JP6796028B2 - Optical amplifier and transmission system using it - Google Patents
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本発明は、光通信システムや光計測システムで用いられる光増幅装置およびそれを用いた光伝送システムに関する。 The present invention relates to an optical amplifier used in an optical communication system or an optical measurement system, and an optical transmission system using the same.
従来の光伝送システムでは、光ファイバを伝搬して減衰した信号を再生するために、光信号を電気信号に変換し、ディジタル信号を識別後に光信号を再生する識別再生光中継器が用いられた。識別再生光中継器では、光−電気変換する電子部品の応答速度制限や、消費電力増大の問題があった。そこで、希土類元素を添加した光ファイバに励起光を入射して信号光を光のままで増幅するファイバレーザ増幅器や、半導体レーザ増幅器が登場した。これらレーザ増幅器は、劣化した信号光波形を整形する機能を有していなかった。逆に、不可避的かつランダムに発生する自然放出光が信号成分と全く無関係に混入され、増幅前後で信号光のS/Nが少なくとも3dB低下する。S/N低下は、ディジタル信号伝送時における伝送符号誤り率を上昇させ、伝送品質を低下させる。 In a conventional optical transmission system, an identification reproduction optical repeater is used in which an optical signal is converted into an electric signal and the digital signal is identified and then the optical signal is reproduced in order to reproduce the signal propagated through the optical fiber and attenuated. .. The identification / regeneration optical repeater has problems such as limitation of response speed of electronic components for optical-electric conversion and increase in power consumption. Therefore, fiber laser amplifiers and semiconductor laser amplifiers have been introduced, in which excitation light is incident on an optical fiber to which a rare earth element is added to amplify the signal light as it is. These laser amplifiers did not have the function of shaping the deteriorated signal light waveform. On the contrary, the spontaneously emitted light that is unavoidably and randomly generated is mixed completely independently of the signal component, and the S / N of the signal light is reduced by at least 3 dB before and after amplification. The decrease in S / N increases the transmission code error rate during digital signal transmission and lowers the transmission quality.
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。PSAは、伝送ファイバの分散の影響による劣化した信号光波形や位相信号を整形する機能を有する。信号とは無関係の直交位相をもった自然放出光を抑圧でき、同相の自然放出光も最小限で済む。このために原理的に増幅前後で信号光のS/Nを劣化させず同一に保つことができる。 A phase sensitive amplifier (PSA) is being studied as a means of overcoming the limitations of a laser amplifier. The PSA has a function of shaping a deteriorated signal light waveform and a phase signal due to the influence of the dispersion of the transmission fiber. Naturally emitted light having a quadrature phase unrelated to the signal can be suppressed, and naturally emitted light of the same phase can be minimized. Therefore, in principle, the S / N of the signal light can be kept the same before and after amplification without deterioration.
図1は、従来技術のPSAの基本的な構成を示す図である。図1に示されるように、PSA100は、光パラメトリック増幅を用いた位相感応光増幅部101と励起光源102と励起光位相制御部103と、第1光分岐部104−1及び第2の光分岐部104−2とを備える。図1に示されるように、PSA100に入力された信号光110は、光分岐部104−1で2分岐されて、一方は位相感応光増幅部101に入射し、他方は励起光源102に入射する。励起光源102から出射した励起光111は、励起光位相制御部103を介して位相が調整され、位相感応光増幅部101に入射する。位相感応光増幅部101は、入力した信号光110及び励起光111に基づいて出力信号光112を出力する。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a PSA of the prior art. As shown in FIG. 1, the PSA100 includes a phase-sensitive
位相感応光増幅部101は、信号光110の位相および励起光111の位相が一致すると信号光110を増幅し、両者の位相が90度ずれた直交位相関係になると信号光110を減衰する特性を有する。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光111―信号光110間の位相を一致させると、信号光110と直交位相の自然放出光が発生せず、また同相の成分に関しても信号光のもつ雑音以上に過剰な自然放出光を発生しない。このため、S/N比を劣化させずに信号光110を増幅できる。
The phase-sensitive
信号光110および励起光111の位相同期を達成するために、励起光位相制御部103は、第1の光分岐部104−1で分岐された信号光110の位相と同期するように励起光111の位相を制御する。励起光位相制御部103は、第2の光分岐部104−2で分岐された出力信号光112の一部を狭帯域の検出器で検波し、出力信号光112の増幅利得が最大となるように励起光111の位相を制御する。
In order to achieve phase synchronization of the
上述のパラメトリック増幅を行う非線形光学媒質には、周期分極反転LiNbO3(PPLN)導波路に代表される二次非線形光学材料と、石英ガラスファイバに代表される三次非線形光学材料がある。 Non-linear optical media that perform the above-mentioned parametric amplification include a second-order nonlinear optical material represented by a periodic polarization inversion LiNbO 3 (PPRN) waveguide and a third-order nonlinear optical material represented by a quartz glass fiber.
図2は、PPLN導波路を用いた従来技術のPSAの構成を示す図である(非特許文献1参照)。図2に示したPSA200は、エルビウム添加ファイバレーザ増幅器(EDFA)201と、第1の二次非線形光学素子202及び第2の二次非線形光学素子204と、第1の光分岐部(光カプラ)203−1及び第2の光分岐部203−2(光カプラ)と、位相変調器205と、光ファイバ伸長器206と、偏波保持ファイバ207と、光検出器208と、位相同期ループ(PLL)回路209と、を備える。第1の二次非線形光学素子202は、第1の空間光学系211と、第1のPPLN導波路212と、第2の空間光学系213と、第1のダイクロイックミラー214と、を備える。第2の二次非線形光学素子204も、同様の構成を持ち詳細は説明を省略する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a PSA of a prior art using a PPLN waveguide (see Non-Patent Document 1). The PSA200 shown in FIG. 2 includes an erbium-added fiber optic laser amplifier (EDFA) 201, a first second-order nonlinear
図2のPSA200に入射した信号光250は、光分岐部203−1によって分岐されて、一方は第2の二次非線形光学素子204に入射する。分岐光の他方は励起基本波光251として位相変調器205及び光ファイバ伸長器206を介して、位相制御されてEDFA201に入射する。EDFA201は、入射した励起基本波光251を十分に増幅し、第1の二次非線形光学素子202に入射する。EDFA201により、微弱な励起基本波光251から非線形光学効果を得るのに十分なパワーを得ることができる。第1の二次非線形光学素子202では、入射した励起基本波光251から第2高調波(以下、SH光)252が発生する。発生したSH光252は、偏波保持ファイバ207を介して第2の二次非線形光学素子204に入射する。第2の二次非線形光学素子204では、入射した信号光250およびSH光252によって縮退パラメトリック増幅を行うことで、位相感応光増幅を行い、出力信号光253を出力する。
The
PSAにおいては、信号光と位相の合った光のみを増幅するために、上述のように信号光の位相と励起光の位相とが一致するか、または、πラジアンだけずれている必要がある。すなわち二次の非線形光学効果を用いる場合は、SH光に相当する波長である励起光の位相φ2ωsと、信号光の位相φωsとが以下の式(1)の関係を満たすことが必要となる。ここで、nは整数とする。
Δφ=1/2(φ2ωs−φωs)=nπ 式(1)
In the PSA, in order to amplify only the light whose phase is in phase with the signal light, it is necessary that the phase of the signal light and the phase of the excitation light match or are deviated by π radians as described above. That is, when using the second-order nonlinear optical effect, it is necessary that the phase φ 2 ωs of the excitation light having a wavelength corresponding to the SH light and the phase φ ω s of the signal light satisfy the relationship of the following equation (1). Become. Here, n is an integer.
