JPH114036A - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JPH114036A JPH114036A JP15403497A JP15403497A JPH114036A JP H114036 A JPH114036 A JP H114036A JP 15403497 A JP15403497 A JP 15403497A JP 15403497 A JP15403497 A JP 15403497A JP H114036 A JPH114036 A JP H114036A
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- signal
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- optical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 励起光と信号光の位相差が０またはπの状態
で同期させることができる光ＰＬＬを実現し、位相感応
光増幅部における低雑音光増幅を可能にする。 【解決手段】 光ＰＬＬは、信号光と励起光の合波光を
受光し、信号光と励起光のビート成分のうちクロック周
波数ｆrep 成分を位相誤差情報信号として出力する位相
誤差情報検出手段と、信号光からクロック周波数ｆrep
の電気信号を参照信号として抽出する参照信号抽出回路
と、位相誤差情報信号と参照信号の位相を比較し、その
位相誤差信号を励起光源に帰還して発振周波数を制御す
る位相比較手段とを備え、励起光の光位相を信号光の光
位相に同期させる。
で同期させることができる光ＰＬＬを実現し、位相感応
光増幅部における低雑音光増幅を可能にする。 【解決手段】 光ＰＬＬは、信号光と励起光の合波光を
受光し、信号光と励起光のビート成分のうちクロック周
波数ｆrep 成分を位相誤差情報信号として出力する位相
誤差情報検出手段と、信号光からクロック周波数ｆrep
の電気信号を参照信号として抽出する参照信号抽出回路
と、位相誤差情報信号と参照信号の位相を比較し、その
位相誤差信号を励起光源に帰還して発振周波数を制御す
る位相比較手段とを備え、励起光の光位相を信号光の光
位相に同期させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号光の低雑音光
増幅を行う光増幅器に関する。
増幅を行う光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光伝送システムでは、光信号を電
気信号に変換し、ディジタル信号を識別した後に光信号
を再生する識別再生光中継器が用いられていた。この識
別再生光中継器では、光信号を電気信号に変換する電子
部品の応答速度に制限があるので、10Ｇbit/s 以上の大
容量光伝送システムに適用することが困難であった。
気信号に変換し、ディジタル信号を識別した後に光信号
を再生する識別再生光中継器が用いられていた。この識
別再生光中継器では、光信号を電気信号に変換する電子
部品の応答速度に制限があるので、10Ｇbit/s 以上の大
容量光伝送システムに適用することが困難であった。
【０００３】この問題を解決する増幅手段として、エル
ビウムやプラセオジム等の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ある。また、光信号
処理回路においても、光分岐損失や光回路の減衰を補償
する手段として半導体レーザ増幅器を用いることが検討
されている。いずれの場合でも、媒質中の電子状態を反
転分布状態にさせ、誘導放出により信号光を増幅する構
成になっている。
ビウムやプラセオジム等の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ある。また、光信号
処理回路においても、光分岐損失や光回路の減衰を補償
する手段として半導体レーザ増幅器を用いることが検討
されている。いずれの場合でも、媒質中の電子状態を反
転分布状態にさせ、誘導放出により信号光を増幅する構
成になっている。
【０００４】このようなファイバレーザ増幅器や半導体
レーザ増幅器は、信号光を光のままで増幅することがで
きるので、識別再生光中継器で問題になっていた電気的
な処理速度の制限が存在しない。加えて、機器構成も比
較的単純である利点を有するしかし、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は全く無関係に
混入されるので、信号光の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が増
幅前後で少なくとも３dB低下する。これらは、ディジタ
ル信号伝送時における伝送符号誤り率の上昇につなが
り、伝送品質を低下させる要因になっている。
レーザ増幅器は、信号光を光のままで増幅することがで
きるので、識別再生光中継器で問題になっていた電気的
