスドミキサー１１と、ＰＩＤ回路１２ａ，１２ｂと、温度調整機構１４とから構成される。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the PSA according to the first embodiment of the present invention. The PSA of this embodiment includes optical fibers 1 and 2, PZT 3, a second-order nonlinear optical element 4 for an optical parametric amplifier, a phase modulator 5, an EDFA 6, and a second-order nonlinear optical for generating second harmonics. It comprises an element 7, a light quantity dividing coupler 8, a photodetector 9, a sine wave signal generator 10, a double balanced mixer 11, PID circuits 12 a and 12 b, and a temperature adjustment mechanism 14.
ＰＺＴ３と位相変調器５と光量分割カプラ８と光検出器９と正弦波信号発生器１０とダブルバランスドミキサー１１とＰＩＤ回路１２ａ，１２ｂと温度調整機構１４とは、位相補償制御手段を構成している。このうち、ＰＺＴ３と位相変調器５と光量分割カプラ８と光検出器９と正弦波信号発生器１０とダブルバランスドミキサー１１とＰＩＤ回路１２ａ（第１の制御手段）とは第１の位相補償手段を構成し、位相変調器５と光量分割カプラ８と光検出器９と正弦波信号発生器１０とダブルバランスドミキサー１１とＰＩＤ回路１２ｂ（第２の制御手段）と温度調整機構１４とは第２の位相補償手段を構成し、光量分割カプラ８と光検出器９と正弦波信号発生器１０とダブルバランスドミキサー１１とは検出手段を構成している。 The PZT 3, the phase modulator 5, the light quantity splitting coupler 8, the photodetector 9, the sine wave signal generator 10, the double balanced mixer 11, the PID circuits 12a and 12b, and the temperature adjustment mechanism 14 constitute a phase compensation control means. ing. Among these, the PZT 3, the phase modulator 5, the light quantity dividing coupler 8, the photodetector 9, the sine wave signal generator 10, the double balanced mixer 11, and the PID circuit 12a (first control means) are the first phase compensation. The phase modulator 5, the light quantity splitting coupler 8, the photodetector 9, the sine wave signal generator 10, the double balanced mixer 11, the PID circuit 12b (second control means), and the temperature adjustment mechanism 14 are configured. A second phase compensation unit is configured, and the light quantity dividing coupler 8, the photodetector 9, the sine wave signal generator 10, and the double balanced mixer 11 configure a detection unit.
信号光は、ＰＺＴ３からなる光ファイバ伸縮器と温度調整機構１４とが設けられた光ファイバ１の入力端に入射し、光ファイバ１を伝搬して光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４に入射する。ＰＺＴ３からなる光ファイバ伸縮器の構成は図９に示したとおりである。光ファイバ１の温度を調整する温度調整機構１４の構成については後述する。 The signal light is incident on the input end of the optical fiber 1 provided with the optical fiber expander made of PZT3 and the temperature adjusting mechanism 14, propagates through the optical fiber 1, and enters the second nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier. To do. The configuration of the optical fiber expander made of PZT3 is as shown in FIG. The configuration of the temperature adjustment mechanism 14 that adjusts the temperature of the optical fiber 1 will be described later.
光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４は、入力側のダイクロイックミラー４０と、周期分極反転ニオブ酸リチウム（Period-ically Poled Lithium Niobate：ＰＰＬＮ）導波路４１と、出力側のダイクロイックミラー４２とを含む。周期的に分極反転された二次非線形光学材料であるＰＰＬＮからなるＰＰＬＮ導波路については特許文献１に開示されているので、詳細な説明は省略する。 The second-order nonlinear optical element 4 for an optical parametric amplifier includes an input-side dichroic mirror 40, a periodically-polarized lithium niobate (PPLN) waveguide 41, and an output-side dichroic mirror 42. . Since a PPLN waveguide made of PPLN, which is a second-order nonlinear optical material whose polarization is periodically inverted, is disclosed in Patent Document 1, detailed description thereof is omitted.
励起光は、光ファイバ２の入力端に入射する。光ファイバ２に設けられた位相変調器５には、正弦波信号発生器１０から高周波（典型的には１ＭＨｚ以上）の正弦波電気信号が印加される。位相変調器５は、入射した励起光を正弦波電気信号に応じて位相変調する。位相変調された励起光は、さらにＥＤＦＡ６により増幅されて、第二次高調波発生用二次非線形光学素子７に入射する。第二次高調波発生用二次非線形光学素子７は、ＰＰＬＮ導波路７０と、出力側のダイクロイックミラー７１とを含む。 Excitation light is incident on the input end of the optical fiber 2. A high frequency (typically 1 MHz or higher) sine wave electric signal is applied from a sine wave signal generator 10 to the phase modulator 5 provided in the optical fiber 2. The phase modulator 5 phase-modulates the incident excitation light according to the sine wave electric signal. The phase-modulated excitation light is further amplified by the EDFA 6 and enters the second-order nonlinear optical element 7 for generating the second harmonic. The second-order harmonic generation secondary nonlinear optical element 7 includes a PPLN waveguide 70 and an output-side dichroic mirror 71.
第二次高調波発生用二次非線形光学素子７のＰＰＬＮ導波路７０により励起光の半分の波長の第二次高調波光が発生し、第二次高調波発生用二次非線形光学素子７のダイクロイックミラー７１により励起光と第二次高調波光とが分離され、第二次高調波光が光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４のダイクロイックミラー４０に入射する。この第二次高調波光は、ダイクロイックミラー４０により信号光と合波され、ＰＰＬＮ導波路４１に入射する。ＰＰＬＮ導波路４１は、ＰＰＬＮ導波路７０と同等の性能、位相整合波長を有しており、パラメトリック増幅により、信号光を位相感応増幅することができる。 A second harmonic light having a wavelength half that of the excitation light is generated by the PPLN waveguide 70 of the second-order harmonic generation second-order nonlinear optical element 7, and the dichroic of the second-order harmonic generation second-order nonlinear optical element 7 The excitation light and the second harmonic light are separated by the mirror 71, and the second harmonic light enters the dichroic mirror 40 of the second nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier. The second harmonic light is combined with the signal light by the dichroic mirror 40 and enters the PPLN waveguide 41. The PPLN waveguide 41 has the same performance and phase matching wavelength as the PPLN waveguide 70, and can perform phase-sensitive amplification of signal light by parametric amplification.
