JPH08190112A - 光増幅器および前置増幅器 - Google Patents
光増幅器および前置増幅器Info
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- JPH08190112A JPH08190112A JP7001175A JP117595A JPH08190112A JP H08190112 A JPH08190112 A JP H08190112A JP 7001175 A JP7001175 A JP 7001175A JP 117595 A JP117595 A JP 117595A JP H08190112 A JPH08190112 A JP H08190112A
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- Japan
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- optical
- signal light
- idler
- signal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長距離超大容量光伝送システムあるいは光信
号処理システムに必要な低雑音光増幅器および低雑音前
置増幅器を提供する。 【構成】 非縮退パラメトリック増幅部に信号光と励起
光とを入力して非縮退パラメトリック増幅を行う。非縮
退パラメトリック増幅部から出力されるアイドラ光によ
り非縮退パラメトリック増幅部から出力される信号光を
光変調器で電気光学的あるいは全光的に変調する。ま
た、信号光を一旦電気信号に変換した後、この信号光電
気信号からアイドラ光の光子数ゆらぎの電気信号の差分
をとって雑音を抑圧する。
号処理システムに必要な低雑音光増幅器および低雑音前
置増幅器を提供する。 【構成】 非縮退パラメトリック増幅部に信号光と励起
光とを入力して非縮退パラメトリック増幅を行う。非縮
退パラメトリック増幅部から出力されるアイドラ光によ
り非縮退パラメトリック増幅部から出力される信号光を
光変調器で電気光学的あるいは全光的に変調する。ま
た、信号光を一旦電気信号に変換した後、この信号光電
気信号からアイドラ光の光子数ゆらぎの電気信号の差分
をとって雑音を抑圧する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、長距離超大容量光伝送
システムや光信号処理システム等において必要とされる
低雑音光増幅器および低雑音前置増幅器に関する。
システムや光信号処理システム等において必要とされる
低雑音光増幅器および低雑音前置増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ伝送システムや光信号処理シ
ステムにおいては、光損失の補償を行うために、エルビ
ウムやプラセオジム等の希土類を添加した光ファイバを
光増幅器として用いることが検討されている。これらの
光増幅器においては、励起光により光ファイバ中に添加
された希土類イオンに反転分布状態を形成させ、入力信
号光による誘導放出により信号光を増幅させる。このと
き同時に、自然放出過程により生じた光（自然放出光）
も混入される。この自然放出光は、光増幅器中における
ビート雑音等の発生原因となり、光信号パルス波形ひい
てはシステム全体の伝送品質の劣化を招く。これらの光
増幅器では、最適状態においても、増幅後の光信号は、
３ｄＢの信号対雑音比（以下ＳＮ比という）の劣化は避
けられない。
ステムにおいては、光損失の補償を行うために、エルビ
ウムやプラセオジム等の希土類を添加した光ファイバを
光増幅器として用いることが検討されている。これらの
光増幅器においては、励起光により光ファイバ中に添加
された希土類イオンに反転分布状態を形成させ、入力信
号光による誘導放出により信号光を増幅させる。このと
き同時に、自然放出過程により生じた光（自然放出光）
も混入される。この自然放出光は、光増幅器中における
ビート雑音等の発生原因となり、光信号パルス波形ひい
てはシステム全体の伝送品質の劣化を招く。これらの光
増幅器では、最適状態においても、増幅後の光信号は、
３ｄＢの信号対雑音比（以下ＳＮ比という）の劣化は避
けられない。
【０００３】これらの問題を解決するために、二次の非
線型光係数（分極が入射電界の二乗に比例する成分の比
例係数）を有する光学結晶（以下、「二次の光学結晶」
と略称する）を利用した縮退パラメトリック増幅器や光
ファイバの光カー（Kerr）効果を利用した非線形ループ
ミラー（ＮＯＬＭ：Nonlinear Loop Mirror ）型増幅器
（以下、「ファイバＮＯＬＭ増幅器」と略称する）が提
案されている。
線型光係数（分極が入射電界の二乗に比例する成分の比
例係数）を有する光学結晶（以下、「二次の光学結晶」
と略称する）を利用した縮退パラメトリック増幅器や光
ファイバの光カー（Kerr）効果を利用した非線形ループ
ミラー（ＮＯＬＭ：Nonlinear Loop Mirror ）型増幅器
（以下、「ファイバＮＯＬＭ増幅器」と略称する）が提
案されている。
【０００４】縮退パラメトリック増幅については、原理
的な検討を行った文献として、例えば、C.M.Caves,フィ
ジカルレビューＤ第26巻８号1817頁がある。また、ファ
イバＮＯＬＭ増幅器については、例えば、M.E.Marhic,
C.H.Hsia, and J.M.Jeong,エレクトロニクスレターズ、
27号、210 頁に記載されている。
的な検討を行った文献として、例えば、C.M.Caves,フィ
ジカルレビューＤ第26巻８号1817頁がある。また、ファ
イバＮＯＬＭ増幅器については、例えば、M.E.Marhic,
C.H.Hsia, and J.M.Jeong,エレクトロニクスレターズ、
27号、210 頁に記載されている。
【０００５】これらの光増幅器においては、励起光位相
