JPH01142717A - 光ファイバ内ブリュアン増幅方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願発明は、光ファイバの誘導ブリュアン効果を用いて
信号光を増幅する光ファイバ内ブリユアン増幅方法およ
びそれを実施するための装置忙関する。

（従来の技術） 近年、光通信システムの長距離化を目的として、信号光
を光の状態で直接増幅する光増幅に関する研究開発が活
発に行なわれている。その光増幅の有力な一手段として
、光ファイバの誘導散乱効果を用いる方式がある（オプ
ティカル・エンジニアリング（０ｐｔｉｃａｌ　　Ｅｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、第２４巻、１９８５年、６００
〜６０８ページ）。使用する誘導散乱効果としては、誘
導ラマン効果、誘導ブリユアン効果、誘導四光子混合効
果などが知られている。その中でも、誘導ブリユアン効
果は、その増幅利得係数が非常に大きいことから励起入
力パワーが小さくても増幅度を大きく取れるという特徴
があシ、最も有用である。

この誘導ブリユアン効果を用いて信号光を増幅するには
、信号光とともにその周波数よりもブリユアンシフト量
だけ周波数の大きな励起光を、信号光とは逆方向に伝搬
する様に光ファイバに入射させる。このときに得られる
増幅度Ｇば、次式で表される。

α ただし、ｇａ　はピークの誘導ブリユアン利得係数（４
，６Ｘ１０　　ｍ／Ｗ）、Ｐは光ファイバへの励起入力
パワー、Ａはコア実効断面積、αは光ファイバの伝送損
失、Ｉはファイバ長である。ここで、Ｌ、、は増幅に寄
与する正味のファイバ長を与え、実効長と呼ばれている
。

（発明が解決しようとする問題点） 誘導ブリユアン効果を用いた光ファイバ内ブリユアン増
幅では、前述のように低い励起入力で大きな増幅度が得
られるという特徴がある。しかしながら、その利得帯域
幅（ブリユアン利得帯域幅）は１００　Ｍ馬　程度以下
で狭い。このために、ブリユアン増幅を長時間に渡って
安定に行なうためには、励起光と信号光との相対的な周
波数変動量をブリユアン利得帯域幅よシも十分に小さく
するすなわち数１０　Ｍｕ２以下にする必要がある。し
かしながら、半導体レーザではその発振周波数が通常１
００Ｈｚ／℃程度の温度依存性を有するた度が容易に変
動するので、増幅度の安定化が重要な技術課題となって
いた。

この増幅度を安定化させる方法としては、第１に、信号
光と励起光を干渉させて両者の差周波数を検出し、その
差周波数がブリユアンシフト量と等しくなるように信号
光源あるいは励起光源の発振周波数をフィードバック制
御する方式が考えられる。しかしながら、ブリユアンシ
フト量は、波長Ｌ３−１５μｍにおいてはｌ０ＧＨ，程
度であるために、差周波数もｌ０ＧＨ，程度となる。仁
の結果、この方式では、超高速な光検出器および電気回
路が必要であるとともに高度な技術が要求され、高価に
なるという欠点があった。

その他の方法としては、励起光源および信号光源の雰囲
気温度を制御する方法が考えられる。しかしながら、こ
の場合には１０　℃程度以下の超精密な温度制御を必要
とするが、このような超精密な温度制御は現状の技術で
は十分に行なうことができない。

また、この方式では根本的に信頼性に乏しいという欠点
があった・ 本願発明の目的は、以上述べたような従来の欠点を除去
し、従来に比べて低価格でかつ信頼性の高いブリユアン
増幅度を安定化させた光ファイバ内ブリユアン増幅方法
およびそれを実施するための装置を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） 本願の第１の発明の光ファイバ内ブリユアン増幅方法は
、励起光と信号光を逆方向に伝搬するようにそれぞれ光
ファイバに入射させ、前記光ファイバの誘導ブリユアン
効果によって前記信号光を増幅する光ファイバ内ブリユ
アン増幅方法において、前記信号光が参照光を随伴し、
前記励起光と前記参照光との差周波数を検出して前記励
起光または信号光の周波数を前記差周波数に基づきフィ
ードバック制御することによシ、ブリユアン増幅度を安
定化させることを特徴とする。

本願の第２の発明の光ファイバ内ブリユアン増幅装置は
、光ファイバと、参照光と信号光とを出射する信号光源
と、励起光を出射する励起光源と、この励起光を前記信
号光とは逆方向に伝搬するようにそれぞれ前記光ファイ
バに入射させる手段と、前記光ファイバの誘導ブリユア
ン効果によって増幅された前記信号光を前記励起光から
分離して取り出す手段と、前記励起光と前記参照光との
差周波数を検出する光検出器と、ブリユアン増幅度が一
定になるように前記信号光源または励起光源の発振周波
数を前記差周波数に基づき制御する制御回路とを含むこ
とを特徴とする。