ＰＰＬＮ導波路４１から出射した光は、光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４のダイクロイックミラー４２により励起光と増幅された信号光とに分離されて励起光が取り除かれ、増幅された信号光が第二次高調波発生用二次非線形光学素子７から出射して光量分割カプラ８に入射するようになっている。光量分割カプラ８は、増幅された信号光の一部を取り出して光検出器９に入射させる。光検出器９は、入射した信号光を電気信号に変換する。ダブルバランスドミキサー１１は、光検出器９の出力信号と正弦波信号発生器１０から出力される正弦波信号とを乗算して復調を行う。 The light emitted from the PPLN waveguide 41 is separated into excitation light and amplified signal light by the dichroic mirror 42 of the second-order nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier, the excitation light is removed, and the amplified signal light is The light is emitted from the second-order harmonic generation secondary nonlinear optical element 7 and enters the light quantity splitting coupler 8. The light quantity splitting coupler 8 takes out part of the amplified signal light and makes it incident on the photodetector 9. The photodetector 9 converts the incident signal light into an electrical signal. The double balanced mixer 11 multiplies the output signal of the photodetector 9 by the sine wave signal output from the sine wave signal generator 10 to perform demodulation.
ＰＩＤ回路１２ａは、従来のＰＩＤ回路１２と同様に、ダブルバランスドミキサー１１から出力される復調信号の値が所定の目標値と一致するように、ＰＺＴ３への印加電圧を生成する。また、ＰＩＤ回路１２ｂは、ダブルバランスドミキサー１１から出力される復調信号の値が上記目標値と一致するように、温度調整機構１４への印加電圧を生成する。 Similar to the conventional PID circuit 12, the PID circuit 12a generates an applied voltage to the PZT 3 so that the value of the demodulated signal output from the double balanced mixer 11 matches a predetermined target value. Further, the PID circuit 12b generates an applied voltage to the temperature adjustment mechanism 14 so that the value of the demodulated signal output from the double balanced mixer 11 matches the target value.
本実施の形態では、ＰＩＤ回路１２ａの積分定数（積分時間）をＴＩａ、ＰＩＤ回路１２ｂの積分定数をＴＩｂとすると、ＴＩｂ＞ＴＩａの関係になるように設定している。本実施の形態のフィードバック制御系のフィードバックゲインの周波数特性を図２に示す。図２におけるＫａはＰＺＴ３に印加電圧をフィードバックする制御系のフィードバックゲインを示し、Ｋｂは温度調整機構１４に印加電圧をフィードバックする制御系のフィードバックゲインを示している。 In this embodiment, assuming that the integration constant (integration time) of the PID circuit 12a is TIa and the integration constant of the PID circuit 12b is TIb, the relation of TIb> TIa is set. FIG. 2 shows the frequency characteristics of the feedback gain of the feedback control system of this embodiment. In FIG. 2, Ka represents the feedback gain of the control system that feeds back the applied voltage to the PZT 3, and Kb represents the feedback gain of the control system that feeds back the applied voltage to the temperature adjustment mechanism 14.
ＰＺＴ３に印加電圧をフィードバックする制御系は、ＰＺＴ３から光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４、光量分割カプラ８、光検出器９、ダブルバランスドミキサー１１、ＰＩＤ回路１２ａへと至り、ＰＺＴ３に印加電圧を出力するループを形成している。同様に、温度調整機構１４に印加電圧をフィードバックする制御系は、温度調整機構１４から光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４、光量分割カプラ８、光検出器９、ダブルバランスドミキサー１１、ＰＩＤ回路１２ｂへと至り、温度調整機構１４に印加電圧を出力するループを形成している。 The control system that feeds back the applied voltage to the PZT 3 extends from the PZT 3 to the second-order nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier, the light quantity dividing coupler 8, the photodetector 9, the double balanced mixer 11, and the PID circuit 12a, and is applied to the PZT 3. A loop for outputting voltage is formed. Similarly, the control system that feeds back the applied voltage to the temperature adjustment mechanism 14 includes the second-order nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier, the light quantity dividing coupler 8, the photodetector 9, the double balanced mixer 11, the PID from the temperature adjustment mechanism 14. A circuit that reaches the circuit 12b and outputs an applied voltage to the temperature adjusting mechanism 14 is formed.
図２から明らかなように、フィードバックゲインＫａとＫｂは周波数帯域が異なり、またフィードバックゲインＫａはＰＺＴ３の共振周波数以上の周波数領域で値が０になるように設定されている。このようなフィードバックゲインＫａ，Ｋｂの設定により、光ファイバの温度変化等による信号光と励起光の低周波領域の位相ずれを、温度調整機構１４に印加電圧をフィードバックする制御系で補償し、より高い周波数領域での信号光と励起光の位相ずれを、ＰＺＴ３に印加電圧をフィードバックする制御系で補償する。 As is clear from FIG. 2, the feedback gains Ka and Kb have different frequency bands, and the feedback gain Ka is set to have a value of 0 in a frequency region equal to or higher than the resonance frequency of PZT3. By setting the feedback gains Ka and Kb as described above, the phase shift in the low frequency region of the signal light and the excitation light due to the temperature change of the optical fiber is compensated by the control system that feeds back the applied voltage to the temperature adjustment mechanism 14 and more. A phase shift between the signal light and the excitation light in a high frequency region is compensated by a control system that feeds back an applied voltage to the PZT 3.