に対して定まった直交位相成分しか増幅しないが、希土
類添加ファイバ増幅器、レーザ増幅器およびラマン増幅
器における自然放出光や自然散乱光がないため、原理的
には直交位相成分のＳＮ比劣化はない。このためこれら
の増幅器を長距離超大容量光ファイバ伝送システム系等
の中継器や送信器に適用すれば、伝送特性の大幅な改善
に寄与する可能性がある。
に対して定まった直交位相成分しか増幅しないが、希土
類添加ファイバ増幅器、レーザ増幅器およびラマン増幅
器における自然放出光や自然散乱光がないため、原理的
には直交位相成分のＳＮ比劣化はない。このためこれら
の増幅器を長距離超大容量光ファイバ伝送システム系等
の中継器や送信器に適用すれば、伝送特性の大幅な改善
に寄与する可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、縮退パラメト
リック増幅器においては、直交位相成分のＳＮ比劣化が
ないものの、位相整合条件を満足し、励起光位相に対し
て定まったある位相成分のみを安定的に増幅することは
技術的に困難である。
リック増幅器においては、直交位相成分のＳＮ比劣化が
ないものの、位相整合条件を満足し、励起光位相に対し
て定まったある位相成分のみを安定的に増幅することは
技術的に困難である。
【０００７】また、非線形ループミラー型光増幅器につ
いては、位相整合条件がなく、比較的長い相互作用長を
得ることが可能であるといった利点がある反面、光増幅
部の体積が大きく、ループミラー全体を温度等も含めて
安定化させる必要がある。さらに、光ファイバの導波音
響ブリルアン散乱（ＧＡＷＢＳ）による雑音が信号光出
力のＳＮ比を劣化させる問題があった。
いては、位相整合条件がなく、比較的長い相互作用長を
得ることが可能であるといった利点がある反面、光増幅
部の体積が大きく、ループミラー全体を温度等も含めて
安定化させる必要がある。さらに、光ファイバの導波音
響ブリルアン散乱（ＧＡＷＢＳ）による雑音が信号光出
力のＳＮ比を劣化させる問題があった。
【０００８】本発明の目的は、このような問題を解決す
るもので、信号光を標準量子限界以下のレベルまで抑圧
することができる低雑音光増幅器を提供することにあ
る。
るもので、信号光を標準量子限界以下のレベルまで抑圧
することができる低雑音光増幅器を提供することにあ
る。
【０００９】また本発明の他の目的は、同様に量子限界
以下のレベルまで雑音を抑制することができる低雑音前
置増幅器を提供することにある。
以下のレベルまで雑音を抑制することができる低雑音前
置増幅器を提供することにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、位相整合条件
がなく、また光増幅部の体積を小さくでき小型化を図る
ことができる光増幅器および前置増幅器を提供すること
にある。
がなく、また光増幅部の体積を小さくでき小型化を図る
ことができる光増幅器および前置増幅器を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は光
増幅器にかかり、励起光発生部と、この励起光発生部よ
り出力される励起光および入射信号光の２波を２入力と
して増幅された信号光およびアイドラ光の２波を２出力
とする非縮退パラメトリック増幅部と、前記アイドラ光
を検出する検出器と、この検出器の検出出力を入力とし
てアイドラ光の光子数ゆらぎを検出して出力する電気回
路手段と、前記電気回路手段の出力により駆動され、前
記増幅された信号光に変調を施す光変調手段とを含むこ
とを特徴とする。
増幅器にかかり、励起光発生部と、この励起光発生部よ
り出力される励起光および入射信号光の２波を２入力と
して増幅された信号光およびアイドラ光の２波を２出力
とする非縮退パラメトリック増幅部と、前記アイドラ光
を検出する検出器と、この検出器の検出出力を入力とし
てアイドラ光の光子数ゆらぎを検出して出力する電気回
路手段と、前記電気回路手段の出力により駆動され、前
記増幅された信号光に変調を施す光変調手段とを含むこ
とを特徴とする。
【００１２】なお、光変調手段は、ＬｉＮｂＯ3 位相変
調部をその導波路に含むマッハツェンダ型電気光学変調
器であることができる。
調部をその導波路に含むマッハツェンダ型電気光学変調
器であることができる。
【００１３】本発明の第二の観点は光増幅器にかかり、
励起光発生部と、この励起光発生部より出力される励起
光および入射信号光の２波を２入力として増幅された信
号光およびアイドラ光の２波を２出力とする非縮退パラ
メトリック増幅部と、前記アイドラ光により制御され、
前記増幅された信号光に変調を施す全光変調手段とを含
むことを特徴とする。
励起光発生部と、この励起光発生部より出力される励起
光および入射信号光の２波を２入力として増幅された信
号光およびアイドラ光の２波を２出力とする非縮退パラ
メトリック増幅部と、前記アイドラ光により制御され、
前記増幅された信号光に変調を施す全光変調手段とを含
むことを特徴とする。
【００１４】なお、全光変調手段は、信号光およびアイ
ドラ光が入力され、進行波型半導体レーザ増幅器をその
導波路に含むマッハツェンダ型全光変調器であることが
できる。
ドラ光が入力され、進行波型半導体レーザ増幅器をその
導波路に含むマッハツェンダ型全光変調器であることが
できる。
【００１５】本発明の第三の観点は、前置増幅器にかか
り、励起光発生部と、この励起光発生部より出力される
励起光および入射信号光の２波を２入力として増幅され
た信号光およびアイドラ光の２波を２出力とする非縮退
パラメトリック増幅部と、前記アイドラ光を検出する検
出器と、この検出器の検出出力を入力としてアイドラ光
の光子数ゆらぎを検出して出力する電気回路手段と、前
記増幅された信号光を電気信号に変換する光電変換部
と、前記電気回路手段の出力により駆動され、前記電気
信号に変換された信号光電気信号から前記電気回路手段
の出力の差分をとって出力する差分手段とを含むことを