Δφ = 1/2 (φ 2ωs -φ ωs) = nπ formula (1)
図3は、従来技術の二次非線形光学効果を利用したPSAにおける、入力信号光‐励起光間の位相差Δφと利得との関係を示す図である。横軸の位相差Δφが−π、0、またはπのときに、縦軸の利得(dB)が最大となっていることがわかる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the phase difference Δφ between the input signal light and the excitation light and the gain in the PSA using the second-order nonlinear optical effect of the prior art. It can be seen that the gain (dB) on the vertical axis is maximum when the phase difference Δφ on the horizontal axis is −π, 0, or π.
信号光250と励起基本波光251との間の位相同期のために、まず位相変調器205で微弱なパイロット信号により位相変調を励起基本波光251に施し、出力信号光253の一部を分岐して検出器208で検波する。このパイロット信号成分は、図3に示した位相差Δφが最小となって、位相同期が取れている状態で最小となる。したがって、パイロット信号が最小、つまり増幅出力信号が最大となるようにPLL回路209を用いて、光ファイバ伸長器206にフィードバックを行う。励起基本波光251の位相を光ファイバ伸長器206によって制御して、信号光250と励起基本波光251との間の位相同期を達成できる。
For phase synchronization between the
上述の従来技術のPSAは、縮退パラメトリック過程に基づくものである。縮退型PSAは後述する非縮退型PSAと比較して構成が簡単であり、強度変調信号や2値位相変調信号(BPSK)または差動位相偏移変調(DPSK)信号等の増幅に適用できる。縮退型PSAは、伝送容量への要求がそれほど高くない短・中距離向けの光伝送系に適用することでSN比の向上が期待できる。 The PSA of the prior art described above is based on a degenerate parametric process. The reduced PSA has a simpler configuration than the non-reduced PSA described later, and can be applied to amplification of an intensity modulated signal, a binary phase modulation signal (BPSK), a differential phase shift keying (DPSK) signal, or the like. The degenerate PSA can be expected to improve the SN ratio by applying it to an optical transmission system for short and medium distances where the demand for transmission capacity is not so high.
縮退型PSAは、直交する位相成分を減衰させるので、直交位相成分にもデータ変調成分を含むQPSK変調(Quadrature Phase Shift Keying)や8PSK、QAM等で変調された信号を増幅はできない。直交位相成分にもデータ変調成分を含む変調フォーマットに対しては、非縮退型のPSAを構成できることが実証されている(非特許文献2、非特許文献3)。 Since the degenerate PSA attenuates quadrature phase components, it is not possible to amplify a signal modulated by QPSK modulation (Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK, QAM, etc., which also includes a data modulation component in the quadrature phase component. It has been demonstrated that a non-degenerate PSA can be constructed for a modulation format in which the quadrature phase component also includes a data modulation component (Non-Patent Documents 2 and 3).
光伝送システムにおける中継増幅器としてPSAを用いる場合、信号光の搬送波位相と同期した励起光を生成する必要がある。図1のように信号光光源が位相感応光増幅部の近くに配置されていれば、信号光用光源の一部を分岐して励起光として利用できる。PSAを中継増幅器として用いる場合は、1スパン約80kmの光ファイバを伝送するので信号光光源の一部を分岐できない。伝送されてきた信号光から搬送波位相を抽出する方法によって、PSAを構成することが重要となる。 When PSA is used as a relay amplifier in an optical transmission system, it is necessary to generate excitation light synchronized with the carrier phase of the signal light. If the signal light source is arranged near the phase-sensitive light amplification unit as shown in FIG. 1, a part of the signal light light source can be branched and used as excitation light. When PSA is used as a relay amplifier, a part of the signal light source cannot be branched because an optical fiber having a span of about 80 km is transmitted. It is important to construct the PSA by a method of extracting the carrier phase from the transmitted signal light.
図4は、従来技術の搬送波位相の抽出を含む中継型PSAの構成を示す図である。図4の中継型PSA400は、BPSK信号からの搬送波位相の抽出方法を行う励起光生成部430および位相感応光増幅部440に大別される。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a relay type PSA including extraction of carrier phase of the prior art. The relay type PSA400 of FIG. 4 is roughly classified into an excitation
図5の(a)〜(d)は、図4の従来技術の中継型PSAにおける各信号の波長軸上での関係を説明する図である。図5のいずれの図も横軸を波長として、各信号の波長軸上の相対位置関係を概念的に示している。以下、図5も参照しながら図4の中継型PSAの動作概要を説明する。図5の各図では横軸を波長軸としているため、周波数のより高い光は、図5ではより短い波長の光として示されることに留意されたい。したがって、光の周波数が高いほど、図5では横軸のより左側の短波長側に位置することになる。 5 (a) to 5 (d) are diagrams for explaining the relationship of each signal on the wavelength axis in the relay type PSA of the prior art of FIG. In each of the figures of FIG. 5, the relative positional relationship of each signal on the wavelength axis is conceptually shown with the horizontal axis as the wavelength. Hereinafter, an outline of the operation of the relay type PSA of FIG. 4 will be described with reference to FIG. Note that light with a higher frequency is shown as light with a shorter wavelength in FIG. 5 because the horizontal axis is the wavelength axis in each of the figures in FIG. Therefore, the higher the frequency of light, the closer it is to the short wavelength side on the left side of the horizontal axis in FIG.
光ファイバを伝送した信号光401は、PSA400へと入力され、信号光401の一部は光カプラ402により分岐され、励起光生成部430に入射される。励起光生成部430では、分岐した信号光をEDFA403によって増幅した後、第1のPPLN導波路モジュール404によって、信号光の波長に対して半分の波長を持つ第2高調波光(SH光)を生成する。一方で励起光生成部430では、局部発振光源407で生成された励起光(Lo1)451および上述の第1のPPLN導波路モジュール404からのSH光が、第2のPPLNモジュール405に入力される。第2のPPLNモジュール405では、励起光(Lo1)とSH光との間の差周波光(Lo2)が生成される。
The
第2のPPLN導波路モジュール405から出力された信号光、励起光(Lo1)および差周波光(Lo2)は、バンドパスフィルタ406により、差周波光(Lo2)のみが取り出される。差周波光(Lo2)は、光サーキュレータ413を通過した後、例えばアレイ導波路格子(AWG)型の波長合分波器411を経由して半導体レーザ412に入力される。半導体レーザ412は、光注入同期により差周波光(Lo2)と同じ位相、同じ波長を持つ第2の励起光を生成する。第2の励起光の光強度は、半導体レーザ412の出力により決まるため、第2のPPLN導波路モジュール405からの数10μW程度の微弱な差周波数光(Lo2)を用いて、数10mW以上の第2の励起光(Lo2)を得ることができる。波長合分波器411の分波側ポートから、局部発振光源407より光カプラ408で分岐していた励起光(Lo1)を波長合分波器411の合波側ポートへ入射し、半導体レーザ410からの注入同期した第2の励起光(Lo2)と合波して、サーキュレータ413から励起光出力452が出力される。
As for the signal light, the excitation light (Lo1) and the difference frequency light (Lo2) output from the second
ここで図5の(a)を参照すると、信号光sに対して、波長軸上における短波長側に励起光(Lo1)p1が示されている。信号光sは、変調を受けているのでスペクトルが広がっている。図5の(b)を参照すると、波長軸上で信号光sに対して励起光(Lo1)p1の反対側に、差周波数光(Lo2)p2が示されている。差周波数光(Lo2)p2は、半導体レーザ412への注入同期(インジェクションロック)により強度雑音が除去される。
Here, referring to FIG. 5A, the excitation light (Lo1) p1 is shown on the short wavelength side on the wavelength axis with respect to the signal light s. Since the signal light s is modulated, its spectrum is widened. With reference to FIG. 5B, the difference frequency light (Lo2) p2 is shown on the opposite side of the excitation light (Lo1) p1 with respect to the signal light s on the wavelength axis. Intensity noise of the difference frequency light (Lo2) p2 is removed by injection synchronization (injection lock) into the
図4の中継型PSAの各場所における信号光sの位相φs、励起光(Lo1)p1の位相φp1および差周波光(Lo2)p2の位相φp2の間では、以下の式を満たす。
2φs − φp1− φp2 = 0 式(2)
Phase φs of the signal light s at each location of the relay-type PSA of FIG. 4, between the phase phi p2 of the pump light (Lo1) p1 phase phi p1 and difference frequency light (Lo2) p2, satisfies the following expression.
2φs − φ p1 − φ p2 = 0 equation (2)
したがって、差周波光(Lo2)p2の位相φp2は次式のように、信号光sの位相φsと励起光(Lo1)p1の位相φp1を用いて表される。
φp2 = 2φs − φp1 式(3)
Therefore, the phase φ p2 of the differential frequency light (Lo2) p2 is expressed by using the phase φ s of the signal light s and the phase φ p1 of the excitation light (Lo1) p1 as shown in the following equation.
φ p2 = 2 φ s − φ p1 formula (3)
式(2)および式(3)からもわかるように、第1のPPLN導波路モジュール404において信号光sからSH光を発生させることによって、信号光sの位相φsを2倍とすることができる。通常、信号光には送信する情報データによって変調が掛かっているため、搬送波位相を抽出することは難しい。しかしながら、図4の励起光生成部430のように信号光sの位相φsを2倍にすることで、2値の位相変調を取り除くことができる。さらに図5の(b)に示したように、SH光および励起光(Lo1)の差周波数光である第2の励起光(Lo2)p2は、注入同期によって強度雑音が除去される。図4においては、信号光401の搬送波の位相情報を保持した純粋なS/N比の良い第2の励起光(Lo2)452が得られる。
As can be seen from the equations (2) and (3), the phase φs of the signal light s can be doubled by generating SH light from the signal light s in the first
局部発振光源407からの励起光(Lo1)451および注入同期した第2の励起光(Lo2)452は、位相感応光増幅部440において、EDFA414によって増幅される。さらにBPF415を用いて不要なASE光を除去した後に、第3のPPLN導波路モジュール416に入力される。第3のPPLN導波路モジュール416では、図5の(c)に示したように、励起光(Lo1)p1および第2の励起光(Lo2)p2の和周波(SF:Sum Frequency)を持つ励起光SFが生成される。この時、励起光(Lo1)p1の位相φp1、第2の励起光(Lo2)p2の位相φp2および和周波励起光SFの位相φSFの間では、次の式を満たす。
φSF= φp1 + φp2
= 2φs 式(4)
The excitation light (Lo1) 451 from the local
φ SF = φ p1 + φ p2
= 2φs equation (4)
図4における第3のPPLN導波路モジュール416からの和周波励起光453を第4のPPLN導波路モジュール417に入射する。第4のPPLN導波路モジュール417内で、光カプラ402を経由した信号光401と、和周波励起光453とのパラメトリック増幅により位相感応光増幅が行われる。位相感応光増幅のためには、図5の(d)に示したように、信号光sの位相φsおよび和周波光SFの位相φSFの間で、次式を満たす必要がある。
ΔΦ=φSF − 2φs = nπ(nは整数) 式(5)
The sum
ΔΦ = φ SF − 2φs = nπ (n is an integer) Equation (5)
すなわち入力信号光と和周波励起光との間の位相差ΔΦが、−π、0、またはπの時に利得が最大になる。信号光と各励起光との間で位相同期するために、位相変調器409を用いて微弱な信号により位相変調を励起光451に施す。第4のPPLN導波路モジュール417を通過した出力光の一部は、光カプラ418により分岐される。光検出器419によって分岐光の光強度の変化を検出し、励起光451と信号光401との間で位相同期するように、PLL回路420を用いて光ファイバ伸長器421にフィードバックをかける。上述の位相同期によって、図4の中継型の縮退型PSA400を安定動作させることができる。各信号の波長の一例を挙げれば、信号光s1535.8nm、励起光p1(Lo1)1534.25nm、差周波数p2(Lo2)1537.4nm、和周波数SF767.9nmである。第3のPPLN導波路モジュール416への入力までのすべての信号の波長は、概ね信号光sと同じ波長帯にあり、上述のデバイスの利用可能性の問題を回避できている。
That is, the gain is maximized when the phase difference ΔΦ between the input signal light and the sum frequency excitation light is −π, 0, or π. In order to synchronize the phase between the signal light and each excitation light, a
上述の図4の中継型PSAでは、BPSK変調された信号光から搬送波の位相を抽出するために、第1のPPLN導波路モジュール404の非線形過程(SH光発生)を用いて位相方向の変調をキャンセルしている。一方、信号光が強度方向に多値化されている変調を利用する場合、強度変調成分をキャンセルできない。このため、図4のPSAの構成によって信号光から抽出した搬送波には強度変調成分が残留する。この抽出した搬送波から最終段のPPLN導波路モジュール417のための励起光SF453を生成すれば、残留した雑音成分からのエネルギー移行によって光増幅器のSN比も劣化する。
In the relay type PSA of FIG. 4 described above, in order to extract the phase of the carrier wave from the BPSK-modulated signal light, the phase-direction modulation is performed using the non-linear process (SH light generation) of the first
またシングルモードファイバを伝送されてきた信号光は、ファイバ中の分散や非線形光学効果の影響による位相歪を持っている。これらの位相歪も図4におけるSH光の発生の段階ではキャンセルできず、最終段のPPLN導波路モジュール417に対する励起光SFの位相雑音として残留する。従来技術のPSAのようにSH光生成の非線形過程を用いたり、励起光に注入同期を用いたりするだけでは、SN比の良い励起光を生成するのは難しい。
Further, the signal light transmitted through the single mode fiber has a phase distortion due to the influence of dispersion in the fiber and the non-linear optical effect. These phase distortions cannot be canceled at the stage of generating SH light in FIG. 4, and remain as the phase noise of the excitation light SF with respect to the final stage