一般的に温度調整機構１４は温度の伝達速度から応答速度が速くとも０．１ｓ程度なので（周波数帯域１０Ｈｚ程度）、温度調整機構１４に印加電圧をフィードバックする制御系のフィードバック帯域は、ＰＺＴ３に印加電圧をフィードバックする制御系のフィードバック帯域よりも低いが、前述した周囲温度変化がある環境下ではファイバ温度へのフィードバックは有効な手段である。
図２のようなフィードバックゲインＫａ，Ｋｂが設定されるように、ＰＩＤ回路１２ａ，１２ｂの各々の制御パラメータ（比例ゲイン、積分定数、微分定数）を設定しておけばよい。
In general, the temperature adjustment mechanism 14 has a response speed of about 0.1 s at the fastest from the temperature transmission speed (frequency band about 10 Hz). Although lower than the feedback band of the control system that feeds back the voltage, the feedback to the fiber temperature is an effective means in the environment where the ambient temperature changes as described above.
The control parameters (proportional gain, integral constant, differential constant) of the PID circuits 12a and 12b may be set so that the feedback gains Ka and Kb as shown in FIG. 2 are set.
ＰＩＤ回路１２ａは、ダブルバランスドミキサー１１から出力される復調信号の値が、励起光に対して信号光の位相が遅れている（信号光の光路長が長い）ことを示す方向にずれている場合には、光ファイバ１を短くする方向に変化させる電圧を出力し、復調信号の値が、信号光に対して励起光の位相が遅れている（励起光の光路長が長い）ことを示す方向にずれている場合には、光ファイバ１を長くする方向に変化させる電圧を出力する。ＰＺＴ３からなる光ファイバ伸縮器は、ＰＩＤ回路１２ａから出力された印加電圧に応じて光ファイバ１を伸縮させる。 In the PID circuit 12a, the value of the demodulated signal output from the double balanced mixer 11 is shifted in a direction indicating that the phase of the signal light is delayed with respect to the excitation light (the optical path length of the signal light is long). In this case, a voltage that changes the direction of the optical fiber 1 is output, and the value of the demodulated signal indicates that the phase of the pumping light is delayed with respect to the signal light (the optical path length of the pumping light is long). When the direction is shifted, a voltage for changing the length of the optical fiber 1 is output. The optical fiber expander made of PZT 3 expands and contracts the optical fiber 1 according to the applied voltage output from the PID circuit 12a.
一方、ＰＩＤ回路１２ｂは、ダブルバランスドミキサー１１から出力される復調信号の値が、励起光に対して信号光の位相が遅れていることを示す方向にずれている場合には、光ファイバ１の温度を下降させる電圧を出力し、復調信号の値が、信号光に対して励起光の位相が遅れていることを示す方向にずれている場合には、光ファイバ１の温度を上昇させる電圧を出力する。温度調整機構１４は、ＰＩＤ回路１２ｂから出力された印加電圧に応じて光ファイバ１の温度を調整する。 On the other hand, when the value of the demodulated signal output from the double balanced mixer 11 is shifted in the direction indicating that the phase of the signal light is delayed with respect to the excitation light, the PID circuit 12b When the value of the demodulated signal is shifted in the direction indicating that the phase of the pumping light is delayed with respect to the signal light, the voltage that increases the temperature of the optical fiber 1 is output. Is output. The temperature adjustment mechanism 14 adjusts the temperature of the optical fiber 1 according to the applied voltage output from the PID circuit 12b.
図３は温度調整機構１４の構成例を示すブロック図である。温度調整機構１４は、光ファイバ１を複数回巻いた巻回体を覆う金属箔１４０と、この金属箔に取り付けられたヒータ１４１と、金属箔１４０に取り付けられた温度センサ（サーミスタ）１４２と、温度制御装置１４３とから構成される。 FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the temperature adjustment mechanism 14. The temperature adjustment mechanism 14 includes a metal foil 140 covering a wound body in which the optical fiber 1 is wound a plurality of times, a heater 141 attached to the metal foil, a temperature sensor (thermistor) 142 attached to the metal foil 140, And a temperature control device 143.
温度制御装置１４３は、ＰＩＤ回路１２ｂの出力電圧が指示する温度と温度センサ１４２によって計測された温度とが一致するようにヒータ１４１に印加電圧を供給して、光ファイバ１の温度を調整する。具体的には、温度制御装置１４３は、ＰＩＤ回路１２ｂの出力電圧が指示する温度が温度センサ１４２によって計測された温度よりも低い場合には、光ファイバ１の温度を下降させる電圧をヒータ１４１に出力し、ＰＩＤ回路１２ｂの出力電圧が指示する温度が温度センサ１４２によって計測された温度よりも高い場合には、光ファイバ１の温度を上昇させる電圧をヒータ１４１に出力すればよい。 The temperature control device 143 adjusts the temperature of the optical fiber 1 by supplying an applied voltage to the heater 141 so that the temperature indicated by the output voltage of the PID circuit 12 b matches the temperature measured by the temperature sensor 142. Specifically, when the temperature indicated by the output voltage of the PID circuit 12 b is lower than the temperature measured by the temperature sensor 142, the temperature control device 143 supplies the heater 141 with a voltage that lowers the temperature of the optical fiber 1. If the temperature indicated by the output voltage of the PID circuit 12b is higher than the temperature measured by the temperature sensor 142, a voltage for raising the temperature of the optical fiber 1 may be output to the heater 141.
図４（Ａ）は温度調整機構１４の別の構成例を示すブロック図、図４（Ｂ）はマルチコアファイバの断面図である。この温度調整機構１４は、中心コア１４７と周辺コア１４８とを有するマルチコアファイバ１４４と、温調用レーザ１４５と、レーザドライバ１４６とから構成される。マルチコアファイバ１４４の中心コア１４７が図１の光ファイバ１のコアとなり、信号光が入力される。一方、周辺コア１４８には、温調用レーザ１４５から信号光とは無関係の高強度レーザ光が入力される。 4A is a block diagram showing another configuration example of the temperature adjustment mechanism 14, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the multi-core fiber. The temperature adjustment mechanism 14 includes a multi-core fiber 144 having a central core 147 and a peripheral core 148, a temperature adjustment laser 145, and a laser driver 146. The central core 147 of the multi-core fiber 144 becomes the core of the optical fiber 1 in FIG. 1, and signal light is input. On the other hand, the peripheral core 148 receives a high-intensity laser beam unrelated to the signal light from the temperature adjustment laser 145.