特徴とする。
り、励起光発生部と、この励起光発生部より出力される
励起光および入射信号光の２波を２入力として増幅され
た信号光およびアイドラ光の２波を２出力とする非縮退
パラメトリック増幅部と、前記アイドラ光を検出する検
出器と、この検出器の検出出力を入力としてアイドラ光
の光子数ゆらぎを検出して出力する電気回路手段と、前
記増幅された信号光を電気信号に変換する光電変換部
と、前記電気回路手段の出力により駆動され、前記電気
信号に変換された信号光電気信号から前記電気回路手段
の出力の差分をとって出力する差分手段とを含むことを
特徴とする。
【００１６】なお、第一の観点ないし第三の観点のいず
れも非縮退パラメトリック増幅部は、周期状分極反転構
造を有するＬｉＴａＯ3 を含むことができる。
れも非縮退パラメトリック増幅部は、周期状分極反転構
造を有するＬｉＴａＯ3 を含むことができる。
【００１７】
【作用】以下、本発明の原理を図面を参照して説明す
る。
る。
【００１８】まず、第一の観点の発明の原理および作用
を図１および図４、５を参照して説明する。
を図１および図４、５を参照して説明する。
【００１９】第一の観点の発明では、励起光発生部にお
いて発生する励起光を非縮退パラメトリック増幅部の非
縮退パラメトリック増幅媒質に照射し、入力信号光を増
幅させる。その際に、アイドラ光および入射信号光と同
一の波長を有する増幅された信号光の２波が、非縮退パ
ラメトリック増幅媒質より出力される。ここで、励起
光、信号光、アイドラ光の角周波数ωP 、ωS 、ωi と
の間には、ωP ＝ωS ＋ωiが成り立っている。
いて発生する励起光を非縮退パラメトリック増幅部の非
縮退パラメトリック増幅媒質に照射し、入力信号光を増
幅させる。その際に、アイドラ光および入射信号光と同
一の波長を有する増幅された信号光の２波が、非縮退パ
ラメトリック増幅媒質より出力される。ここで、励起
光、信号光、アイドラ光の角周波数ωP 、ωS 、ωi と
の間には、ωP ＝ωS ＋ωiが成り立っている。
【００２０】また、非縮退光パラメトリック増幅におい
ては、Manley-Rowe の関係式 ｎS in−ｎi in＝ｎS out −ｎi out が成り立つ。ここで、ｎS in（＝ａS ＋ａS ）は入力側
の信号光の光子数演算子、ｎi in（＝ａi ＋ａi ）は入
力側のアイドラ光の光子数演算子、，ｎS out （＝ｂS
＋ｂS ）は出力側の信号光の光子数演算子、ｎ
i out （＝ｂi ＋ｂi ）は出力側のアイドラ光の光子数
演算子である。
ては、Manley-Rowe の関係式 ｎS in−ｎi in＝ｎS out −ｎi out が成り立つ。ここで、ｎS in（＝ａS ＋ａS ）は入力側
の信号光の光子数演算子、ｎi in（＝ａi ＋ａi ）は入
力側のアイドラ光の光子数演算子、，ｎS out （＝ｂS
＋ｂS ）は出力側の信号光の光子数演算子、ｎ
i out （＝ｂi ＋ｂi ）は出力側のアイドラ光の光子数
演算子である。
【００２１】これにより、入力側のアイドラ光が存在し
ない場合、出力側の信号光光子数とアイドラ光光子数と
の差は、入力信号光光子数に等しくなる。このことか
ら、非縮退パラメトリック利得Ｇを大きくし、出力側の
信号光およびアイドラ光の光子数を増大させると、 ｎS out −ｎi out ＜＜ｎS out ，ｎi out となって、出力側の信号光とアイドラ光の量子相関が大
きくなるといえる。
ない場合、出力側の信号光光子数とアイドラ光光子数と
の差は、入力信号光光子数に等しくなる。このことか
ら、非縮退パラメトリック利得Ｇを大きくし、出力側の
信号光およびアイドラ光の光子数を増大させると、 ｎS out −ｎi out ＜＜ｎS out ，ｎi out となって、出力側の信号光とアイドラ光の量子相関が大
きくなるといえる。
【００２２】よって、励起光強度を高め、パラメトリッ
ク利得係数を大きくした上で、出力側アイドラ光の光子
数ゆらぎの成分を検出し、これにしたがって増幅された
信号光を変調させれば、最終的に得られる信号光の雑音
成分は、標準量子限界（ショットノイズ制限）以下のレ
ベルまで抑制される。したがって、低雑音光増幅器を構
成することができる。
ク利得係数を大きくした上で、出力側アイドラ光の光子
数ゆらぎの成分を検出し、これにしたがって増幅された
信号光を変調させれば、最終的に得られる信号光の雑音
成分は、標準量子限界（ショットノイズ制限）以下のレ
ベルまで抑制される。したがって、低雑音光増幅器を構
成することができる。
【００２３】この信号光を変調し、低雑音の光出力を得
る手段としては、超高速の電気−光変調器、光−光変調
器を用いることができる。それゆえに、非縮退パラメト
リック増幅媒質の帯域幅を広くとることにより、ピコ秒
オーダの極短光パルスや光ソリトンパルスの低雑音増幅
も可能である。
る手段としては、超高速の電気−光変調器、光−光変調
器を用いることができる。それゆえに、非縮退パラメト
リック増幅媒質の帯域幅を広くとることにより、ピコ秒
オーダの極短光パルスや光ソリトンパルスの低雑音増幅
も可能である。
【００２４】ここで、出力側信号光とアイドラ光との量
子相関を Ｒ＝−10 log（＜（Δ（ｎS out −ｎi out ））2 ＞／
（＜ｎS out ＞＜ｎi out ＞） で定義する。但し、 ＜Δａ2 ＞＝＜ａ2 ＞−＜ａ＞2 である。
子相関を Ｒ＝−10 log（＜（Δ（ｎS out −ｎi out ））2 ＞／
（＜ｎS out ＞＜ｎi out ＞） で定義する。但し、 ＜Δａ2 ＞＝＜ａ2 ＞−＜ａ＞2 である。
【００２５】すると、非縮退パラメトリック利得Ｇ（ｄ
Ｂ）と、量子相関Ｒ（ｄＢ）との関係は図４に示すよう
になる。ここでは、信号光入力パワーを−２０（ｄＢ
ｍ）としている。この図４からわかるように、パラメト
リック利得が大きくなるほど、出力側信号光とアイドラ
光との量子相関も大きくなる。