な処理速度の制限が存在しない。加えて、機器構成も比
較的単純である利点を有するしかし、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は全く無関係に
混入されるので、信号光の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が増
幅前後で少なくとも３dB低下する。これらは、ディジタ
ル信号伝送時における伝送符号誤り率の上昇につなが
り、伝送品質を低下させる要因になっている。
【０００５】この伝送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。この位相感応光増幅器は、自然放出
光を出力しないので、自然放出光の混入に伴うＳ／Ｎの
３dBの劣化が抑制され、信号光のＳ／Ｎを劣化させずに
光増幅を行うことが可能である。
感応光増幅器 (Phase Sensitive Amplifier ：ＰＳＡ）
が検討されている。この位相感応光増幅器は、自然放出
光を出力しないので、自然放出光の混入に伴うＳ／Ｎの
３dBの劣化が抑制され、信号光のＳ／Ｎを劣化させずに
光増幅を行うことが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、実際に位相
感応光増幅器を実現するには、適切な手段で励起光と信
号光の光位相および光周波数を同期させる必要がある。
これを実現する技術として光位相同期ループ（Optical
Phase-lock loop ：以下「光ＰＬＬ」という）が研究さ
れており、バランスドレシーバＰＬＬ（文献例：J.M.Ka
hn, et al.、1989年エレクトリックレタース、25号、 6
27頁）等が検討されている。これは、位相検出器として
用いられるフォトダイオードのＤＣ近傍の出力成分を位
相誤差信号として光位相同期光源に帰還させる構成にな
っている。
感応光増幅器を実現するには、適切な手段で励起光と信
号光の光位相および光周波数を同期させる必要がある。
これを実現する技術として光位相同期ループ（Optical
Phase-lock loop ：以下「光ＰＬＬ」という）が研究さ
れており、バランスドレシーバＰＬＬ（文献例：J.M.Ka
hn, et al.、1989年エレクトリックレタース、25号、 6
27頁）等が検討されている。これは、位相検出器として
用いられるフォトダイオードのＤＣ近傍の出力成分を位
相誤差信号として光位相同期光源に帰還させる構成にな
っている。
【０００７】したがって、これらの光ＰＬＬを位相感応
光増幅器の励起光源として用いると、励起光と信号光の
光位相差がπ／２〔rad 〕の状態で同期される。位相感
応光増幅器では、信号光を増幅する際に励起光と信号光
の位相差が０〔rad 〕またはπ〔rad 〕の状態で同期さ
せる必要がある。
光増幅器の励起光源として用いると、励起光と信号光の
光位相差がπ／２〔rad 〕の状態で同期される。位相感
応光増幅器では、信号光を増幅する際に励起光と信号光
の位相差が０〔rad 〕またはπ〔rad 〕の状態で同期さ
せる必要がある。
【０００８】本発明は、励起光と信号光の光位相差が０
〔rad 〕またはπ〔rad 〕の状態で同期させることがで
きる光ＰＬＬを実現し、位相感応光増幅部における低雑
音光増幅を可能にする光増幅器を提供することを目的と
する。
〔rad 〕またはπ〔rad 〕の状態で同期させることがで
きる光ＰＬＬを実現し、位相感応光増幅部における低雑
音光増幅を可能にする光増幅器を提供することを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の光増幅
器に用いる光ＰＬＬの第１の基本構成を示す。図におい
て、クロック周波数ｆrep でディジタル変調された信号
光は、光分波器１０でその一部が分岐されて参照信号抽
出回路１１に入力され、クロック周波数ｆrep の電気信
号が参照信号として出力される。光分波器１０を通過し
た信号光は、位相感応光増幅部１２の光合波器１３に入
力される。光合波器１３では、励起光源１４から出力さ
れる励起光と信号光が合波される。この合波光の一部
は、光分波器１５を介して光ＰＬＬに分岐される。
器に用いる光ＰＬＬの第１の基本構成を示す。図におい
て、クロック周波数ｆrep でディジタル変調された信号
光は、光分波器１０でその一部が分岐されて参照信号抽
出回路１１に入力され、クロック周波数ｆrep の電気信
号が参照信号として出力される。光分波器１０を通過し
た信号光は、位相感応光増幅部１２の光合波器１３に入
力される。光合波器１３では、励起光源１４から出力さ
れる励起光と信号光が合波される。この合波光の一部
は、光分波器１５を介して光ＰＬＬに分岐される。
【００１０】光分波器１５で分岐された合波光は光電変
換器１６で電気信号に変換され、信号光と励起光のビー
ト成分が検出される。フィルタ回路１７は、この電気信
号からクロック周波数ｆrep 成分のみを抽出し、信号光
のサイドバンド成分と励起光のビート成分を位相誤差情