レーザドライバ１４６は、ＰＩＤ回路１２ｂの出力電圧と基準電圧とを比較して温調用レーザ１４５のレーザ光の強度を調整することにより、マルチコアファイバ１４４（光ファイバ１）の温度を調整する。具体的には、レーザドライバ１４６は、ＰＩＤ回路１２ｂの出力電圧が、光ファイバ１の温度を下降させる方向にずれている場合には、温調用レーザ１４５のレーザ光の強度を低下させ、ＰＩＤ回路１２ｂの出力電圧が、光ファイバ１の温度を上昇させる方向にずれている場合には、温調用レーザ１４５のレーザ光の強度を増大させる。 The laser driver 146 adjusts the temperature of the multi-core fiber 144 (optical fiber 1) by comparing the output voltage of the PID circuit 12b with the reference voltage and adjusting the intensity of the laser light of the temperature adjustment laser 145. Specifically, when the output voltage of the PID circuit 12b is shifted in the direction of lowering the temperature of the optical fiber 1, the laser driver 146 reduces the intensity of the laser light of the temperature adjustment laser 145, and the PID circuit When the output voltage 12b is shifted in the direction of increasing the temperature of the optical fiber 1, the intensity of the laser light of the temperature adjustment laser 145 is increased.
以上のように、本実施の形態では、従来のＰＺＴ３に加えて温度調整機構１４をＰＳＡに設け、ＰＩＤ回路１２ａ，１２ｂからＰＺＴ３と温度調整機構１４の各々に印加電圧を与えることにより、信号光の位相と励起光の位相とをＰＰＬＮ導波路４１内において同期させることができる。本実施の形態では、特に周囲温度の変化に敏感な信号光の光路の光ファイバ１の温度を制御することで、信号光と励起光の位相ずれを抑制することができ、制御帯域の低周波側への拡大を実現することができる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the conventional PZT3, the temperature adjustment mechanism 14 is provided in the PSA, and the PID circuits 12a and 12b apply the applied voltage to each of the PZT3 and the temperature adjustment mechanism 14 to thereby generate the signal light. And the phase of the excitation light can be synchronized in the PPLN waveguide 41. In the present embodiment, by controlling the temperature of the optical fiber 1 in the optical path of the signal light that is particularly sensitive to changes in the ambient temperature, the phase shift between the signal light and the excitation light can be suppressed, and the low frequency of the control band Expansion to the side can be realized.
また、本実施の形態では、信号光と励起光の低周波領域の位相ずれの抑制を、ＰＺＴ３による光ファイバ長の伸縮ではなく、温度調整機構１４による光ファイバ１の温度の調整で行うことにより、ＰＺＴ３への印加電圧を下げて印加電圧のドリフト量を抑えることができるので、ＰＺＴ３からなる光ファイバ伸縮器を、突発的な音響雑音に対応させることが可能となる。これにより、ＰＺＴ３への直流電圧をほぼゼロにすることが可能となり、ＰＬＬの破たんを防ぐことができる。以上の結果、本実施の形態では、位相補償制御の長期の動作安定化を実現することができる。 Further, in the present embodiment, by suppressing the phase shift in the low frequency region of the signal light and the excitation light by adjusting the temperature of the optical fiber 1 by the temperature adjusting mechanism 14 instead of expanding and contracting the optical fiber length by the PZT 3. Since the applied voltage to the PZT 3 can be lowered to suppress the drift amount of the applied voltage, the optical fiber expander made of PZT 3 can be made to cope with sudden acoustic noise. Thereby, the DC voltage to the PZT 3 can be made almost zero, and the PLL can be prevented from being broken. As a result, in the present embodiment, long-term operation stabilization of phase compensation control can be realized.
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係るＰＳＡの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のＰＳＡは、光ファイバ１，２と、ＰＺＴ３と、光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４と、位相変調器５と、ＥＤＦＡ６と、第二次高調波発生用二次非線形光学素子７と、光量分割カプラ８と、光検出器９と、正弦波信号発生器１０と、ダブルバランスドミキサー１１と、ＰＩＤ回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、温度調整機構１４と、電気光学変調器（Electro-Optic Modulator：ＥＯＭ）１５とから構成される。位相変調器５と光量分割カプラ８と光検出器９と正弦波信号発生器１０とダブルバランスドミキサー１１とＰＩＤ回路１２ｃ（第３の制御手段）とＥＯＭ１５とは第３の位相補償手段を構成している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the PSA according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The PSA of this embodiment includes optical fibers 1 and 2, PZT 3, a second-order nonlinear optical element 4 for an optical parametric amplifier, a phase modulator 5, an EDFA 6, and a second-order nonlinear optical for generating second harmonics. Element 7, light quantity dividing coupler 8, photodetector 9, sine wave signal generator 10, double balanced mixer 11, PID circuits 12a, 12b, 12c, temperature adjusting mechanism 14, electro-optic modulator (Electro-Optic Modulator: EOM) 15. The phase modulator 5, light quantity splitting coupler 8, photodetector 9, sine wave signal generator 10, double balanced mixer 11, PID circuit 12c (third control means), and EOM 15 constitute third phase compensation means. is doing.
本実施の形態は、第１の実施の形態のＰＳＡに、ＰＩＤ回路１２ｃとＥＯＭ１５とを追加したものである。
信号光は、ＰＺＴ３からなる光ファイバ伸縮器と温度調整機構１４とＥＯＭ１５とが設けられた光ファイバ１の入力端に入射し、光ファイバ１を伝搬して光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４に入射する。
In the present embodiment, a PID circuit 12c and an EOM 15 are added to the PSA of the first embodiment.