Ｂ）と、量子相関Ｒ（ｄＢ）との関係は図４に示すよう
になる。ここでは、信号光入力パワーを−２０（ｄＢ
ｍ）としている。この図４からわかるように、パラメト
リック利得が大きくなるほど、出力側信号光とアイドラ
光との量子相関も大きくなる。
【００２６】次に図５に、入力信号光の強度−２０（ｄ
Ｂｍ）とした時の出力信号光のＳＮ比（１Ｈｚ当たり）
と利得との関係を示す。この図５からもわかるように、
利得の増大と比べ出力信号光のＳＮ比は改善し、例えば
利得が２０ｄＢの場合、入力信号光と比べ、４０（ｄ
Ｂ）のＳＮ比の改善が見込まれる。
Ｂｍ）とした時の出力信号光のＳＮ比（１Ｈｚ当たり）
と利得との関係を示す。この図５からもわかるように、
利得の増大と比べ出力信号光のＳＮ比は改善し、例えば
利得が２０ｄＢの場合、入力信号光と比べ、４０（ｄ
Ｂ）のＳＮ比の改善が見込まれる。
【００２７】本発明の第二の観点は、上述の説明に示す
ように、信号光を変調する手段として光−光変調器を用
い、出力信号光とアイドラ光との量子相関から直接アイ
ドラ光により全光型変調器を制御することで、出力信号
光の雑音を抑圧するもので、図２に示すように、アイド
ラ光を電気信号に変換することなく、信号光に変調を施
すものである。
ように、信号光を変調する手段として光−光変調器を用
い、出力信号光とアイドラ光との量子相関から直接アイ
ドラ光により全光型変調器を制御することで、出力信号
光の雑音を抑圧するもので、図２に示すように、アイド
ラ光を電気信号に変換することなく、信号光に変調を施
すものである。
【００２８】次に、本発明の第三の観点の原理および作
用を説明する。第一の観点の説明に述べたと同様の過程
により、光電変換後における電気回路において出力信号
の雑音を抑制することが可能である。図３に示すよう
に、非縮退パラメトリック増幅された信号光およびアイ
ドラ光の両者を光電変換デバイスで電気信号に変換検出
し、増幅された信号光より検出した電気信号とアイドラ
光より検出した電気信号の雑音成分の差分をとると、出
力される電気信号の雑音成分は、量子限界以下のレベル
にまで抑圧される。このように、低雑音前置増幅器を構
成することができる。
用を説明する。第一の観点の説明に述べたと同様の過程
により、光電変換後における電気回路において出力信号
の雑音を抑制することが可能である。図３に示すよう
に、非縮退パラメトリック増幅された信号光およびアイ
ドラ光の両者を光電変換デバイスで電気信号に変換検出
し、増幅された信号光より検出した電気信号とアイドラ
光より検出した電気信号の雑音成分の差分をとると、出
力される電気信号の雑音成分は、量子限界以下のレベル
にまで抑圧される。このように、低雑音前置増幅器を構
成することができる。
【００２９】このように、本発明においては、非縮退パ
ラメトリック増幅過程を利用しているため、励起光を信
号光の位相に合致させる必要がなく、安定に光パワーを
増幅することができる。また、実効的な非線形係数が大
きい二次の非線形光学結晶を使用することにより、小型
で、低雑音な増幅器を構成することが可能である。
ラメトリック増幅過程を利用しているため、励起光を信
号光の位相に合致させる必要がなく、安定に光パワーを
増幅することができる。また、実効的な非線形係数が大
きい二次の非線形光学結晶を使用することにより、小型
で、低雑音な増幅器を構成することが可能である。
【００３０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００３１】（第一実施例）図６は、本発明の第一実施
例の光増幅器の構成を示すブロック図である。
例の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【００３２】この第一実施例の光増幅器は、励起光発生
部としての電源１１および励起用半導体レーザ１２と、
この励起用半導体レーザ１２より出力される励起光およ
び入射信号光の２波を２入力として増幅された信号光お
よびアイドラ光の２波を２出力とする非縮退パラメトリ
ック増幅部としての非縮退パラメトリック増幅媒質１４
と、アイドラ光を検出する検出器としての光電変換デバ
イス１７と、この光電変換デバイス１７の検出出力を入
力としてアイドラ光の光子数ゆらぎを検出して出力する
電気回路手段としての制御回路１８と、この制御回路１
８の出力により駆動され、非縮退パラメトリック増幅媒
質１４で増幅された信号光に変調を施す光変調手段とし
てのマッハツェンダ型光変調器１９とを含んでいる。
部としての電源１１および励起用半導体レーザ１２と、
この励起用半導体レーザ１２より出力される励起光およ
び入射信号光の２波を２入力として増幅された信号光お
よびアイドラ光の２波を２出力とする非縮退パラメトリ
ック増幅部としての非縮退パラメトリック増幅媒質１４
と、アイドラ光を検出する検出器としての光電変換デバ
イス１７と、この光電変換デバイス１７の検出出力を入
力としてアイドラ光の光子数ゆらぎを検出して出力する
電気回路手段としての制御回路１８と、この制御回路１
８の出力により駆動され、非縮退パラメトリック増幅媒
質１４で増幅された信号光に変調を施す光変調手段とし
てのマッハツェンダ型光変調器１９とを含んでいる。
【００３３】なお、入力信号光と励起光とを合波する合
波器１３が設けられ、非縮退パラメトリック増幅媒質１
４の後段には励起光遮断用光フィルタ１５が設けられ、
また、信号光とアイドラ光とを分離する分波器１６とが
設けられている。
波器１３が設けられ、非縮退パラメトリック増幅媒質１
４の後段には励起光遮断用光フィルタ１５が設けられ、
また、信号光とアイドラ光とを分離する分波器１６とが
設けられている。
【００３４】ここで、この第一実施例では、信号光波長
は光伝送において有利な１．５５μｍとしている。
は光伝送において有利な１．５５μｍとしている。
【００３５】励起光発生部では、励起用半導体レーザ１
２として発振波長０．７７μｍの注入同期型半導体レー