報信号として出力する。遅延回路１８は、位相誤差情報
信号の伝達遅延を調整する。位相比較器１９は、遅延回
路１８から出力される位相誤差情報信号と、参照信号抽
出回路１１から出力される参照信号を入力し、その位相
を比較して位相誤差信号を出力する。光周波数制御回路
２０は、その位相誤差信号を励起光源１４に帰還してそ
の発振周波数を制御し、励起光の光位相を信号光の光位
相に同期させる。
換器１６で電気信号に変換され、信号光と励起光のビー
ト成分が検出される。フィルタ回路１７は、この電気信
号からクロック周波数ｆrep 成分のみを抽出し、信号光
のサイドバンド成分と励起光のビート成分を位相誤差情
報信号として出力する。遅延回路１８は、位相誤差情報
信号の伝達遅延を調整する。位相比較器１９は、遅延回
路１８から出力される位相誤差情報信号と、参照信号抽
出回路１１から出力される参照信号を入力し、その位相
を比較して位相誤差信号を出力する。光周波数制御回路
２０は、その位相誤差信号を励起光源１４に帰還してそ
の発振周波数を制御し、励起光の光位相を信号光の光位
相に同期させる。
【００１１】以上の動作を理論的に説明する。励起光Ｅ
1 、信号光Ｅ2 は、 Ｅ1 ＝｜Ｅ1｜exp(i(ω1t＋θ1)) …(1) Ｅ2 ＝Σ｜Ｅ2,n｜exp(i((ω2t＋ｎωrep)t＋θ2)) …(2) と記述する。ここで、ω1 ，ω2 は、励起光および信号
光の光角周波数、ωrep（＝２πｆrep ) は信号光のク
ロック角周波数、θ1 , θ2 は励起光および信号光の光
位相である。信号光のクロック角周波数成分の電気信号
成分は Ｉref ∝ sin(ωrep t) …(3) であり、参照信号として参照信号抽出回路１１で抽出さ
れる。
1 、信号光Ｅ2 は、 Ｅ1 ＝｜Ｅ1｜exp(i(ω1t＋θ1)) …(1) Ｅ2 ＝Σ｜Ｅ2,n｜exp(i((ω2t＋ｎωrep)t＋θ2)) …(2) と記述する。ここで、ω1 ，ω2 は、励起光および信号
光の光角周波数、ωrep（＝２πｆrep ) は信号光のク
ロック角周波数、θ1 , θ2 は励起光および信号光の光
位相である。信号光のクロック角周波数成分の電気信号
成分は Ｉref ∝ sin(ωrep t) …(3) であり、参照信号として参照信号抽出回路１１で抽出さ
れる。
【００１２】励起光Ｅ1 と信号光Ｅ2 が光合波器１３で
合波され、合波光は、
合波され、合波光は、
【００１３】
【数１】
【００１４】となり、位相感応光増幅部１２に入力され
る。この合波光の一方を光分波器１５で分岐し、光電変
換器１６で光電変換すると、 Ｉerr1∝｜Ｅ1｜2＋Σ｜Ｅ2,n｜2 ＋２Ｅ1ΣＥ2,n cos((ω1−(ω2＋ｎωrep))t＋θ1−θ2) …(6) が得られる。続いて、光電変換器１６の出力をフィルタ
回路１７を介してωrep成分のみを通過させると、その
出力は、 Ｉerr2∝cos(ωrepｔ＋θ1−θ2) …(7) となる。ここで、ω1 ≒ω2 と仮定し、遅延回路１８で
遅延時間を制御すると、位相検出器１９への入力は、 Ｉerr3∝sin(ωrepｔ＋θ1−θ2) …(8) となる。この信号と式(3) の参照信号が位相検出器１９
に入力されると、 Ｉerr4∝ sin(θ1−θ2) …(9) の位相誤差信号が得られる。
る。この合波光の一方を光分波器１５で分岐し、光電変
換器１６で光電変換すると、 Ｉerr1∝｜Ｅ1｜2＋Σ｜Ｅ2,n｜2 ＋２Ｅ1ΣＥ2,n cos((ω1−(ω2＋ｎωrep))t＋θ1−θ2) …(6) が得られる。続いて、光電変換器１６の出力をフィルタ
回路１７を介してωrep成分のみを通過させると、その
出力は、 Ｉerr2∝cos(ωrepｔ＋θ1−θ2) …(7) となる。ここで、ω1 ≒ω2 と仮定し、遅延回路１８で
遅延時間を制御すると、位相検出器１９への入力は、 Ｉerr3∝sin(ωrepｔ＋θ1−θ2) …(8) となる。この信号と式(3) の参照信号が位相検出器１９
に入力されると、 Ｉerr4∝ sin(θ1−θ2) …(9) の位相誤差信号が得られる。
【００１５】なお、遅延回路１８における遅延時間は、
位相検出器１９に入力される直前で式(3) と式(8) の状
態が実現されるように予め決めており、信号光位相θ1
と励起光位相θ2 の光位相差が０の場合に位相誤差信号
出力も０となるように設定される。
位相検出器１９に入力される直前で式(3) と式(8) の状
態が実現されるように予め決めており、信号光位相θ1
と励起光位相θ2 の光位相差が０の場合に位相誤差信号
出力も０となるように設定される。
【００１６】位相検出器１９の出力を励起光源１４に帰
還して励起光の光周波数を制御すると、励起光の光位相
θ1 は、
還して励起光の光周波数を制御すると、励起光の光位相
θ1 は、
【００１７】
【数２】
【００１８】の関係式に基づいて制御される。すなわ
ち、信号光Ｅ2 の光位相θ2 との位相差が０になると、
励起光源１４への位相誤差信号の入力がなくなり、信号
光との位相同期が達成される。