The signal light is incident on the input end of the optical fiber 1 provided with the optical fiber expander made of PZT3, the temperature adjustment mechanism 14 and the EOM 15, and propagates through the optical fiber 1 to provide the second-order nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier. Is incident on.
励起光は、第１の実施の形態で説明したとおり、光ファイバ２に設けられた位相変調器５により位相変調され、さらにＥＤＦＡ６により増幅されて、第二次高調波発生用二次非線形光学素子７に入射する。第二次高調波発生用二次非線形光学素子７のＰＰＬＮ導波路７０により発生した励起光の第二次高調波光は、光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４のダイクロイックミラー４０に入射し、信号光と合波されて、ＰＰＬＮ導波路４１に入射する。ＰＰＬＮ導波路４１によって増幅された信号光の一部は、光検出器９で検出される。ダブルバランスドミキサー１１は、光検出器９の出力信号と正弦波信号発生器１０から出力される正弦波信号とを乗算して復調を行う。 As described in the first embodiment, the excitation light is phase-modulated by the phase modulator 5 provided in the optical fiber 2 and further amplified by the EDFA 6 to generate a second-order nonlinear optical element for generating second harmonics. 7 is incident. The second harmonic light of the excitation light generated by the PPLN waveguide 70 of the second harmonic generation second-order nonlinear optical element 7 is incident on the dichroic mirror 40 of the second-order nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier, and the signal The light is combined and incident on the PPLN waveguide 41. A part of the signal light amplified by the PPLN waveguide 41 is detected by the photodetector 9. The double balanced mixer 11 multiplies the output signal of the photodetector 9 by the sine wave signal output from the sine wave signal generator 10 to perform demodulation.
ＰＩＤ回路１２ａ，１２ｂの動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。ＰＩＤ回路１２ｃは、ダブルバランスドミキサー１１から出力される復調信号の値が所定の目標値と一致するように、ＥＯＭ１５への印加電圧を生成する。具体的には、ＰＩＤ回路１２ｃは、ダブルバランスドミキサー１１から出力される復調信号の値が、励起光に対して信号光の位相が遅れていることを示す方向にずれている場合には、信号光の位相の遅れを減少させる電圧を出力し、復調信号の値が、信号光に対して励起光の位相が遅れていることを示す方向にずれている場合には、信号光の位相の遅れを増大させる電圧を出力する。ＥＯＭ１５は、ＰＩＤ回路１２ｃから出力された印加電圧に応じて信号光の位相を変調する。 The operations of the PID circuits 12a and 12b are as described in the first embodiment. The PID circuit 12c generates an applied voltage to the EOM 15 so that the value of the demodulated signal output from the double balanced mixer 11 matches a predetermined target value. Specifically, when the value of the demodulated signal output from the double balanced mixer 11 is shifted in a direction indicating that the phase of the signal light is delayed with respect to the excitation light, the PID circuit 12c When a voltage that decreases the phase delay of the signal light is output and the value of the demodulated signal is shifted in a direction indicating that the phase of the excitation light is delayed with respect to the signal light, the phase of the signal light Outputs a voltage that increases the delay. The EOM 15 modulates the phase of the signal light in accordance with the applied voltage output from the PID circuit 12c.
本実施の形態では、ＰＩＤ回路１２ａの積分定数（積分時間）をＴＩａ、ＰＩＤ回路１２ｂの積分定数をＴＩｂ、ＰＩＤ回路１２ｃの積分定数をＴＩｃとすると、ＴＩｂ＞ＴＩａ＞ＴＩｃの関係になるように設定している。本実施の形態のフィードバック制御系のフィードバックゲインの周波数特性を図６に示す。図６におけるＫａはＰＺＴ３に印加電圧をフィードバックする制御系のフィードバックゲインを示し、Ｋｂは温度調整機構１４に印加電圧をフィードバックする制御系のフィードバックゲインを示し、ＫｃはＥＯＭ１５に印加電圧をフィードバックする制御系のフィードバックゲインを示している。 In this embodiment, assuming that the integration constant (integration time) of the PID circuit 12a is TIa, the integration constant of the PID circuit 12b is TIb, and the integration constant of the PID circuit 12c is TIc, the relationship is TIb> TIa> TIc. It is set. FIG. 6 shows the frequency characteristics of the feedback gain of the feedback control system of this embodiment. In FIG. 6, Ka represents a feedback gain of the control system that feeds back the applied voltage to PZT 3, Kb represents a feedback gain of the control system that feeds back the applied voltage to the temperature adjustment mechanism 14, and Kc is a control that feeds back the applied voltage to the EOM 15. The feedback gain of the system is shown.
ＥＯＭ１５に印加電圧をフィードバックする制御系は、ＥＯＭ１５から光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子４、光量分割カプラ８、光検出器９、ダブルバランスドミキサー１１、ＰＩＤ回路１２ｃへと至り、ＥＯＭ１５に印加電圧を出力するループを形成している。図６のようなフィードバックゲインＫａ，Ｋｂ，Ｋｃが設定されるように、ＰＩＤ回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各々の制御パラメータ（比例ゲイン、積分定数、微分定数）を設定しておけばよい。 The control system that feeds back the applied voltage to the EOM 15 extends from the EOM 15 to the second-order nonlinear optical element 4 for the optical parametric amplifier, the light quantity splitting coupler 8, the photodetector 9, the double balanced mixer 11, and the PID circuit 12c, and is applied to the EOM 15. A loop for outputting voltage is formed. The control parameters (proportional gain, integral constant, differential constant) of the PID circuits 12a, 12b, and 12c may be set so that the feedback gains Ka, Kb, and Kc as shown in FIG. 6 are set.