低雑音な位相感応光増幅器を実現するためには、信号光のSNRに比べて十分にSNRの高い励起光を用い、高い精度で位相同期を行う必要がある。励起光には高い品質が求められ、励起光を生成するための局部発振光等にも高いSNRが求められる。 In order to realize a low-noise phase-sensitive optical amplifier, it is necessary to use an excitation light having a SNR that is sufficiently higher than the SNR of the signal light and perform phase synchronization with high accuracy. High quality is required for the excitation light, and high SNR is also required for the locally oscillated light for generating the excitation light.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、強度方向に多値化された信号に対してもその搬送波位相抽出が可能な位相感応光増幅装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a phase-sensitive optical amplifier capable of extracting the carrier phase of a signal whose value is increased in the intensity direction. To provide.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、信号光と、当該信号光の波長を中心として短波長側に離調されたパイロット信号光および長波長側に対称的に離調された当該パイロット信号光のアイドラ光を含むパイロットトーンのペアとからなる信号光群を位相感応光増幅する光増幅装置であって、前記信号光群の一部を分岐させる光分岐器と、前記光分岐器の出力光から前記パイロット信号光および前記アイドラ光を波長毎に取り出し、分波する光分波器と、前記パイロット信号光に位相同期した、第1の局部発振光を出力する第1の局部発振光源と、前記アイドラ光に位相同期した、第2の局部発振光を出力する第2の局部発振光源と、前記第1の局部発振光および前記第2の局部発振光の和周波光を発生する第1の二次非線形光学素子と、前記第1の二次非線形光学素子から出力された前記和周波光を励起光として、前記信号光に対して縮退パラメトリック増幅を行い、前記パイロットトーンのペアに対して非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、前記信号光群の位相と、前記励起光の位相とを前記第2の二次非線形光学素子内において同期させる位相同期手段とを備えたことを特徴とする光増幅装置である。 In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 describes the signal light, the pilot signal light detuned to the short wavelength side about the wavelength of the signal light, and the long wavelength side. It is an optical amplification device that phase-sensitively amplifies a signal light group consisting of a pair of pilot tones including an idler light of the pilot signal light symmetrically detuned to, and branches a part of the signal light group. A first local oscillation that is phase-synchronized with the pilot signal light and the optical brancher that extracts the pilot signal light and the idler light for each wavelength from the output light of the optical brancher and demultiplexes the light. A first locally oscillating light source that outputs light, a second locally oscillating light source that outputs a second locally oscillating light that is phase-synchronized with the idler light, and the first locally oscillating light and the second locally oscillating light. The first secondary nonlinear optical element that generates the sum frequency light of the oscillating light and the sum frequency light output from the first secondary nonlinear optical element are used as excitation light for reduced parametric amplification with respect to the signal light. The second quadratic nonlinear optical element that performs non-reduced parametric amplification for the pilot tone pair, the phase of the signal light group, and the phase of the excitation light are subjected to the second quadratic nonlinear optics. The optical amplification device is provided with a phase synchronization means for synchronizing in the element.
請求項2に記載の発明は、請求項1の光増幅装置であって、前記第1の局部発振光源は、前記パイロット信号光に注入同期して発振し、前記パイロット信号光の位相に同期する半導体レーザであり、前記第2の局部発振光源は、前記アイドラ光に注入同期して発振し、前記アイドラ光の位相に同期する半導体レーザであることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the optical amplification device according to claim 1, wherein the first locally oscillating light source oscillates by injecting into the pilot signal light and synchronizes with the phase of the pilot signal light. It is a semiconductor laser, and the second locally oscillating light source is a semiconductor laser that oscillates in an injection-synchronized manner with the idler light and synchronizes with the phase of the idler light.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2の光増幅装置であって、前記位相同期手段は、前記第2の二次非線形光学素子に入射する前の前記信号光群が伝搬する光ファイバを伸縮させる第1の光ファイバ伸縮器と、前記第2の二次非線形光学素子から出力される増幅された光の一部を取り出して電気信号に変換する第1の検出手段と、前記第1の検出手段の出力信号に基づいて、基準位相と、前記励起光の位相とが同期するように前記第1の光ファイバ伸縮器への制御信号を生成する制御手段とを含むことを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the optical amplifier according to claim 1 or 2, wherein the phase synchronization means is the light propagated by the signal light group before being incident on the second second-order nonlinear optical element. A first optical fiber expander / contractor that expands / contracts the fiber, a first detection means that extracts a part of amplified light output from the second second-order nonlinear optical element and converts it into an electric signal, and the first detection means. based on the output signal of the first detecting means, comprising: the criteria phase, and control means for the excitation light phase to generate a control signal for the to first optical fiber stretching device to synchronize And.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3いずれかの光増幅装置であって、前記第1の二次非線形光学素子および前記第2の二次非線形光学素子は、それぞれ光導波路を含み、当該光導波路は、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNbxTa(1-x)O3(0≦x≦1)、またはKTiOPO4のいずれかの材料か、または、これらの材料のいずれかにMg、Zn、Sc、Inからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として加えた材料から構成されることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the optical amplifier according to any one of claims 1 to 3, wherein the first second-order nonlinear optical element and the second second-order nonlinear optical element each include an optical waveguide. , The optical waveguide is either a material of LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb x Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1), or KTIOPO 4 , or any of these materials. It is characterized by being composed of a material to which at least one selected from the group consisting of crab Mg, Zn, Sc and In is added as an additive.
請求項5に記載の発明は、前記信号光群を出力する送信器と、上述のいずれかの光増幅装置と、前記送信器および前記光増幅装置を接続する伝送ファイバとから構成された光伝送システムであって、前記送信器は、前記信号光の搬送波光を出力する信号光源と、前記パイロット信号光を出力するパイロット信号光源と、一部が分岐された前記搬送波光を基本波励起光として入力し、当該基本波励起光の第二高調波光を発生させる第3の二次非線形光学素子と、前記第3の二次非線形光学素子から出力された前記第二高調波光を励起光として、前記搬送波光を変調した前記信号光を増幅し、前記パイロット信号光と前記第二高調波光との差周波光である前記アイドラ光を発生する第4の二次非線形光学素子と、前記第4の二次非線形光学素子に入射する前の前記信号光群の位相を制御することにより、前記信号光群の位相と前記基本波励起光の位相とを前記第4の二次非線形光学素子内において同期させる第2の位相同期手段とを含むことを特徴とする光伝送システムである。 The invention according to claim 5 is an optical transmission composed of a transmitter that outputs the signal light group, any of the above-mentioned optical amplification devices, and a transmission fiber that connects the transmitter and the optical amplification device. a system, the transmitter includes a signal light source for outputting carrier wave light of the signal light, and the pilot signal light source for outputting the pilot signal light, the fundamental excitation light said carrier light partially branched The second harmonic optical element that generates the second harmonic light of the fundamental wave excitation light and the second harmonic light output from the third secondary nonlinear optical element are used as the excitation light. A fourth secondary nonlinear optical element that amplifies the signal light obtained by modulating the carrier light and generates the idler light that is a difference frequency light between the pilot signal light and the second harmonic light, and the fourth By controlling the phase of the signal light group before it is incident on the secondary nonlinear optical element, the phase of the signal light group and the phase of the fundamental wave excitation light are synchronized in the fourth secondary nonlinear optical element. It is an optical transmission system characterized by including a second phase synchronization means.
請求項6に記載の発明は、請求項5の光伝送システムであって、前記第2の位相同期手段は、前記第4の二次非線形光学素子に入射する前の前記信号光群が伝搬する光ファイバを伸縮させる第2の光ファイバ伸縮器と、前記第4の二次非線形光学素子から出力された光の一部を取り出して電気信号に変換する第2の検出手段と、前記第2の検出手段の出力信号に基づいて、前記信号光群の位相と前記基本波励起光の位相とが同期するように前記第2の光ファイバ伸縮器への制御信号を生成する第2の制御手段とを含むことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the optical transmission system according to claim 5, wherein in the second phase synchronization means, the signal light group before being incident on the fourth second-order nonlinear optical element propagates. A second optical fiber expander / contractor that expands / contracts an optical fiber, a second detection means that extracts a part of light output from the fourth second-order nonlinear optical element and converts it into an electric signal, and the second detection means. With a second control means for generating a control signal to the second optical fiber stretcher so that the phase of the signal light group and the phase of the fundamental wave excitation light are synchronized based on the output signal of the detection means. It is characterized by including.
請求項7に記載の発明は、請求項5の光伝送システムであって、前記第4の二次非線形光学素子は、前記信号光を縮退パラメトリック増幅し、前記アイドラ光を非縮退パラメトリック過程により発生することを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the optical transmission system according to claim 5, wherein the fourth second-order nonlinear optical element amplifies the signal light in a reduced parametric manner and generates the idler light by a non-reduced parametric process. It is characterized by doing.
請求項7に記載の発明は、請求項5乃至7いずれかの光伝送システムであって、前記光増幅装置が多段に接続されたことを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the optical transmission system according to any one of claims 5 to 7, wherein the optical amplifier device is connected in multiple stages.
本発明により、変調方式によらない低雑音な位相感応光増幅を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide low-noise phase-sensitive optical amplification regardless of the modulation method.
本発明の光増幅装置および光伝送システムでは、強度方向に多値化された信号に対しても低雑音な増幅が可能な位相感応光増幅器(以下PSA)の構成が開示される。光伝送システムで多段構成のPSAの中継増幅動作も実現する。送信器からの光信号群として、信号光を中心に周波数軸上で対称に離調した2周波数を持ち、互いに位相共役関係にあるパイロットトーンのペア(パイロット信号光およびそのアイドラ光)を用いる。変調フォーマットによらず、強度方向に多値化された信号光に対してもその搬送波位相の抽出が可能である。パイロットトーンのペアの和周波光を生成することで、信号光を縮退位相感応光増幅するための第2高調波励起光を生成する。光伝送システム内でパイロットトーンのペアは信号光と同送され、信号光と同様に低雑音なPSAによる中継増幅を受けて伝搬する。位相感応光増幅時にパイロットトーンのペア一部を分岐して励起光として用いるため、パイロットトーンもSN比の劣化の極めて少ない光伝送システムを提供できる。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 In the optical amplification device and the optical transmission system of the present invention, a configuration of a phase-sensitive optical amplifier (hereinafter referred to as PSA) capable of low-noise amplification even for a signal whose value is increased in the intensity direction is disclosed. The optical transmission system also realizes a relay amplification operation of a multi-stage PSA. As a group of optical signals from the transmitter, a pair of pilot tones (pilot signal light and its idler light) having two frequencies symmetrically detuned on the frequency axis centering on the signal light and having a phase conjugation relationship with each other are used. Regardless of the modulation format, it is possible to extract the carrier phase of the signal light that is multi-valued in the intensity direction. By generating the sum frequency light of a pair of pilot tones, the second harmonic excitation light for degenerate phase sensitive light amplification of the signal light is generated. In the optical transmission system, the pilot tone pair is transmitted together with the signal light, and propagates after being relay-amplified by the low-noise PSA like the signal light. Since a part of the pilot tone pair is branched and used as excitation light during phase-sensitive light amplification, it is possible to provide an optical transmission system in which the pilot tone also has extremely little deterioration in the SN ratio. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[実施形態]
図6は、本発明に係る光伝送システムおよび光増幅装置の構成を示す図である。図6の光伝送システム600は、送信器700、伝送ファイバ601、分散・偏波補償器602および中継型PSAすなわち光増幅装置603からなる。光伝送システム600では、光増幅装置603に引き続いて、信号光は伝送ファイバ622によってさらに伝送される。図6における本発明の光増幅装置603を中継型PSAとして多段構成として用いることもできる。以下、まず送信器700の詳細な構成並びに信号光およびパイロットトーンのペアの生成動作について説明し、次に光増幅装置603の構成および搬送波位相抽出の動作を説明する。
[Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical transmission system and an optical amplifier according to the present invention. The
図7は、本発明の光伝送システムにおける送信器の詳細な構成を示す図である。送信器700は、信号光およびパイロットトーンのペアを生成し送信する。送信器700の主な構成要素を列挙すれば、信号光源701と、変調器703と、第1の局部発振光源714と、EDFA705と、PPLN導波路モジュール707、708と、光カプラ(光分岐器)702、715、709と、位相変調器(PM)704と、バンドパスフィルタ(BPF)706、710と、光検出器711と、PLL回路712と、PZTによる光ファイバ伸長器713を備えている。
FIG. 7 is a diagram showing a detailed configuration of a transmitter in the optical transmission system of the present invention. The
送信器700において、信号光の搬送波は変調器703によってデータ変調された後、その変調による損失を補償するために、2つのPPLN導波路モジュール707、708によるパラメトリック過程により光増幅を受ける。すなわち励起光となる第2高調波(SH)光発生(SHG: Second Harmonic Generation)のための第1のPPLN導波路モジュール707、及びパラメトリック過程(OPA: Optical Parametric Amplification)のための第2のPPLN導波路モジュール708が用いられる。第1のPPLN導波路モジュール707は、入力側の空間光学系、PPLN導波路、出力側の空間光学系、およびダイクロイックミラーを備える。第2のPPLN導波路モジュール708は、入力側の空間光学系、PPLN導波路、出力側の空間光学系、および入力・出力側の双方にダイクロイックミラーを備える。
In the
ここで、図7の送信器700および後に詳述する図6の光増幅装置で用いるPPLN導波路の作製方法について、以下に例示する。まず、Znを添加したLiNbO3上に周期が約17μmの周期的な電極を形成した。次に、電界印加法により上記の電極パターンに応じた分極反転グレーティングをZn:LiNbO3中に形成した。さらに、この周期分極反転構造を有するZn:LiNbO3基板をクラッドとなるLiTaO3上に直接接合を行い、500℃で熱処理を行うことにより両基板を強固に接合した。次に、コア層を研磨により5μm程度まで薄膜化し、ドライエッチングプロセスを用いてリッジ型の光導波路を形成した。この導波路はペルチェ素子により温度調整が可能である。導波路の長さを50mmとした。このようにして形成されたPPLN導波路を有する二次非線形光学素子を、1.5μm帯の偏波保持ファイバで光の入出力が可能なモジュール構成とした。本実施形態では、Znを添加したLiNbO3を用いたが、それ以外の非線形材料である、KNbO3、LiTaO3、LiNbxTa1-xO3(0≦x≦1)若しくはKTiOPO4、又はそれらにMg、Zn、Sc、Inからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有している材料を用いても良い。
Here, a method for manufacturing the PPLN waveguide used in the
図7の送信器700において、説明の簡単のため信号光の波長は1550nmとする。信号光源701から出力された光は、光カプラ(光分岐器)702によって2つの経路に分岐される。分岐光の一方は4値パルス振幅変調(PAM4:Pulse Amplitude Modulation 4)された信号光721、他方はパラメトリック過程に用いる励起光生成のための基本波励起光725とした。局部発振光源714から、信号光の波長より0.8nm短波側に離調されたパイロット信号として用いる光を出力し、光カプラ715によって信号光721に合波させた。励起光の生成のために用いる基本波励起光725は、EDFA705により3Wまで増幅し、BPF706によりEDFA705の自然放出光を除去した後、第1のPPLN導波路モジュール707に入射した。第1のPPLN導波路707中のSH光発生(SHG)機構により、基本波励起光725の2倍の周波数を持ち、波長換算では1550nmの半分の775nmの波長を持つ励起光726を生成した。3Wの基本波光725により、1Wの強度の励起光726が得られた。
In the
上述の励起光726とパイロット信号723を含む信号光とが、第2のPPLN導波路モジュール708に入射される。図7の右端に模式的に示したスペクトラムのように、パイロット信号723は、第2のPPLN導波路モジュール708におけるパラメトリック過程により、信号光721の波長1550nmを中心として概ね対称な位置にアイドラ光724を発生させる。以降、パイロット信号光723およびそのアイドラ光724を合わせて、パイロットトーンのペアと呼ぶ。また、信号光721およびパイロットトーンのペアを合わせて、信号光群722と呼ぶ。送信器700からはパイロットトーンのペアを含む信号光群722が出力される。図7では、パイロットトーンのペアを波長軸上で描いてあるので、パイロット信号光723およびアイドラ光724は波長軸上で厳密には対称な位置には無い。パイロットトーンのペアは、リニアの周波数軸上で表示したときに信号光721に対して厳密に対称な位置にあることに留意されたい。以降の説明では、簡単のため波長軸上で対称な位置にあるものとして説明する。
The above-mentioned
一方、信号光721については、その波長が、分岐して得られた基本波励起光725に一致する。このため、信号光721から発生するアイドラ光の波長(周波数)も信号光と同一となる。すなわち送信器700においては、信号光721に対してのみ縮退パラメトリック過程となる。縮退パラメトリック過程の場合、波長が同一であるため信号光およびそのアイドラ光がコヒーレントに干渉し、信号光およびアイドラ光の位相関係により光強度が変動してしまう。このため送信器700では、縮退パラメトリック過程の基準位相となる基本波励起光725の位相と、信号光群722の位相とが位相条件を満たすように、常に位相同期を掛けている。
On the other hand, the wavelength of the
図7の送信器700においては、信号光721を基本波励起光725に同期させるために、位相変調器704を用いて微弱な信号により基本波励起光に位相変調を施した。第2のPPLNモジュール708を通過した出力光の一部を光カプラ709により分岐した。BPF710により信号光721の波長のみを切り出し、光検出器711によって微弱な変調信号による光強度の変化を検出する。この微弱な変調信号成分は、図3に示したように信号光と基本波励起光との位相差Δφが最小の位相同期が取れている状態で最小となる。したがって、変調信号が最小であって、増幅器出力信号が最大となるようにPLL回路712を用いて光ファイバ伸長器713にフィードバックを掛ける。変調信号の位相を制御して、信号光721を含む信号光群722と基本波励起光725との間の位相同期を達成できる。したがって、光カプラ709からPLL回路712、光ファイバ伸長器713を含むループは、位相同期手段を構成する。すなわち、位相同期手段は、第2の二次非線形光学素子に入射する前の信号光群が伝搬する光ファイバを伸縮させる第1の光ファイバ伸縮器と、第2の二次非線形光学素子から出力される増幅された光の一部を取り出して電気信号に変換する第1の検出手段と、第1の検出手段の出力信号に基づいて、基準位相と、励起光の位相とが同期するように第1の光ファイバ伸縮器への制御信号を生成する制御手段とを含む。
In the