ち、信号光Ｅ2 の光位相θ2 との位相差が０になると、
励起光源１４への位相誤差信号の入力がなくなり、信号
光との位相同期が達成される。
【００１９】図２は、本発明の光増幅器に用いる光ＰＬ
Ｌの第２の基本構成を示す。本構成の特徴は、位相感応
光増幅部１２’の光合波器１３から出力される２つの合
波光の一部をそれぞれ光分波器１５−１，１５−２で分
岐し、位相誤差情報検出手段１’の光電変換器１６−
１，１６−２にそれぞれ入力し、その出力を差動増幅器
２３を介してフィルタ回路１７に与えるところにある。
光ＰＬＬの基本的な動作は図１の構成と同様である。
Ｌの第２の基本構成を示す。本構成の特徴は、位相感応
光増幅部１２’の光合波器１３から出力される２つの合
波光の一部をそれぞれ光分波器１５−１，１５−２で分
岐し、位相誤差情報検出手段１’の光電変換器１６−
１，１６−２にそれぞれ入力し、その出力を差動増幅器
２３を介してフィルタ回路１７に与えるところにある。
光ＰＬＬの基本的な動作は図１の構成と同様である。
【００２０】図３は、位相感応光増幅部１２の基本構成
を示す。図４は、位相感応光増幅部１２’の基本構成を
示す。本構成は、非線形光学媒質を含む非線形マッハツ
ェンダ干渉計を示す。すなわち、光合波器１３から出力
される式(4),(5) に示す２つの合波光は、それぞれ非線
形光学媒質２１−１，２１−２に入力され、励起光パワ
ーが非線形光学過程により信号光に移って信号光が増幅
される。各非線形光学媒質の出力光は、光合波器２２で
合波されて出力される。
を示す。図４は、位相感応光増幅部１２’の基本構成を
示す。本構成は、非線形光学媒質を含む非線形マッハツ
ェンダ干渉計を示す。すなわち、光合波器１３から出力
される式(4),(5) に示す２つの合波光は、それぞれ非線
形光学媒質２１−１，２１−２に入力され、励起光パワ
ーが非線形光学過程により信号光に移って信号光が増幅
される。各非線形光学媒質の出力光は、光合波器２２で
合波されて出力される。
【００２１】非線形光学媒質２１−１，２１−２の出力
は、
は、
【００２２】
【数３】
【００２３】である。ここで、Ｌは非線形光学媒質２１
−１，２１−２の長さ、ｎ2 は非線形光学媒質の非線形
係数、λは励起光波長である。以上の結果、非線形マッ
ハツェンダ干渉計の信号出力ポートでは、
−１，２１−２の長さ、ｎ2 は非線形光学媒質の非線形
係数、λは励起光波長である。以上の結果、非線形マッ
ハツェンダ干渉計の信号出力ポートでは、
【００２４】
【数４】
【００２５】となる。ここで、θ(t) は励起光と信号光
の光位相差であり、θ(t) ＝θ1−θ2である。これから
もわかるように、本構成の光増幅器は、励起光と信号光
の光位相差θ(t) に依存した利得を与える。この特性が
従来のレーザ増幅、ラマン増幅等の技術では達成できな
かった低雑音光増幅を実現している。
の光位相差であり、θ(t) ＝θ1−θ2である。これから
もわかるように、本構成の光増幅器は、励起光と信号光
の光位相差θ(t) に依存した利得を与える。この特性が
従来のレーザ増幅、ラマン増幅等の技術では達成できな
かった低雑音光増幅を実現している。
【００２６】このように、位相感応光増幅部１２では、
励起光と信号光の光位相差に依存した利得を与える特性
を有するので、仮に光ＰＬＬが存在しないと、励起光と
信号光の光位相が同期せずθ(t) が変化し、信号光出力
の強度が安定しない。
励起光と信号光の光位相差に依存した利得を与える特性
を有するので、仮に光ＰＬＬが存在しないと、励起光と
信号光の光位相が同期せずθ(t) が変化し、信号光出力
の強度が安定しない。
【００２７】一方、本発明の光ＰＬＬにより励起光と信
号光の位相同期が達成され、θ(t)＝０となると、
号光の位相同期が達成され、θ(t)＝０となると、
【００２８】
【数５】
【００２９】となり、信号光の安定な光増幅が達成さ
れ、低雑音光増幅器を構成できる。
れ、低雑音光増幅器を構成できる。
【００３０】
（第１の実施形態）図５は、本発明の光増幅器の第１の
実施形態を示す。
実施形態を示す。
【００３１】なお、信号光は光伝送において有利な1.55
μｍとし、クロック周波数ｆrep でディジタル変調され
ているものとする。図において、励起光源３１は電源３
２により駆動され、外部から入力される信号光の光位相
に同期しかつ同一波長の励起光を発生する。この励起光
と信号光は位相感応光増幅部３３に入力され、その合波
光が光電変換器として用いられる半導体フォトダイオー
ド（ＰＤ）３４に入力される。ＰＤ３４から出力される
電気信号は帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３５に入力さ
れ、信号光のクロック周波数ｆ rep 成分のみが抽出さ
れ、位相誤差情報信号として出力される。この位相誤差
情報信号は増幅器３６で増幅され、遅延回路３７で所定
の遅延が与えられる。
μｍとし、クロック周波数ｆrep でディジタル変調され
ているものとする。図において、励起光源３１は電源３