（作　用） 本願発明の光ファイバ内ブリユアン増幅方法およびそれ
を実施するための装置では、信号光と所定の値だけ周波
数が異なる参照光を利用して、この参照光と励起光の差
周波数を検出し、ブリユアン増幅度が安定になるように
励起光あるいは信号光の周波数をフィードバック制御し
ている。即ち、信号光の周波数をｆ　１参照光の周波数
をｆｒ、励起光の周波数をｆ、で表わすと、あらかじめ
Ｉｆ８−ｆｒｌ＝定数である参照光を用いて、１ｆｐ−
ｆｒｌ　　の値が所定値になるようにフィードバック制
御している。したがって、本願発明では、Ｉｆ３−ｆ、
ｌ　　の値がブリユアンシフト量にほぼ等しくなるよう
に設定しておけば、励起光と参照光の差周波ｅｌｆｐ−
ｆｒｌ’＆−数百ＭＨ２以下にできるので、高速な光検
出器や電気回路が不要になる。その結果、フィードバッ
ク制御系が簡単でかつ低価格で構成できる。ここで、上
述の様な信号光および参照光は例えば、半導体レーザを
２値周波数偏移変調し、一方の周波数成分を信号光とし
、他方を参照光として用いることによシ容易に得ること
ができる。

（実施例） 次に図面を参照して、本願発明による光ファイバ内ブリ
ユアン増幅方法および装置について詳細に説明する。

第１図は、本願の第２の発明による光ファイバ内ブリユ
アン増幅装置の一実施例を示す構成図である。本図を参
照して本願の第１の発明の一実施例を併せて以下に説明
する。この図において、信号光源１および励起光源２は
、いずれも発振波長が１．５５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ　分布帰還型半導体レーザ、光ファイバ５はコ
ア径が１０μｍ。

波長１５５μｍでの伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ、長さ
が１１００ｋの単一モードシリカファイバ、光検出器６
１，６２はＩ　ｎ　Ｇａ　Ａｓアバランシフォトダイオ
ード（ＡＰＤ）である。ファイバカップラ４１は、分岐
比が１０対１の単一モードファイバカップラであり、フ
ァイバ端４１１への入力光のうちの約９０％がファイバ
端４１３に結合される。また、ファイバカップラ４２は
、分岐比が１対１の単一モードファイバカップラである
。ここで、ファイバカップラ４１のファイバ端４１４に
はアルミニウムが蒸着されており反射率９０％の反射鏡
が形成されている。

この実施例において、信号光源である分布帰還型半導体
レーザ１は電気信号入力端子１ｏからのビットレート３
２Ｍｂ／３の情報信号パルス変調電流によってその注入
電流が微小に変調され、２値周波数偏移変調されている
。この周波数個移変ルによる２種の周波数成分子、およ
びｆｒは、以降で説明する櫟に、ｆ８の成分を信号光、
ｆｒの成分を参照光として用いている。ここで、この実
施例では周波数偏移量を１０．９　ＧＨ７に設定してい
る。このときの分布帰還型半導体レーザへのバイアス電
流は８　Ｑ　ｍＡ　ｓパルス変調電流の振幅は７ｍＡで
あった。

上述の周波数偏移変調された光は、光アイソレータ３１
を通過した後にファイバカップラ４１に結合されてその
約９０％が光ファイバ５へ送出されている。一方、励起
光源２から出射された励起光は、光アイソレータ３２お
よびファイバカップラ４２を通じて信号光とは異なる一
端から光ファイバ５に入射されている。ここで、単一モ
ードシリカファイバ５への励起入力パワーは６　ｍＷで
ある。

本実施例では、ファイバ端４１４に反射鏡す形成するこ
とによって前記の２値周波数偏移変調光の一部とファイ
バ伝搬後の励起光の一部をＩ　ｎＧａＡｓ−ＡＰＤ６２
で受光する構成となっている。このとき、ＩｎＧａＡｓ
　−Ａ　Ｐ　Ｄには周波数偏移変調光と励起光との差周
波数の電流が流れるが、この電流は電気アンプ７によっ
て増幅された後に周波数弁別画路８に入力されている。

本実施例では、周波数弁別回路８の弁別周波数は１００
　ＭＨ，Ｋ設定されており、差周波数が１００１■Ｈ２
から外れると誤差信号を発生し制御回路９を動作させる
ようになつ℃いる。そして、制御回路９では、半導体レ
ーザ１の注入電流を変えることによってその発振周波数
をフィードバック制御している。

第２図は、本実施例での励起光と２個周波数変調光の周
波数の関係な示した図である。この実施例では、２個周
波数変調光の周波数ｆｒの成分を励起光から１００　Ｍ
Ｈ２だけ低周波数側になるように設定している。このと
き、周波数偏移量は前述のように１０．９　ＧＨ，なの
で、周波数ｆ、の成分は励起光からブリユアンシフト量
に等しいＩＩＧＨ。