ザを用い、１Ｗ程度の光出力を実現することができる。
非縮退パラメトリック増幅媒質には、周期状分極反転構
造が形成されているものを利用している。その利点とし
ては、周期状分極反転構造を有する非縮退パラメトリッ
ク増幅媒質を使用することにより、出力信号光、アイド
ラ光および入力信号光間の位相整合条件を満足させなが
ら、結晶長を長くできることが挙げられる。すなわち、
その分だけ信号利得を大きくできる。この非縮退パラメ
トリック増幅媒質に関する文献として、例えば、水内公
典、山本和久，信学技報ＯＱＥ93-162号85頁がある。
２として発振波長０．７７μｍの注入同期型半導体レー
ザを用い、１Ｗ程度の光出力を実現することができる。
非縮退パラメトリック増幅媒質には、周期状分極反転構
造が形成されているものを利用している。その利点とし
ては、周期状分極反転構造を有する非縮退パラメトリッ
ク増幅媒質を使用することにより、出力信号光、アイド
ラ光および入力信号光間の位相整合条件を満足させなが
ら、結晶長を長くできることが挙げられる。すなわち、
その分だけ信号利得を大きくできる。この非縮退パラメ
トリック増幅媒質に関する文献として、例えば、水内公
典、山本和久，信学技報ＯＱＥ93-162号85頁がある。
【００３６】本実施例では、非縮退パラメトリック増幅
媒質１４として、導波路幅４μｍ、導波路深さ２μｍ、
長さ２．０ｃｍの周期状分極反転構造を有するＬｉＴａ
Ｏ3結晶を利用している。導波路構造より決定される導
波モードの実効断面積は約８μｍ2 であるから、励起光
パワーを１Ｗとすることにより、励起光強度１３ＭＷ／
ｃｍ-2を得ることができる。同様のパワーで２０％程度
のＳＨＧ変換係数が実際に得られていることから、ｇ＝
１．５ｃｍ-1の非縮退パラメトリック増幅係数が得られ
る。
媒質１４として、導波路幅４μｍ、導波路深さ２μｍ、
長さ２．０ｃｍの周期状分極反転構造を有するＬｉＴａ
Ｏ3結晶を利用している。導波路構造より決定される導
波モードの実効断面積は約８μｍ2 であるから、励起光
パワーを１Ｗとすることにより、励起光強度１３ＭＷ／
ｃｍ-2を得ることができる。同様のパワーで２０％程度
のＳＨＧ変換係数が実際に得られていることから、ｇ＝
１．５ｃｍ-1の非縮退パラメトリック増幅係数が得られ
る。
【００３７】また、非縮退パラメトリック利得と利得係
数ｇとの間には、 Ｇ＝ cosh2ｇＬ の関係があるので、結晶長を約２ｃｍとすると、非縮退
パラメトリック増幅率Ｇは、Ｇ＝１４４（２１．６ｄ
Ｂ）となり、実用上満足できる光増幅が得られる。この
場合、図４に示したように、非縮退パラメトリック増幅
媒質１４の出力側の信号光とアイドラ光との間には、約
２０（ｄＢ）の量子相関が得られる。非縮退パラメトリ
ック増幅媒質１４の後には、残留した励起光を除去する
ための光フィルタ１５が設置される。
数ｇとの間には、 Ｇ＝ cosh2ｇＬ の関係があるので、結晶長を約２ｃｍとすると、非縮退
パラメトリック増幅率Ｇは、Ｇ＝１４４（２１．６ｄ
Ｂ）となり、実用上満足できる光増幅が得られる。この
場合、図４に示したように、非縮退パラメトリック増幅
媒質１４の出力側の信号光とアイドラ光との間には、約
２０（ｄＢ）の量子相関が得られる。非縮退パラメトリ
ック増幅媒質１４の後には、残留した励起光を除去する
ための光フィルタ１５が設置される。
【００３８】これらの量子相関を有する増幅された２つ
の光のうち、一方の増幅された信号光成分は、被変調光
として、光変調器に導入される。アイドラ光は、量子効
率の高いＰＩＮ−ＰＤによる光電変換デバイス１７によ
って光電変換されて制御回路１８に入力される。この制
御回路１８は、アイドラ光が変換された電気信号の直流
成分の遮断、電圧の増幅、およびバイアスの重畳を行う
電気回路であって、光変調器の駆動信号を出力する。こ
こで、光変調器としては、マッハツェンダ型光変調器１
９を使用することができ、このマッハツェンダ型光変調
器１９は、ＬｉＮｂＯ3 の位相変調部１９１をその二つ
に分岐された導波路の一方に有するものであり、マッハ
ツェンダ型ＬｉＮｂＯ3 電気光学変調器（ＬＮ−ＥＯ
Ｍ）と称されている。
の光のうち、一方の増幅された信号光成分は、被変調光
として、光変調器に導入される。アイドラ光は、量子効
率の高いＰＩＮ−ＰＤによる光電変換デバイス１７によ
って光電変換されて制御回路１８に入力される。この制
御回路１８は、アイドラ光が変換された電気信号の直流
成分の遮断、電圧の増幅、およびバイアスの重畳を行う
電気回路であって、光変調器の駆動信号を出力する。こ
こで、光変調器としては、マッハツェンダ型光変調器１
９を使用することができ、このマッハツェンダ型光変調
器１９は、ＬｉＮｂＯ3 の位相変調部１９１をその二つ
に分岐された導波路の一方に有するものであり、マッハ
ツェンダ型ＬｉＮｂＯ3 電気光学変調器（ＬＮ−ＥＯ
Ｍ）と称されている。
【００３９】図７にこの、ＬＮ−ＥＯＭの印加電圧−透
過率特性を示す。この場合、入力信号パルスの強度があ
る値Ｐ1 となった場合、マッハツェンダ型光変調器１９
の透過率が０．５程度となるように、ＬＮ−ＥＯＭにバ
イアスを印加する。Ｐ1 以上のピーク強度をもつパルス
が入力された場合には、透過率が減少し、それとは逆に
パルスの強度がＰ1 よりわずかに小さい場合、光変調器
の透過率が０．５よりも増加して雑音が相殺される。ま
た、同時に入力信号がスペース時には、光変調器印加信
号が図７のＰ0 となるように、バイアスと振幅を調整す
る。したがって、ＬＮ−ＥＯＭの変調特性に合わせて、
アイドラ光から得られた信号にバイアス電圧の重畳を行
うことにより、光変調器からの出力光の光強度のゆらぎ
を抑制すことができる。また、ここではバイアスを透過
率が０．５程度としたが、入力信号光の強度雑音の分散
が十分に小さければ、バイアスを０．９程度としても差
し支えない。
過率特性を示す。この場合、入力信号パルスの強度があ
る値Ｐ1 となった場合、マッハツェンダ型光変調器１９
の透過率が０．５程度となるように、ＬＮ−ＥＯＭにバ
イアスを印加する。Ｐ1 以上のピーク強度をもつパルス
が入力された場合には、透過率が減少し、それとは逆に
パルスの強度がＰ1 よりわずかに小さい場合、光変調器
の透過率が０．５よりも増加して雑音が相殺される。ま
た、同時に入力信号がスペース時には、光変調器印加信
号が図７のＰ0 となるように、バイアスと振幅を調整す
る。したがって、ＬＮ−ＥＯＭの変調特性に合わせて、
アイドラ光から得られた信号にバイアス電圧の重畳を行
うことにより、光変調器からの出力光の光強度のゆらぎ
を抑制すことができる。また、ここではバイアスを透過
率が０．５程度としたが、入力信号光の強度雑音の分散
が十分に小さければ、バイアスを０．９程度としても差
し支えない。
【００４０】（第二実施例）次に図８に第二実施例の構
成を示す。この第二実施例の光増幅器は、励起光発生部
としての電源１１および励起用半導体レーザ１２と、励
起用半導体レーザ１２より出力される励起光および入射
信号光の２波を２入力として増幅された信号光およびア
イドラ光の２波を２出力とする非縮退パラメトリック増
幅部としての非縮退パラメトリック増幅媒質１４と、ア
イドラ光により制御され、増幅された信号光に変調を施
す全光変調手段としてのマッハツェンダ型光変調器１９
とを含んでいる。このマッハツェンダ型光変調器１９
は、その分岐された導波路の一方に進行波型半導体レー
ザ増幅器１９２を含んでいる。
成を示す。この第二実施例の光増幅器は、励起光発生部
としての電源１１および励起用半導体レーザ１２と、励
起用半導体レーザ１２より出力される励起光および入射
信号光の２波を２入力として増幅された信号光およびア
イドラ光の２波を２出力とする非縮退パラメトリック増
幅部としての非縮退パラメトリック増幅媒質１４と、ア
イドラ光により制御され、増幅された信号光に変調を施
す全光変調手段としてのマッハツェンダ型光変調器１９
とを含んでいる。このマッハツェンダ型光変調器１９
は、その分岐された導波路の一方に進行波型半導体レー
ザ増幅器１９２を含んでいる。
【００４１】本実施例では、第一実施例において、信号
光の強度雑音除去を行っている電気光学変調器を進行波
型半導体レーザ増幅器（ＴＷ−ＳＬＡと略称する）１９
２を内部に含むマッハツェンダ干渉計型全光変調器に置
き換えたものである。この場合、アイドラ光を電気信号
に変換することなく、光信号のままでＴＷ−ＳＬＡへ印
加することにより信号光を変調し、雑音を相殺すること
が可能である。本実施例ではその原理を効率よく実現す
るため、信号光波長は、１．５５μｍ帯、ＴＷ−ＳＬＡ
の利得帯域幅を１．４μｍから１．５５μｍ、アイドラ
光波長を１．４５μｍとしている。
光の強度雑音除去を行っている電気光学変調器を進行波
型半導体レーザ増幅器（ＴＷ−ＳＬＡと略称する）１９
２を内部に含むマッハツェンダ干渉計型全光変調器に置
き換えたものである。この場合、アイドラ光を電気信号
に変換することなく、光信号のままでＴＷ−ＳＬＡへ印
加することにより信号光を変調し、雑音を相殺すること
が可能である。本実施例ではその原理を効率よく実現す
るため、信号光波長は、１．５５μｍ帯、ＴＷ−ＳＬＡ
の利得帯域幅を１．４μｍから１．５５μｍ、アイドラ
光波長を１．４５μｍとしている。
【００４２】図９にこのマッハツェンダ型全光変調器の
利得の入射波長に対する利得係数の依存性を示す。信号
光波長はほぼＴＷ−ＳＬＡのバンドエッジに対応する波
長とし、アイドラ光波長は利得帯域内にある。定常的に
は、定電流源２０により供給される定常電流により、曲
線１の状態に励起されている。このとき、アイドラ光の
入射によりＴＷ−ＳＬＡの少数キャリア密度が変調され
曲線２により表される状態に変化し、信号光に対する屈
折率が変化する。したがって、図８に示したように、Ｔ
Ｗ−ＳＬＡをマッハツェンダ干渉計の一つの分岐に挿入
することにより信号光に対する透過率を変調することが
可能となる。透過率の位相変移量φに対する依存性を図
１０に示す。第一実施例の電気光学変調器と同様に透過
率はコサインの二乗（ cos2 φ）に依存しているため、
第一実施例と同様な駆動条件とすることにより雑音の相
殺を行うことができる。
利得の入射波長に対する利得係数の依存性を示す。信号
光波長はほぼＴＷ−ＳＬＡのバンドエッジに対応する波
長とし、アイドラ光波長は利得帯域内にある。定常的に
は、定電流源２０により供給される定常電流により、曲
線１の状態に励起されている。このとき、アイドラ光の
入射によりＴＷ−ＳＬＡの少数キャリア密度が変調され
曲線２により表される状態に変化し、信号光に対する屈
折率が変化する。したがって、図８に示したように、Ｔ
Ｗ−ＳＬＡをマッハツェンダ干渉計の一つの分岐に挿入
することにより信号光に対する透過率を変調することが
可能となる。透過率の位相変移量φに対する依存性を図
１０に示す。第一実施例の電気光学変調器と同様に透過
率はコサインの二乗（ cos2 φ）に依存しているため、
第一実施例と同様な駆動条件とすることにより雑音の相
殺を行うことができる。
【００４３】（第三実施例）次に図１１を用いて本発明
の第三実施例を説明する。この実施例は、第一実施例の
光変調器の部分を電気回路とした構成に特徴がある。す
なわち、第一実施例とは、信号光を電気信号に変換する
光電変換デバイス２２が設けられ、電気光変調器に代わ
って差分回路２３が設けられている点が異なる。
の第三実施例を説明する。この実施例は、第一実施例の
光変調器の部分を電気回路とした構成に特徴がある。す
なわち、第一実施例とは、信号光を電気信号に変換する
光電変換デバイス２２が設けられ、電気光変調器に代わ
って差分回路２３が設けられている点が異なる。
【００４４】非縮退パラメトリック増幅媒質１４から出
力された二つの光をＰＩＮ−ＰＤの光電変換デバイス１
７、２２にて検波し、制御回路１８でアイドラ光側の電
気信号の直流部分をコンデンサで遮断する。このとき、