ＰＺＴ３自体の共振周波数のため、ＰＺＴ３の応答速度は数ｋＨｚからせいぜい１００ｋＨｚ程度までである。この共振周波数は、ＰＺＴ３自体の持つキャパシタンスが大きくなると低くなる性質がある。第１、第２の実施の形態で用いる光ファイバ伸縮器のように、外側に光ファイバ１を巻き付けることができるタイプの大型のＰＺＴ３では、数十ｋＨｚの共振周波数となる。一方、偏波多重信号に対応するためには１００ｋＨｚ以上の帯域が必要である。 Because of the resonance frequency of PZT3 itself, the response speed of PZT3 is from several kHz to at most about 100 kHz. This resonance frequency has a property of decreasing as the capacitance of the PZT 3 itself increases. A large PZT 3 of the type in which the optical fiber 1 can be wound outside like the optical fiber expanders used in the first and second embodiments has a resonance frequency of several tens of kHz. On the other hand, a band of 100 kHz or more is necessary to support a polarization multiplexed signal.
第１の実施の形態の構成では、ＰＺＴ３の共振周波数がフィードバック帯域の上限となる。一方、本実施の形態では、ＥＯＭ１５を用いることにより、数百ｋＨｚから数ＭＨｚのフィードバック帯域を実現することができる。ファイバインラインタイプのＥＯＭ１５は数Ｖ程度の印加電圧でフィードバックが十分にかかるため、取扱いも容易である。 In the configuration of the first embodiment, the resonance frequency of PZT 3 is the upper limit of the feedback band. On the other hand, in the present embodiment, by using the EOM 15, a feedback band from several hundred kHz to several MHz can be realized. Since the fiber in-line type EOM 15 is sufficiently fed back with an applied voltage of about several volts, it is easy to handle.
以上のように、本実施の形態では、第１の実施の形態の構成にＰＩＤ回路１２ｃとＥＯＭ１５を追加することにより、信号光の位相と励起光の位相とをＰＰＬＮ導波路４１内において同期させることができる。本実施の形態では、１００ｋＨｚを超える制御帯域が実現可能であり、第１の実施の形態よりも広帯域な位相補償制御を実現することができる。その結果、本実施の形態では、信号伝送時に問題となりうる偏光変化への対応も可能となる。 As described above, in this embodiment, the phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized in the PPLN waveguide 41 by adding the PID circuit 12c and the EOM 15 to the configuration of the first embodiment. be able to. In this embodiment, it is possible to realize a control band exceeding 100 kHz, and it is possible to realize phase compensation control having a wider band than that of the first embodiment. As a result, in the present embodiment, it is possible to cope with a change in polarization that may cause a problem during signal transmission.
第１、第２の実施の形態では、ＰＺＴ３と温度調整機構１４とＥＯＭ１５の制御にＰＩＤ制御を採用したが、これに限るものではなく、ＰＺＴ３と温度調整機構１４の制御にＰＩ制御を採用してもよい。 In the first and second embodiments, the PID control is adopted for the control of the PZT 3, the temperature adjustment mechanism 14, and the EOM 15. However, the present invention is not limited to this, and the PI control is adopted for the control of the PZT 3 and the temperature adjustment mechanism 14. May be.
また、第１の実施の形態では、ＰＺＴ３と温度調整機構１４とを信号光側に設けるようにしたが、励起光側に設けるようにしてもよい。この場合には、例えば位相変調器５の前段の光ファイバ２にＰＺＴ３と温度調整機構１４とを設けるようにしてもよいし、位相変調器５とＥＤＦＡ６との間の光ファイバ２にＰＺＴ３と温度調整機構１４とを設けるようにしてもよいし、ＥＤＦＡ６と第二次高調波発生用二次非線形光学素子７との間の光ファイバ２にＰＺＴ３と温度調整機構１４とを設けるようにしてもよい。 Further, in the first embodiment, the PZT 3 and the temperature adjustment mechanism 14 are provided on the signal light side, but may be provided on the excitation light side. In this case, for example, the PZT 3 and the temperature adjustment mechanism 14 may be provided in the optical fiber 2 before the phase modulator 5, or the PZT 3 and the temperature in the optical fiber 2 between the phase modulator 5 and the EDFA 6. The adjustment mechanism 14 may be provided, or the PZT 3 and the temperature adjustment mechanism 14 may be provided in the optical fiber 2 between the EDFA 6 and the second-order harmonic generation second-order nonlinear optical element 7. .
同様に、第２の実施の形態において、ＰＺＴ３と温度調整機構１４とＥＯＭ１５とを励起光側に設けるようにしてもよい。この場合には、例えば位相変調器５の前段の光ファイバ２にＰＺＴ３と温度調整機構１４とＥＯＭ１５とを設けるようにしてもよいし、位相変調器５とＥＤＦＡ６との間の光ファイバ２にＰＺＴ３と温度調整機構１４とＥＯＭ１５とを設けるようにしてもよいし、ＥＤＦＡ６と第二次高調波発生用二次非線形光学素子７との間の光ファイバ２にＰＺＴ３と温度調整機構１４とＥＯＭ１５とを設けるようにしてもよい。 Similarly, in the second embodiment, the PZT 3, the temperature adjustment mechanism 14, and the EOM 15 may be provided on the excitation light side. In this case, for example, the PZT 3, the temperature adjustment mechanism 14, and the EOM 15 may be provided in the optical fiber 2 before the phase modulator 5, or the PZT 3 is provided in the optical fiber 2 between the phase modulator 5 and the EDFA 6. The temperature adjusting mechanism 14 and the EOM 15 may be provided, or the optical fiber 2 between the EDFA 6 and the second-order harmonic generation second-order nonlinear optical element 7 may be provided with PZT 3, the temperature adjusting mechanism 14 and the EOM 15. You may make it provide.
本発明は、光信号を増幅する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for amplifying an optical signal.