２により駆動され、外部から入力される信号光の光位相
に同期しかつ同一波長の励起光を発生する。この励起光
と信号光は位相感応光増幅部３３に入力され、その合波
光が光電変換器として用いられる半導体フォトダイオー
ド（ＰＤ）３４に入力される。ＰＤ３４から出力される
電気信号は帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３５に入力さ
れ、信号光のクロック周波数ｆ rep 成分のみが抽出さ
れ、位相誤差情報信号として出力される。この位相誤差
情報信号は増幅器３６で増幅され、遅延回路３７で所定
の遅延が与えられる。
【００３２】一方、信号光は、光分波器３８を介してそ
の一部が分岐され、参照信号抽出回路３９に入力されて
信号光中のクロック信号成分が参照信号して出力され
る。この参照信号と遅延回路３７から出力される位相誤
差情報信号は位相検出器４０に入力され、励起光源３１
にフィードバックする位相誤差信号が生成される。この
位相誤差信号は、低域周波数のみを通過する低域通過フ
ィルタ（ＬＰＦ）４１とその出力を増幅する増幅器４２
を介して励起光源３１に入力される。
の一部が分岐され、参照信号抽出回路３９に入力されて
信号光中のクロック信号成分が参照信号して出力され
る。この参照信号と遅延回路３７から出力される位相誤
差情報信号は位相検出器４０に入力され、励起光源３１
にフィードバックする位相誤差信号が生成される。この
位相誤差信号は、低域周波数のみを通過する低域通過フ
ィルタ（ＬＰＦ）４１とその出力を増幅する増幅器４２
を介して励起光源３１に入力される。
【００３３】位相感応光増幅部３３は、ここでは非線形
サニュック干渉計の構成を示す。すなわち、励起光と信
号光を合波して２ポートに出力する光合分波器４３と、
合波光の一部を分岐する光分波器４４と、光合分波器４
３の２ポートをループ状に接続する偏波保持ガラスファ
イバ４５と、光サーキュレータ４６，４７とにより構成
される。なお、光合分波器４３で合波された励起光と信
号光は、右回りと左回りに分かれて偏波保持ガラスファ
イバ４５を伝搬して再び光合分波器４３に戻る。そこで
増幅された信号光成分は、信号光の入力側に向かって伝
搬し、光サーキュレータ４６で分離される。この非線形
サニュック干渉計は、機能的には非線形マッハツェンダ
干渉計と同じである。
サニュック干渉計の構成を示す。すなわち、励起光と信
号光を合波して２ポートに出力する光合分波器４３と、
合波光の一部を分岐する光分波器４４と、光合分波器４
３の２ポートをループ状に接続する偏波保持ガラスファ
イバ４５と、光サーキュレータ４６，４７とにより構成
される。なお、光合分波器４３で合波された励起光と信
号光は、右回りと左回りに分かれて偏波保持ガラスファ
イバ４５を伝搬して再び光合分波器４３に戻る。そこで
増幅された信号光成分は、信号光の入力側に向かって伝
搬し、光サーキュレータ４６で分離される。この非線形
サニュック干渉計は、機能的には非線形マッハツェンダ
干渉計と同じである。
【００３４】図７は、励起光源３１の構成を示す。励起
光は、高出力レーザ光源５１と、エルビウム添加ガラス
等を用いたレーザ増幅媒質５２と、光ＰＬＬの位相誤差
信号を入力してレーザ共振器の実効長を変化させる光位
相変調器５３とにより生成される。
光は、高出力レーザ光源５１と、エルビウム添加ガラス
等を用いたレーザ増幅媒質５２と、光ＰＬＬの位相誤差
信号を入力してレーザ共振器の実効長を変化させる光位
相変調器５３とにより生成される。
【００３５】ここでは励起光源３１として、エルビウム
添加ガラスレーザと光位相変調器を集積化した光源を用
いており、２Ｗの高出力と10ｋHz前後の狭発振線幅を実
現している。位相誤差信号は、集積化された光位相変調
器５３に帰還される。一方、信号光の線幅は 100ｋHz前
後であり、平均パワーは10μＷである。これを励起光と
共に位相感応光増幅部３３に入力する。
添加ガラスレーザと光位相変調器を集積化した光源を用
いており、２Ｗの高出力と10ｋHz前後の狭発振線幅を実
現している。位相誤差信号は、集積化された光位相変調
器５３に帰還される。一方、信号光の線幅は 100ｋHz前
後であり、平均パワーは10μＷである。これを励起光と
共に位相感応光増幅部３３に入力する。
【００３６】位相感応光増幅部３３を構成する非線形サ
ニュック干渉計では励起光と信号光が合波され、ファイ
バ中にある光分波器４４で 100分の１の光パワーがそれ
ぞれ分波される。この合波光を半導体フォトダイオード
３４またはバランスド受光器４８に入力し、電気信号の
位相誤差情報信号に変換される。ここで、フォトダイオ
ードの量子効率が70％で、その出力インピーダンスが50
Ωであるとする。その出力のうち周波数ｆrep 近傍以外
の周波数成分については帯域通過フィルタ３５で除去
し、増幅器３６で20dBｍ増加する。その後、遅延回路３
７で遅延を制御し、位相検出器４０で位相誤差を検出す
る。その位相誤差信号のＤＣ〜数百ＭHz程度の周波数成
分のみを低域通過フィルタ４１を介して取り出し、それ