図7で説明したように、本発明の光伝送システム600の送信器700側では、PPLN導波路を用いて、信号光のパラメトリック増幅およびパイロット信号光のアイドラ光生成を同時に行っている。本発明の光伝送システム600においては、図6の中継型PSAである光増幅装置603を多段構成で用いることも想定している。このため、信号光とパイロットトーンのペアを含む信号光群を中継型PSAで一括増幅し、常に伝送ファイバ中を同送する。送信器700では信号光源701から分岐した光をパラメトリック過程用の基本波励起光725として用いている。このため、パイロット信号光723およびそのアイドラ光724は、基準位相が基本波励起光725の位相と一致している。中継型PSAにおいて使用する励起光を、この基準位相に同期させることで、パイロット信号光およびアイドラ光の非縮退位相感応光増幅が可能となる。送信器700は、第2のPPLNモジュール708内で、信号光に対しては縮退位相感応光増幅を、パイロット信号光に対しては非縮退パラメトリック変換を同時に行う構成をとっている。信号光とパイロットトーンのペアを含む信号光群を送信器700から同送し、信号光およびパイロットトーンのペアの伝搬経路を同一にして位相が同期させることで、中継型PSAとして光増幅装置603を多段構成とすることも可能となる。
As described with reference to FIG. 7, on the
図6を再び参照すると、図7の送信器700と同様、光増幅装置603におけるパラメトリック過程は2つのPPLN導波路モジュールを用いて動作させる。励起光となるSH光発生(SHG)のための第3のPPLN導波路モジュール615、及び位相感応光増幅(OPA)のための第4のPPLN導波路モジュール616が用いられる。2つのPPLN導波路モジュール615、616の構成は、送信器700の2つのPPLN導波路モジュール707、708とそれぞれ同様である。
Referring again to FIG. 6, the parametric process in the
送信器700から伝送ファイバ601を伝送してきた信号光およびパイロットトーンのペアを含む信号光群722は、分散及び偏波補償器602により光ファイバ内の分散及び偏波を補償される。その後、光増幅装置603の第4のPPLN導波路モジュール616へと入力される。入力された信号光群722の一部は、光カブラ604により分波される。分岐された信号光群722は、光分波器605を用いてパイロットトーンのペアをパイロット信号光723およびアイドラ光724に切り出して分波される。分波されたパイロット信号光622は、光サーキュレータ607を用いて、局部発振光源(Lo2)609に入力され、光注入同期を行った。局部発振光源609が在る経路に、送信器700の局部発振光源から出力されたパイロット信号光723を伝搬させている。同様に、分波されたアイドラ光623は、光サーキュレータ606を用いて、局部発振光源(Lo3)610に入力され、光注入同期を行った。局部発振光源(Lo3)610が在る経路に、送信器700からのアイドラ光724を伝搬させている。局部発振光源609、610は、例えば半導体レーザによって構成することができる。
The
局部発振光源(Lo2)609は、送信器700におけるパイロット信号光723と同一波長の光を出力し、局部発振光源(Lo3)610はアイドラ光と同一の波長の光を出力している。それぞれ光注入同期により、パイロット信号光723と同一波長および同一の位相情報を持つパイロット信号光に対応する局部発振光624を生成する。同様に、アイドラ光724と同一波長および同一の位相情報を持つアイドラ光724に対応する局部発振光625を生成した。光カプラ608によって2つの局部発振光624、625を合波し、合波した局部発振光611が得られる。局部発振光611をEDFA613により3Wまで増幅し、BPF614によりEDFA613の自然放出光を除去した後、第3のPPLN導波路モジュール615に入射した。
The local oscillation light source (Lo2) 609 outputs light having the same wavelength as the
第3のPPLN導波路モジュール615内のPPLN導波路中の和周波数生成(SFG: Sum Frequency Generation)動作により、信号光(波長1550nm)から対称に離調されたパイロット信号光およびそのアイドラ光の和周波を持つ励起光626が生成される。すなわち、励起光の周波数=パイロット信号光の周波数+アイドラ光の周波数の関係が成り立つ。この励起光は信号光の2倍の周波数を持ち、信号光の波長の半分の775nmの波長を持つ。位相共役関係にあるパイロット信号光723およびそのアイドラ光724の和周波を発生させることで、信号光と同じ位相情報を持つ励起光626を生成できる。第3のPPLN導波路モジュール615では、トータルパワー3Wの合波した局部発振光611により、1Wのパワーを持つ励起光626が得られた。この励起光626を第4のPPLN導波路モジュール616に入射した。
The sum of the pilot signal light and its idler light symmetrically detuned from the signal light (wavelength 1550 nm) by the sum frequency generation (SFG) operation in the PPLN waveguide in the third
第4のPPLN導波路モジュール616内のPPLN導波路内では信号光については縮退パラメトリック過程が、パイロットトーンのペアに対しては非縮退パラメトリック過程が引き起こされる。図7に示したように、信号光721およびパイロットトーンのペアは、それぞれ送信器700における基本励起光725の基準位相に同期されている。図6の光増幅装置603には、この送信器700から同送された信号光721およびパイロットトーンのペアを含む信号光群722が入力されている。図6の光増幅装置603においても、入力された信号光群から送信器700の基準位相に同期した励起光626を生成し利用することで、中継型PSAである光増幅装置603において信号光群の全波長を一括した位相感応光増幅を実現できる。
A degenerate parametric process is triggered for signal light and a non-degenerate parametric process is triggered for a pair of pilot tones in the PPLN waveguide in the fourth
光増幅装置603において位相同期をするために、位相変調器612を用いて微弱な信号により位相変調を合波した局部発振光611に施し、第4のPPLNモジュール616を通過した出力光728の一部を光カプラ617により分岐した。BPF618により信号光の波長のみを切り出し、光検出器619により光強度の変化を検出する。PLL回路620を用いて、励起光626の位相と信号光721の位相とが同期するように光ファイバ伸長器621にフィードバックをかけた。ここでは、位相同期を掛けるために信号光721のみを切り出しているが、他のパイロットトーンのペアのいずれか1波長を切り出しても同様に位相同期を行い、信号光721およびパイロットトーンのペアを含む信号光群722の一括PSAが可能である。
In order to perform phase synchronization in the
上述のように、本発明の光増幅装置603では、変調の掛かった信号光から励起光626を生成するのではなく、信号光と同送された変調の掛かっていないパイロットトーンのペアから励起光626を生成する。したがって、変調フォーマットによらず、強度方向に多値化された信号に対してもその搬送波位相の抽出が可能である。
As described above, in the
本実施形態では、中継型PASである光増幅装置603によって光増幅した後に、後段の光ファイバ622へ中継伝送する構成が示されているが、光増幅した後に受信器等に入力しても良い。第4のPPLN導波路モジュール616により光増幅した後の出力光をそれぞれ受信器に入力することで、図6の光増幅装置603を受信器前段のプリアンプとして用いることもできる。
In the present embodiment, a configuration is shown in which optical amplification is performed by an
本発明の光増幅装置により、信号光と一括位相感応光増幅が可能なパイロットトーンのペアを同送する光伝送システムを実現できる。位相感応光増幅に用いる励起光のSNRの劣化が抑えられる。中継型PSAとして使用するとき、データ変調された信号光から搬送波位相を抽出する従来技術の方法と比較して、PAM4のような多値の強度変調信号に対しても高品質の励起光を生成し、低雑音な位相感応光増幅が可能となる。従来技術の光伝送システムと比べて、中継段数が増えてもSNRの高い局部発振光を再生成可能で、低雑音な位相感応光増幅により多段構成の中継増幅を実現できる。 With the optical amplification device of the present invention, it is possible to realize an optical transmission system that simultaneously transmits a pair of signal light and a pilot tone capable of batch phase sensitive light amplification. Deterioration of SNR of excitation light used for phase-sensitive light amplification is suppressed. When used as a relay PSA, it produces high quality excitation light even for multi-valued intensity modulated signals such as PAM4 compared to prior art methods of extracting carrier phase from data-modulated signal light. However, low-noise phase-sensitive light amplification becomes possible. Compared with the conventional optical transmission system, it is possible to regenerate locally oscillated light having a high SNR even if the number of relay stages increases, and it is possible to realize a multi-stage relay amplification by low-noise phase-sensitive optical amplification.
本発明は、光伝送システムに利用することができる。特に中継型の光増幅装置に利用できる。 The present invention can be used in an optical transmission system. In particular, it can be used for relay-type optical amplifiers.