１，２…光ファイバ、３…ＰＺＴ圧電素子、４…光パラメトリックアンプ用二次非線形光学素子、５…位相変調器、６…エルビウム添加ファイバアンプ、７…第二次高調波発生用二次非線形光学素子、８…光量分割カプラ、９…光検出器、１０…正弦波信号発生器、１１…ダブルバランスドミキサー、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…ＰＩＤ回路、１４…温度調整機構、１５…電気光学変調器、１４０…金属箔、１４１…ヒータ、１４２…温度センサ、１４３…温度制御装置、１４４…マルチコアファイバ、１４５…温調用レーザ、１４６…レーザドライバ、１４７…中心コア、１４８…周辺コア。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Optical fiber, 3 ... PZT piezoelectric element, 4 ... Second-order nonlinear optical element for optical parametric amplifiers, 5 ... Phase modulator, 6 ... Erbium-doped fiber amplifier, 7 ... Second-order nonlinearity for second harmonic generation Optical element 8 ... Light splitting coupler 9 ... Photo detector 10 ... Sine wave signal generator 11 ... Double balanced mixer 12a, 12b, 12c ... PID circuit 14 ... Temperature adjustment mechanism 15 ... Electro-optic modulation 140 ... metal foil, 141 ... heater, 142 ... temperature sensor, 143 ... temperature controller, 144 ... multi-core fiber, 145 ... temperature control laser, 146 ... laser driver, 147 ... central core, 148 ... peripheral core.
Claims (2)
この二次非線形光学素子に入射する前記信号光または前記二次非線形光学素子に入射する前記励起光の位相を制御することにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる位相補償制御手段とを備え、
前記位相補償制御手段は、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させることにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる第１の位相補償手段と、
この第１の位相補償手段で対象とする位相ずれよりも低周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第２の位相補償手段と、
前記第１の位相補償手段で対象とする位相ずれよりも高周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第３の位相補償手段とから構成され、
前記第１の位相補償手段は、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させる光ファイバ伸縮器と、
前記二次非線形光学素子から出力される増幅された信号光の一部を取り出して復調する検出手段と、
この検出手段の出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように前記光ファイバ伸縮器への制御信号を生成する第１の制御手段とから構成され、
前記第２の位相補償手段は、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバの温度を調整する温度調整機構と、
前記検出手段と、
前記検出手段の出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように前記温度調整機構への制御信号を生成する第２の制御手段とから構成され、
前記第３の位相補償手段は、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光の位相を変調する電気光学変調器と、
前記検出手段と、
前記検出手段の出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように前記電気光学変調器への制御信号を生成する第３の制御手段とから構成され、
前記第１の制御手段の積分定数をＴＩａ、前記第２の制御手段の積分定数をＴＩｂ、前記第３の制御手段の積分定数をＴＩｃとしたとき、ＴＩｂ＞ＴＩａ＞ＴＩｃの関係になるように設定されていることを特徴とする位相感応光増幅器。 A second-order nonlinear optical element comprising an optical waveguide for performing parametric amplification of signal light using excitation light, which is composed of a periodically nonlinearly-polarized second-order nonlinear optical material;
By controlling the phase of the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the phase of the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element, the phase of the signal light and the phase of the excitation light are changed in the optical waveguide. And phase compensation control means for synchronizing in
The phase compensation control means includes
The phase of the signal light and the phase of the excitation light are mechanically expanded and contracted by optical fibers through which the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates. First phase compensation means for synchronization in the optical waveguide;
A second phase compensation unit for compensating for a phase shift between the signal light and the excitation light in a region on a lower frequency side than a target phase shift by the first phase compensation unit ;
The first phase compensation means includes third phase compensation means for compensating for the phase deviation between the signal light and the excitation light in a region on the higher frequency side than the target phase deviation .
The first phase compensation means includes:
An optical fiber expander that mechanically expands and contracts an optical fiber through which signal light incident on the second-order nonlinear optical element or excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates;
Detection means for taking out and demodulating part of the amplified signal light output from the second-order nonlinear optical element;
First control means for generating a control signal to the optical fiber expander so that the phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized based on the output signal of the detection means,
The second phase compensation means includes
A temperature adjustment mechanism that adjusts the temperature of the optical fiber through which the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates;
The detection means;
A second control unit configured to generate a control signal to the temperature adjustment mechanism so that the phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized based on an output signal of the detection unit;
The third phase compensation means includes
An electro-optic modulator that modulates the phase of signal light incident on the second-order nonlinear optical element or excitation light incident on the second-order nonlinear optical element;
The detection means;
A third control unit that generates a control signal to the electro-optic modulator so that the phase of the signal light and the phase of the excitation light are synchronized based on the output signal of the detection unit;
When the integration constant of the first control means is TIa, the integration constant of the second control means is TIb, and the integration constant of the third control means is TIc, the relationship is TIb>TIa> TIc. A phase-sensitive optical amplifier characterized by being set .