だけ低周波側に位置しており、単一モード光ファイバ伝
搬中にブリユアン増幅される。この実施例での励起入力
パワーは６ｍＷであるが、この励起入力条件で信号光で
ある周波数ｆＩ！成分を約４０ｂＢ　ブリユアン増幅す
ることができた。そして、この増幅信号光をＩｎＧａＡ
ｓ−ＡＰＤ　６１で受光することによって情報信号を電
気信号出力端子１１から取シ出している。

この実施例でのブリユアン増幅度の安定性を確認するた
めに、半導体レーザ１，２の雰囲気を±１℃程度変化さ
せる実験を行なった。その結果、このフィードバック制
御系においては常に安定にブリユアン増幅を行なうこと
ができた。一方、フィードバック制御系を用いない場合
には、雰囲気温度がわずかに０．００１℃変化すると増
幅度が変動してしまい、情報信号を取υ出すことができ
なかった。なお、この実施例で用いた光検出器６２や電
気アンプの周波数応答は、せいぜい数百■与で十分であ
ったので極めて安価にフィートノ（ツク制御系を実現で
き九〇 上記においては、本願発明による光ファイノ（内プリュ
ア／増幅方法および装置について一実施例を用いて説明
したが、本願発明はこの実施例に限られることなくいく
つかの変形が考えられる。例えば、本実施例では参照光
を発生させるためＩＣＺ値周波周波数偏移変調方法を用
いたが、他のいかなる方法であっても良いことは言うま
でもない。

例えば、あらかじめ２個の半導体レーザの周波数間隔を
安定化させ、一方を信号光として他方を参照光として用
いることができる。あるいは、軸モード数が２本以上の
多軸モードレーザを信号光源として用いることも可能で
ある。また、本実施例では信号光源１や励起光源２とし
て、ＩｎＧａＡ８Ｐ半導体レーザを用いたが、他の材料
の半導体レーザや固体レーザ、ガスレーザなどの他種の
レーザでもよい。さらに、光ファイバは分散シフトファ
イバをはじめとしてＧｅ０ｔ　ｔ　　ｐ、ｏ、などのそ
の他の組成の光ファイバを使用してもよい。それに加え
て、光検出器やファイバカップラなどは、その所要性能
を有する限りいかなる構造、種類であってもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本願発明の光ファイバ内ブリユア
ン増幅方法およびそれを実施するための装置では、信号
光と所定の値だけ周波数が異なる参照光を利用して、こ
の参照光と励起光の差周波数を検出しブリユアン増幅度
が安定になるように励起光あるいは信号光の周波数をフ
ィードバック制御している。その結果、低価格でかつ信
頼性の高いブリユアン増幅度を安定化させた光プアイノ
（内ブリユアン増幅方法およびそれを実施するための装
置Ｒが得られるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願の第２の発明による光ファイバ内ブリユ
アン増幅装置の一実施例を示す構成図、第２図は、第１
図の実施例における励起光と２個周波数変調光との周波
数の関係を示す図である。 １・・・信号光源、２・・・励起光源、３１．３２・・
・光アイソレータ、４１，４２・・・ファイバカップラ
、５・・・光ファイバ、６１．６２・・・光検出器、７
・・・電気アンプ、８・・・周波数弁別回路、９・・・
制御回路、１０・・・電気信号入力端子、１１・・・電
気信号出力端子。 代理人　弁理士　本　庄　伸　介

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）励起光と信号光を逆方向に伝搬するようにそれぞ
   れ光ファイバに入射させ、前記光ファイバの誘導ブリュ
   アン効果によつて前記信号光を増幅する光ファイバ内ブ
   リュアン増幅方法において、前記信号光が参照光を随伴
   し、前記励起光を前記参照光との差周波数を検出して、
   前記励起光または信号光の周波数を前記差周波数に基づ
   き制御することにより、ブリュアン増幅度を安定化させ
   ることを特徴とする光ファイバ内ブリュアン増幅方法。
2. （２）光ファイバと、参照光と信号光とを出射する信号
   光源と、励起光を出射する励起光源と、この励起光を前
   記信号光とは逆方向に伝搬するようにそれぞれ前記光フ
   ァイバに入射させる手段と、前記光ファイバの誘導ブリ
   ュアン効果によつて増幅された前記信号光を前記励起光
   から分離して取り出す手段と、前記励起光と前記参照光
   との差周波数を検出する光検出器と、ブリュアン増幅度
   が一定になるように前記信号光源または励起光源の発振
   周波数を前記差周波数に基づき制御する制御回路とを含
   む光ファイバ内ブリュアン増幅装置。