アイドラ光側の電流成分は、非縮退パラメトリック増幅
時に混入した雑音成分が支配的であるが、差分回路２３
で信号側の電流成分とこれらの差分をとり、低雑音の出
力電気信号を得ることができる。
力された二つの光をＰＩＮ−ＰＤの光電変換デバイス１
７、２２にて検波し、制御回路１８でアイドラ光側の電
気信号の直流部分をコンデンサで遮断する。このとき、
アイドラ光側の電流成分は、非縮退パラメトリック増幅
時に混入した雑音成分が支配的であるが、差分回路２３
で信号側の電流成分とこれらの差分をとり、低雑音の出
力電気信号を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】本発明では、希土類添加光ファイバ光増
幅器やレーザ光増幅器では得られない低雑音特性と、励
起光と信号光との位相差に依存しない増幅特性を有する
光増幅器や前置増幅器を実現できる。
幅器やレーザ光増幅器では得られない低雑音特性と、励
起光と信号光との位相差に依存しない増幅特性を有する
光増幅器や前置増幅器を実現できる。
【００４６】また、実効的な非線形係数が大きい二次非
線形光学結晶を使用することで、小型の光増幅器や前置
増幅器を実現できる。
線形光学結晶を使用することで、小型の光増幅器や前置
増幅器を実現できる。
【００４７】本発明の光増幅器や前置増幅器をファイバ
損失を補償する中継増幅器として用いることにより、光
ファイバ伝送系の伝送特性を改善し、伝送容量の増大
と、中継器間隔の長スパン化を図ることができる。
損失を補償する中継増幅器として用いることにより、光
ファイバ伝送系の伝送特性を改善し、伝送容量の増大
と、中継器間隔の長スパン化を図ることができる。
【図１】本発明の第一の観点の基本構成を示すブロック
図。
図。
【図２】本発明の第二の観点の基本構成を示すブロック
図。
図。
【図３】本発明の第三の観点の基本構成を示すブロック
図。
図。
【図４】非縮退パラメトリック利得と量子相関との関係
を示す図。
を示す図。
【図５】非縮退パラメトリック利得と出力信号光のＮＳ
比との関係を示す図。
比との関係を示す図。
【図６】本発明の第一実施例の構成を示すブロック図。
【図７】第一実施例のＬＮ−ＥＯＭの印加電圧および透
過率特性を示す図。
過率特性を示す図。
【図８】本発明の第二実施例の構成を示すブロック図。
【図９】光変調器の入射光波長に対する利得係数の依存
性を示す図。
性を示す図。
【図１０】光変調器の透過率の位相変移量に対する依存
性を示す図。
性を示す図。
【図１１】本発明の第三実施例の構成を示すブロック
図。
図。
１１ 電源 １２ 励起用半導体レーザ １３ 合波器 １４ 非縮退パラメトリック増幅媒質 １５ 励起光遮断用光フィルタ １６ 分波器 １７、２２ 光電変換デバイス １８ 制御回路 １９ マッハツェンダ型光変調器 ２０ 定電流源 ２１ 自然放出光遮断用光フィルタ ２３ 差分回路 １９１ ＬｉＮｂＯ3 位相変調部 １９２ 進行波型半導体レーザ増幅器
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/02
Claims (8)
- 【請求項１】 励起光発生部と、 この励起光発生部より出力される励起光および入射信号
光の２波を２入力として増幅された信号光およびアイド
ラ光の２波を２出力とする非縮退パラメトリック増幅部
と、 前記アイドラ光を検出する検出器と、 この検出器の検出出力を入力としてアイドラ光の光子数
ゆらぎを検出して出力する電気回路手段と、 前記電気回路手段の出力により駆動され、前記増幅され
た信号光に変調を施す光変調手段とを含むことを特徴と
する光増幅器。 - 【請求項２】 非縮退パラメトリック増幅部は、周期状
分極反転構造を有するＬｉＴａＯ3 を含む請求項１記載
の光増幅器。 - 【請求項３】 光変調手段は、ＬｉＮｂＯ3 位相変調部
をその導波路に含むマッハツェンダ型電気光学変調器で
ある請求項１または２記載の光増幅器。 - 【請求項４】 励起光発生部と、 この励起光発生部より出力される励起光および入射信号
光の２波を２入力として増幅された信号光およびアイド
ラ光の２波を２出力とする非縮退パラメトリック増幅部
と、 前記アイドラ光により制御され、前記増幅された信号光
に変調を施す全光変調手段とを含むことを特徴とする光
増幅器。 - 【請求項５】 全光変調手段は、信号光およびアイドラ
光が入力され、進行波型半導体レーザ増幅器をその導波
路に含むマッハツェンダ型全光変調器である請求項４記
載の光増幅器。 - 【請求項６】 非縮退パラメトリック増幅部は、周期状
分極反転構造を有するＬｉＴａＯ3 を含む請求項４また
は５記載の光増幅器。 - 【請求項７】 励起光発生部と、 この励起光発生部より出力される励起光および入射信号
光の２波を２入力として増幅された信号光およびアイド
ラ光の２波を２出力とする非縮退パラメトリック増幅部
と、 前記アイドラ光を検出する検出器と、 この検出器の検出出力を入力としてアイドラ光の光子数
ゆらぎを検出して出力する電気回路手段と、 前記増幅された信号光を電気信号に変換する光電変換部
と、 前記電気回路手段の出力により駆動され、前記電気信号
に変換された信号光電気信号から前記電気回路手段の出
力の差分をとって出力する差分手段とを含むことを特徴
とする前置増幅器。 - 【請求項８】 非縮退パラメトリック増幅部は、周期状
分極反転構造を有するＬｉＴａＯ3 を含む請求項７記載