を増幅器４２で最大出力４Ｖ程度までに増幅して励起光
源３１中の光位相変調器５３に帰還する。
ニュック干渉計では励起光と信号光が合波され、ファイ
バ中にある光分波器４４で 100分の１の光パワーがそれ
ぞれ分波される。この合波光を半導体フォトダイオード
３４またはバランスド受光器４８に入力し、電気信号の
位相誤差情報信号に変換される。ここで、フォトダイオ
ードの量子効率が70％で、その出力インピーダンスが50
Ωであるとする。その出力のうち周波数ｆrep 近傍以外
の周波数成分については帯域通過フィルタ３５で除去
し、増幅器３６で20dBｍ増加する。その後、遅延回路３
７で遅延を制御し、位相検出器４０で位相誤差を検出す
る。その位相誤差信号のＤＣ〜数百ＭHz程度の周波数成
分のみを低域通過フィルタ４１を介して取り出し、それ
を増幅器４２で最大出力４Ｖ程度までに増幅して励起光
源３１中の光位相変調器５３に帰還する。
【００３７】図７に示す励起光源３１は、共振器長の環
境温度変化による変動はほとんどないため、発振光周波
数変動も少なく安定である。ここで、レーザ共振器中の
LiNbO3位相変調器の半波長電圧は 3.5Ｖである。そのた
め、仮に信号光の位相が進み、位相誤差信号電圧が 3.5
Ｖとなった場合、レーザ共振器の実効長が発振波長λの
１／２だけ短くなり、レーザ発振光周波数δνは、 δν＝−2.50×1020λ／２ｍ ＝−2.50×1020×(−1.55×10-6/(2×154800)) ＝1.25×109 〔Hz〕 だけ変化する。ここで、ｍは発振縦モード次数であり、
共振器長を８ｃｍ、ガラスの屈折率を1.5 と仮定する
と、ｍ＝154,800 である。これにより、信号光と励起光
との光位相同期が達成され、低雑音光増幅が達成され
る。
境温度変化による変動はほとんどないため、発振光周波
数変動も少なく安定である。ここで、レーザ共振器中の
LiNbO3位相変調器の半波長電圧は 3.5Ｖである。そのた
め、仮に信号光の位相が進み、位相誤差信号電圧が 3.5
Ｖとなった場合、レーザ共振器の実効長が発振波長λの
１／２だけ短くなり、レーザ発振光周波数δνは、 δν＝−2.50×1020λ／２ｍ ＝−2.50×1020×(−1.55×10-6/(2×154800)) ＝1.25×109 〔Hz〕 だけ変化する。ここで、ｍは発振縦モード次数であり、
共振器長を８ｃｍ、ガラスの屈折率を1.5 と仮定する
と、ｍ＝154,800 である。これにより、信号光と励起光
との光位相同期が達成され、低雑音光増幅が達成され
る。
【００３８】また、非線形サニュック干渉計に用いられ
る偏波保持ガラスファイバの長さは３ｋｍである。この
場合、信号光の利得Ｇは、式(14)より、 Ｇ＝10log(1＋2π(L/λ)n2｜E1｜2＝22.3〔dB〕 となり、20dB程度の利得が得られる。ここで、偏波保持
ガラスファイバの非線形係数ｎ2 は2.67×10-20ｍ2／
Ｗ、励起光強度１Ｗのパワーが偏波保持ガラスファイバ
の50μｍ2 の領域を伝搬すると仮定し、｜E1｜2 ＝４×
1010Ｗ／ｍ2 であるとした。
る偏波保持ガラスファイバの長さは３ｋｍである。この
場合、信号光の利得Ｇは、式(14)より、 Ｇ＝10log(1＋2π(L/λ)n2｜E1｜2＝22.3〔dB〕 となり、20dB程度の利得が得られる。ここで、偏波保持
ガラスファイバの非線形係数ｎ2 は2.67×10-20ｍ2／
Ｗ、励起光強度１Ｗのパワーが偏波保持ガラスファイバ
の50μｍ2 の領域を伝搬すると仮定し、｜E1｜2 ＝４×
1010Ｗ／ｍ2 であるとした。
【００３９】（第２の実施形態）図６は、本発明の光増
幅器の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、位
相感応光増幅部３３’の光合分波器４３から出力される
右回りと左回りの合波光の一部をそれぞれ光分波器４４
−１，４４−２で分岐し、バランスド受光器４８に入力
し、その出力を帯域通過フィルタ３５に入力させるとこ
ろにある。光ＰＬＬの基本的な動作は第１の実施形態と
同様である。
幅器の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、位
相感応光増幅部３３’の光合分波器４３から出力される
右回りと左回りの合波光の一部をそれぞれ光分波器４４
−１，４４−２で分岐し、バランスド受光器４８に入力
し、その出力を帯域通過フィルタ３５に入力させるとこ
ろにある。光ＰＬＬの基本的な動作は第１の実施形態と
同様である。
【００４０】（第３の実施形態）図５に示す第１の実施
形態または図６に示す第２の実施形態の構成において、
位相検出器４０の代わりにミキサを用いることができ
る。位相誤差信号の検出動作および光増幅特性は各実施
形態と同じである。
形態または図６に示す第２の実施形態の構成において、
位相検出器４０の代わりにミキサを用いることができ
る。位相誤差信号の検出動作および光増幅特性は各実施
形態と同じである。
【００４１】（励起光源の他の構成）図８は、励起光源