100、200、400 位相感応光増幅器
102 励起光源
103 励起光位相制御部
201、403、414、613、705 EDFA
202、204、404、405、416、417、615、616、707、708 PPLN導波路モジュール
203−1、203−2、402、408、418、604、608、617、702、709、715 光カプラ(光分岐部)
205、409、602 位相変調器
206、207、421、621、713 光ファイバ伸長器
209、420、620、712 PLL回路
406、415、614、618、706、710 BPF
407、714 局部発振光源
412、609、610 半導体レーザ(局部発振光源)
413、606、607 光サーキュレータ
600 光伝送システム
601、628 伝送ファイバ
602 分散及び偏波補償器
603 光増幅装置
605 光分波器
700 送信器
701 信号光源
703 変調器
100, 200, 400 Phase-sensitive
202, 204, 404, 405, 416, 417, 615, 616, 707, 708 PPLN waveguide module 203-1, 203-2, 402, 408, 418, 604, 608, 617, 702, 709, 715 Optical coupler (Optical branch)
205, 409, 602
407, 714 Local
413, 606, 607
Claims (8)
前記信号光群の一部を分岐させる光分岐器と、
前記光分岐器の出力光から前記パイロット信号光および前記アイドラ光を波長毎に取り出し、分波する光分波器と、
前記パイロット信号光に位相同期した、第1の局部発振光を出力する第1の局部発振光源と、
前記アイドラ光に位相同期した、第2の局部発振光を出力する第2の局部発振光源と、
前記第1の局部発振光および前記第2の局部発振光の和周波光を発生する第1の二次非線形光学素子と、
前記第1の二次非線形光学素子から出力された前記和周波光を励起光として、前記信号光に対して縮退パラメトリック増幅を行い、前記パイロットトーンのペアに対して非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、
前記信号光群の位相と、前記励起光の位相とを前記第2の二次非線形光学素子内において同期させる位相同期手段と
を備えたことを特徴とする光増幅装置。 From the signal light and a pair of pilot tones including the pilot signal light detuned to the short wavelength side centered on the wavelength of the signal light and the idler light of the pilot signal light symmetrically detuned to the long wavelength side. It is an optical amplifier that amplifies the signal light group that is phase-sensitive.
An optical turnout that branches a part of the signal light group,
An optical demultiplexer that extracts the pilot signal light and the idler light for each wavelength from the output light of the optical turnout and demultiplexes them.
A first locally oscillating light source that outputs a first locally oscillating light that is phase-locked to the pilot signal light and
A second locally oscillating light source that outputs a second locally oscillating light that is phase-locked to the idler light and
A first second-order nonlinear optical element that generates sum-frequency light of the first locally oscillated light and the second locally oscillated light.
A second that uses the sum frequency light output from the first second-order nonlinear optical element as excitation light to perform degenerate parametric amplification on the signal light and non-degenerate parametric amplification on the pilot tone pair. Secondary nonlinear optical element and
An optical amplifier including a phase synchronization means for synchronizing the phase of the signal light group and the phase of the excitation light in the second second-order nonlinear optical element.
前記第2の二次非線形光学素子に入射する前の前記信号光群が伝搬する光ファイバを伸縮させる第1の光ファイバ伸縮器と、
前記第2の二次非線形光学素子から出力される増幅された光の一部を取り出して電気信号に変換する第1の検出手段と、
前記第1の検出手段の出力信号に基づいて、基準位相と、前記励起光の位相とが同期するように前記第1の光ファイバ伸縮器への制御信号を生成する制御手段とを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光増幅装置。 The phase synchronization means
A first optical fiber expander / contractor that expands / contracts the optical fiber into which the signal light group propagates before incident on the second second-order nonlinear optical element.
A first detection means that extracts a part of the amplified light output from the second second-order nonlinear optical element and converts it into an electric signal.
Based on the output signal of said first detection means, comprise a criteria phase, and control means for the excitation light phase to generate a control signal for the to first optical fiber stretching device to synchronize The optical amplification device according to claim 1 or 2.
請求項1乃至4のいずれかに記載の光増幅装置と、
前記送信器および前記光増幅装置を接続する伝送ファイバとから構成された光伝送システムであって、
前記送信器は、
前記信号光の搬送波光を出力する信号光源と、
前記パイロット信号光を出力するパイロット信号光源と、
一部が分岐された前記搬送波光を基本波励起光として入力し、当該基本波励起光の第二高調波光を発生させる第3の二次非線形光学素子と、
前記第3の二次非線形光学素子から出力された前記第二高調波光を励起光として、前記搬送波光を変調した前記信号光を増幅し、前記パイロット信号光と前記第二高調波光との差周波光である前記アイドラ光を発生する第4の二次非線形光学素子と、
前記第4の二次非線形光学素子に入射する前の前記信号光群の位相を制御することにより、前記信号光群の位相と前記基本波励起光の位相とを前記第4の二次非線形光学素子内において同期させる第2の位相同期手段とを含むこと
を特徴とする光伝送システム。 A transmitter that outputs the signal light group and
The optical amplifier according to any one of claims 1 to 4,
An optical transmission system composed of the transmitter and a transmission fiber connecting the optical amplifier device.
The transmitter
A signal light source that outputs a carrier wave light of the signal light,
The pilot signal light source that outputs the pilot signal light and
A third second-order nonlinear optical element that inputs the partially branched carrier light as the fundamental wave excitation light and generates the second harmonic light of the fundamental wave excitation light.
The third of the second harmonic light output from the secondary non-linear optical element as an excitation light, amplifying the signal light obtained by modulating the carrier wave light, a difference frequency between said pilot signal beam the second harmonic light A fourth second-order nonlinear optical element that generates the idler light, which is light,
By controlling the phase of the signal light group before it is incident on the fourth second-order nonlinear optical element, the phase of the signal light group and the phase of the fundamental wave excitation light are set to the fourth second-order nonlinear optical. An optical transmission system comprising a second phase synchronization means for synchronizing within an element.
前記第4の二次非線形光学素子に入射する前の前記信号光群が伝搬する光ファイバを伸縮させる第2の光ファイバ伸縮器と、
前記第4の二次非線形光学素子から出力された光の一部を取り出して電気信号に変換する第2の検出手段と、
前記第2の検出手段の出力信号に基づいて、前記信号光群の位相と前記基本波励起光の位相とが同期するように前記第2の光ファイバ伸縮器への制御信号を生成する第2の制御手段と
を含むことを特徴とする請求項5に記載の光伝送システム。 The second phase synchronization means
A second optical fiber expander / contractor that expands / contracts the optical fiber into which the signal light group propagates before incident on the fourth second-order nonlinear optical element.
A second detection means that extracts a part of the light output from the fourth second-order nonlinear optical element and converts it into an electric signal.
Based on the output signal of the second detection means, a second control signal to the second optical fiber stretcher is generated so that the phase of the signal light group and the phase of the fundamental wave excitation light are synchronized. The optical transmission system according to claim 5, further comprising a control means of the above.
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