の前置増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7001175A JPH08190112A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 光増幅器および前置増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7001175A JPH08190112A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 光増幅器および前置増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08190112A true JPH08190112A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11494108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7001175A Pending JPH08190112A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 光増幅器および前置増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08190112A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10268369A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Imra America Inc | 光パルス増幅装置、チャープパルス増幅装置およびパラメトリック・チャープパルス増幅装置 |
| WO2000062123A1 (fr) * | 1999-04-12 | 2000-10-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Appareil d'emission monophotonique |
| WO2000062122A1 (fr) * | 1999-04-12 | 2000-10-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Generateur utilise pour produire un etat du nombre de photons |
| JP2012249014A (ja) * | 2011-05-26 | 2012-12-13 | Fujitsu Ltd | 光信号処理装置および光通信システム |
| JP2014183514A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光ノード |
| JP2015165316A (ja) * | 2011-01-20 | 2015-09-17 | 日本電信電話株式会社 | 光信号増幅装置 |
| JP2019105796A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 日本電信電話株式会社 | 波長変換装置 |
| JP2019161246A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 国立大学法人東北大学 | デジタルコヒーレント伝送システム |
| CN110277969A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-24 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 一种量子参量放大器 |
-
1995
- 1995-01-09 JP JP7001175A patent/JPH08190112A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10268369A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Imra America Inc | 光パルス増幅装置、チャープパルス増幅装置およびパラメトリック・チャープパルス増幅装置 |
| WO2000062123A1 (fr) * | 1999-04-12 | 2000-10-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Appareil d'emission monophotonique |
| WO2000062122A1 (fr) * | 1999-04-12 | 2000-10-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Generateur utilise pour produire un etat du nombre de photons |
| US7088824B1 (en) | 1999-04-12 | 2006-08-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Single-photon-emission apparatus |
| JP2015165316A (ja) * | 2011-01-20 | 2015-09-17 | 日本電信電話株式会社 | 光信号増幅装置 |
| JP2012249014A (ja) * | 2011-05-26 | 2012-12-13 | Fujitsu Ltd | 光信号処理装置および光通信システム |
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| JP2019161246A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 国立大学法人東北大学 | デジタルコヒーレント伝送システム |
| CN110277969A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-24 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 一种量子参量放大器 |
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