３１の他の構成を示す。ここに示す励起光源は、外部共
振器構造の半導体レーザ光源である。半導体レーザ増幅
媒質６１、光位相変調器６２、発振方向を決める光アイ
ソレータ６３、光フィルタ６４により構成される半導体
リングレーザと、励起光をさらに増幅するためのエルビ
ウム添加ファイバ増幅器６５とにより構成される。
３１の他の構成を示す。ここに示す励起光源は、外部共
振器構造の半導体レーザ光源である。半導体レーザ増幅
媒質６１、光位相変調器６２、発振方向を決める光アイ
ソレータ６３、光フィルタ６４により構成される半導体
リングレーザと、励起光をさらに増幅するためのエルビ
ウム添加ファイバ増幅器６５とにより構成される。
【００４２】半導体レーザ増幅媒質６１の長さは 600μ
ｍ、リング共振器長は10ｃｍで、光位相変調器６２の半
波長電圧は 3.5Ｖである。ここで、仮に 3.5Ｖの位相誤
差信号が光位相変調器６２に帰還された場合、半導体レ
ーザ光源の発振周波数δνは、発振縦モード次数ｍを14
7,000 とすると、 δν＝−2.50×1020λ／２ｍ ＝1.32×109 〔Hz〕 だけ変化する。これにより、信号光と励起光の光位相が
同期され、安定に信号光を増幅できる。半導体リングレ
ーザの出力は20ｍＷであるが、エルビウム添加ファイバ
増幅器６５で１Ｗまで増幅され、これが位相感応光増幅
部３３の励起光として用いられる。
ｍ、リング共振器長は10ｃｍで、光位相変調器６２の半
波長電圧は 3.5Ｖである。ここで、仮に 3.5Ｖの位相誤
差信号が光位相変調器６２に帰還された場合、半導体レ
ーザ光源の発振周波数δνは、発振縦モード次数ｍを14
7,000 とすると、 δν＝−2.50×1020λ／２ｍ ＝1.32×109 〔Hz〕 だけ変化する。これにより、信号光と励起光の光位相が
同期され、安定に信号光を増幅できる。半導体リングレ
ーザの出力は20ｍＷであるが、エルビウム添加ファイバ
増幅器６５で１Ｗまで増幅され、これが位相感応光増幅
部３３の励起光として用いられる。
【００４３】なお、半導体レーザ光源の共振器長が10ｃ
ｍと長いために、発振光の光周波数の安定性に優れ、発
振線幅は数十ｋHzにまで狭窄化することができる。しか
し、雑音レベルは図７に示したものに比べて20dB以上大
きいので、信号光に対する増幅器の雑音特性は劣化す
る。
ｍと長いために、発振光の光周波数の安定性に優れ、発
振線幅は数十ｋHzにまで狭窄化することができる。しか
し、雑音レベルは図７に示したものに比べて20dB以上大
きいので、信号光に対する増幅器の雑音特性は劣化す
る。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
は、励起光と信号光の光位相差を０〔rad 〕またはπ
〔rad 〕の状態で同期させる光ＰＬＬを実現することが
できる。したがって、励起光と信号光の光位相に依存し
た利得を与える位相感応光増幅器の動作を安定化させる
ことができ、低雑音光増幅動作が可能となる。
は、励起光と信号光の光位相差を０〔rad 〕またはπ
〔rad 〕の状態で同期させる光ＰＬＬを実現することが
できる。したがって、励起光と信号光の光位相に依存し
た利得を与える位相感応光増幅器の動作を安定化させる
ことができ、低雑音光増幅動作が可能となる。
【図１】本発明の光増幅器に用いる光ＰＬＬの第１の基
本構成を示すブロック図。
本構成を示すブロック図。
【図２】本発明の光増幅器に用いる光ＰＬＬの第２の基
本構成を示すブロック図。
本構成を示すブロック図。
【図３】位相感応光増幅部１２の基本構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図４】位相感応光増幅部１２’の基本構成を示すブロ
ック図。
ック図。
【図５】本発明の光増幅器の第１の実施形態を示すブロ
ック図。
ック図。
【図６】本発明の光増幅器の第２の実施形態を示すブロ
ック図。
ック図。
【図７】励起光源３１の構成を示すブロック図。
【図８】励起光源３１の他の構成を示すブロック図。
１０，１５，３８，４４ 光分波器 １１，３９ 参照信号抽出回路 １２，３３ 位相感応光増幅部 １３，２２ 光合波器 １４，３１ 励起光源 １６ 光電変換器 １７ フィルタ回路 １８，３７ 遅延回路 １９，４０ 位相検出器 ２０ 光周波数制御回路 ２１ 非線形光学媒質 ２３ 差動増幅器 ３２ 電源 ３４ 半導体フォトダイオード（ＰＤ） ３５ 帯域通過フィルタ（ＢＰＦ） ３６，４２ 増幅器 ４１ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ） ４３ 光合分波器 ４５ 偏波保持ガラスファイバ ４６，４７ 光サーキュレータ ４８ バランスド受光器 ５１ 高出力レーザ光源 ５２ レーザ増幅媒質 ５３ 光位相変調器 ６１ 半導体レーザ増幅媒質 ６２ 光位相変調器 ６３ 光アイソレータ ６４ 光フィルタ ６５ エルビウム添加ファイバ増幅器
Claims (3)
- 【請求項１】 励起光を発生する励起光源と、 クロック周波数ｆrep でディジタル変調された信号光と
前記励起光を入力し、信号光を増幅する位相感応光増幅
部と、 前記励起光の光位相を前記信号光の光位相に同期させる
光位相同期ループとを備えた光増幅器において、 前記光位相同期ループは、 前記信号光と前記励起光の合波光を受光し、前記信号光
と前記励起光のビート成分のうち前記クロック周波数ｆ
rep 成分を位相誤差情報信号として出力する位相誤差情
報検出手段と、 前記信号光から前記クロック周波数ｆrep の電気信号を
参照信号として抽出する参照信号抽出回路と、 前記位相誤差情報信号と前記参照信号の位相を比較し、
その位相誤差信号を前記励起光源に帰還して発振周波数
を制御する位相比較手段とを備えたことを特徴とする光
増幅器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光増幅器において、 位相誤差情報検出手段は、信号光と励起光を合波しその
合波光の一部を分岐する光回路と、前記合波光を受光し
て前記信号光と前記励起光のビート成分を電気信号に変
換する光電変換器と、前記電気信号から前記クロック周
波数ｆrep 成分のみを抽出し、前記信号光のサイドバン
ド成分と前記励起光のビート成分を位相誤差情報信号と
して出力するフィルタ回路と、前記位相誤差情報信号の
伝達遅延を調整する遅延回路とを備え、 前記位相比較手段は、前記遅延回路から出力される前記
位相誤差情報信号と前記参照信号の位相を比較し、その
ＤＣ成分の位相誤差信号を出力する位相検出器と、前記
位相誤差信号を前記励起光源に帰還してその発振周波数
を制御する光周波数制御回路とを備えたことを特徴とす
る光増幅器。 - 【請求項３】 請求項２に記載の光増幅器において、 位相検出器としてミキサを用いることを特徴とする光増
幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15403497A JPH114036A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15403497A JPH114036A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | 光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH114036A true JPH114036A (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=15575473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15403497A Pending JPH114036A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | 光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH114036A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800996A (en) * | 1986-08-06 | 1989-01-31 | Valeo | Clutch unit for motor vehicle |
| JP2001133818A (ja) * | 1999-11-02 | 2001-05-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布光増幅システムおよび分布光増幅方法 |
| JP2014521219A (ja) * | 2011-07-11 | 2014-08-25 | エコール ポリテクニク | 増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイス及び受動的方法 |
-
1997
- 1997-06-11 JP JP15403497A patent/JPH114036A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800996A (en) * | 1986-08-06 | 1989-01-31 | Valeo | Clutch unit for motor vehicle |
| JP2001133818A (ja) * | 1999-11-02 | 2001-05-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布光増幅システムおよび分布光増幅方法 |
| JP2014521219A (ja) * | 2011-07-11 | 2014-08-25 | エコール ポリテクニク | 増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイス及び受動的方法 |
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