前記二次非線形光学素子に入射する前記信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光の位相を制御することにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる位相補償制御ステップとを含み、
前記位相補償制御ステップは、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させることにより、前記信号光の位相と前記励起光の位相とを前記光導波路内において同期させる第１の位相補償ステップと、
この第１の位相補償ステップで対象とする位相ずれよりも低周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第２の位相補償ステップと、
前記第１の位相補償ステップで対象とする位相ずれよりも高周波側の領域での前記信号光と前記励起光の位相ずれを補償するための第３の位相補償ステップとを含み、
前記第１の位相補償ステップは、
前記二次非線形光学素子から出力される増幅された信号光の一部を取り出して復調する検出ステップと、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバを機械的に伸縮させる光ファイバ伸縮器への制御信号を、前記検出ステップで得られた出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように生成する第１の制御ステップとを含み、
前記第２の位相補償ステップは、
前記検出ステップと、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光が伝搬する光ファイバの温度を調整する温度調整機構への制御信号を、前記検出ステップで得られた出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように生成する第２の制御ステップとを含み、
前記第３の位相補償ステップは、
前記検出ステップと、
前記二次非線形光学素子に入射する信号光または前記二次非線形光学素子に入射する励起光の位相を変調する電気光学変調器への制御信号を、前記検出ステップで得られた出力信号に基づいて前記信号光の位相と前記励起光の位相とが同期するように生成する第３の制御ステップとを含み、
前記第１の制御ステップの積分定数をＴＩａ、前記第２の制御ステップの積分定数をＴＩｂ、前記第３の制御ステップの積分定数をＴＩｃとしたとき、ＴＩｂ＞ＴＩａ＞ＴＩｃの関係になるように設定されていることを特徴とする位相感応光増幅器の位相同期安定化方法。 A phase-sensitive amplification step for performing parametric amplification of signal light by a second-order nonlinear optical element having an optical waveguide made of a periodically nonlinearly-polarized second-order nonlinear optical material;
By controlling the phase of the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the phase of the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element, the phase of the signal light and the phase of the excitation light are changed in the optical waveguide. And a phase compensation control step for synchronizing,
The phase compensation control step includes:
The phase of the signal light and the phase of the excitation light are mechanically expanded and contracted by optical fibers through which the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates. A first phase compensation step to be synchronized in the optical waveguide;
A second phase compensation step for compensating for a phase shift between the signal light and the excitation light in a region on a lower frequency side than a phase shift targeted in the first phase compensation step ;
Look contains a third phase compensation step for compensating the phase shift of the signal light and the excitation light in the region of the first high frequency side than the phase shift that is an object of the phase compensation step,
The first phase compensation step includes:
A detection step of taking out and demodulating part of the amplified signal light output from the second-order nonlinear optical element;
A control signal to an optical fiber expander that mechanically expands and contracts an optical fiber through which signal light incident on the second-order nonlinear optical element or excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates is obtained in the detection step. A first control step for generating a phase of the signal light and a phase of the pumping light in synchronization with each other based on the output signal,
The second phase compensation step includes:
The detecting step;
The output obtained in the detection step is a control signal to a temperature adjustment mechanism that adjusts the temperature of the optical fiber through which the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element propagates. A second control step for generating a phase of the signal light and a phase of the pumping light in synchronization with each other based on a signal,
The third phase compensation step includes:
The detecting step;
Based on the output signal obtained in the detection step, the control signal to the electro-optic modulator that modulates the phase of the signal light incident on the second-order nonlinear optical element or the excitation light incident on the second-order nonlinear optical element A third control step for generating the phase of the signal light and the phase of the excitation light so as to be synchronized,
When the integration constant of the first control step is TIa, the integration constant of the second control step is TIb, and the integration constant of the third control step is TIc, the relationship is TIb>TIa> TIc. A method for stabilizing the phase synchronization of a phase sensitive optical amplifier, characterized by being set .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016087735A JP6585542B2 (en) | 2016-04-26 | 2016-04-26 | Phase sensitive optical amplifier and phase synchronization stabilization method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016087735A JP6585542B2 (en) | 2016-04-26 | 2016-04-26 | Phase sensitive optical amplifier and phase synchronization stabilization method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017198781A JP2017198781A (en) | 2017-11-02 |
| JP6585542B2 true JP6585542B2 (en) | 2019-10-02 |
Family
ID=60237756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016087735A Active JP6585542B2 (en) | 2016-04-26 | 2016-04-26 | Phase sensitive optical amplifier and phase synchronization stabilization method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6585542B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023084596A1 (en) * | 2021-11-09 | 2023-05-19 | 日本電信電話株式会社 | Optical parametric amplifier |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06214200A (en) * | 1993-01-14 | 1994-08-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Phase control method for optical fiber |
| WO2002075873A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Calmar Optcom, Inc. | Digital control of actively mode-locked lasers |
| US6845108B1 (en) * | 2001-05-14 | 2005-01-18 | Calmar Optcom, Inc. | Tuning of laser wavelength in actively mode-locked lasers |
| JP5856083B2 (en) * | 2011-01-20 | 2016-02-09 | 日本電信電話株式会社 | Optical signal amplifier |
-
2016
- 2016-04-26 JP JP2016087735A patent/JP6585542B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017198781A (en) | 2017-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10454238B2 (en) | Systems and methods for low noise frequency multiplication, division, and synchronization | |
| Briles et al. | Simple piezoelectric-actuated mirror with 180 kHz servo bandwidth | |
| US20170187161A1 (en) | Low carrier phase noise fiber oscillators | |
| CN110168822B (en) | Optical frequency comb generator with carrier envelope offset frequency detection | |
| JP6627640B2 (en) | Optical transmitter | |
| JP2007256365A (en) | Optical frequency comb generation device | |
| JP2019161476A (en) | Optical signal transmitter | |
| JP2019004253A (en) | Optical amplification device and optical transmission system employing the same | |
| JP3441938B2 (en) | Optical pulse generator | |
| JP7153271B2 (en) | optical signal processor | |
| JP6585542B2 (en) | Phase sensitive optical amplifier and phase synchronization stabilization method | |
| JP5945212B2 (en) | Optical amplifier | |
| JP6580554B2 (en) | Generator for at least three coherent laser beams in the infrared and visible regions | |
| JP5881580B2 (en) | Phase sensitive optical amplifier | |
| JP4928779B2 (en) | Light source for millimeter wave generation | |
| JP6226431B2 (en) | Signal generator | |
| JP5000606B2 (en) | Multi-wavelength light generator and multi-wavelength light transmission system | |
| JPH09139536A (en) | Laser pulse oscillator | |
| Fordell et al. | Carrier-envelope phase stabilization of a multi-millijoule, regenerative-amplifier-based chirped-pulse amplifier system | |
| JP3134854B2 (en) | Optical amplifier | |
| JP6114442B1 (en) | Optical amplification device and optical transmission system | |
| JP2010206269A (en) | System and method for optical fiber transmission using optical noise suppression processing | |
| WO2021161411A1 (en) | Wavelength dispersion compensation device and wavelength dispersion compensation method | |
| JP2018207362A (en) | Optical transmitter and optical transmission system using the same | |
| JP2008270399A (en) | Optical signal amplification three-terminal apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180618 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190212 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190410 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190903 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190905 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6585542 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |