JPS63307435A - 光信号増幅方法 - 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） 本発明は、光ファイバの誘導ブリユアン効果を用いて信
号光を光フアイバ内で増幅する光信号増幅方法に関する
。

（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（
ｊｎｅｅｒｉｎｇ）、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がら励起入力
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
あり、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は、次式で表される。

Ｇ　＝ｅＸ　ｐ　（ｇ　ａ　−Ｌ−Ｌｅ　−＋。

Ａ　　　　　　　　　　　　、）　　　（１１１−ｅ−
ｅＸＡ Ｌ　ｅ　＝　−（２１ α ただし、ｇＢはピークの誘導ブリユアン利得係数（４，
６Ｘ１０−”　／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、ｆＢ（υ）はブリユアン
利得帯域、ｆｐ（υ）は励起光の帯域、αは光ファイバ
の伝送損失、困はファイバ長である。ここで、Ｌｅ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。

また、このときのブリユアン増幅の帯域はｆ、（υ）■
ｆａ（υ）で与えられる。

（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信号増幅では、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ＬＯＯＭＨｚ程度以下で狭い、このために
、ビットレートが数１０Ｍｂ／ｓ以上の信号光を増幅す
ると波形歪みが生じてしまうという欠点があった。また
、信号光の周波数がブリユアン利得帯域内に含まれる様
にするために、信号光及び励起光の周波数を数ＭＨｚ程
度以上の極めて高い精度で制御しなければならなかった
。

この問題を解決するために励起光源を周波数変調してブ
リユアン増幅の帯域を増加させるという方法が１９８６
年２月２５日米国アトランタで開催された国際会議オプ
ティカル・ファイバ・コミュニケーション’８６　（Ｏ
ＦＣ’８６）　ＰＤＰ６でオルソンとファン・デア・ツ
イールが発表した論文“ファイバ・ブリユアン・アンブ
リファイア・ウィズ・エレクトロニカリイ・コンドロー
ルド・バンドウィドウス”　　（Ｎ、Ａ、０１ｓｓｏｎ
　ａｎｄ　Ｊ、Ｐ、ｖａｎ　ｄｅｒ　Ｚｉｅｌ“Ｆｉｂ
ｅｒＢｒｉｌｆｏｕｉｎ　ＡｍＰ目ｆｉｅｒ　ｗｉｔｈ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅ
ｄ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ″）中にのべられている。この
論文では励起光源を正弦波で周波数変調する方法が述べ
られているが、この場合ブリユアン増幅帯域内の利得が
必ずしも均一にならずブリユアン増幅した信号光に波形
歪が生じる場合があった。

本発明の目的は、以上述べたような従来の欠点を除去し
、従来に比べて利得帯域幅が広くしかも帯域内で利得が
均一な光信号増幅方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光信号増幅方法は、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、光ファ
イバの誘導ブリユアン効果によって信号光を増幅する光
信号増幅方法において励起光として変調指数ｍが０．６
から０．７の範囲の二値周波数偏移変調された光を用い
ることにより実現される。この方法の実現は、光ファイ
バとこの光ファイバに信号光を入射させる手段と励起光
源とこの励起光源からの励起光を信号光と逆方向に伝搬
するように光ファイバに入射させる手段と、誘導ブリユ
アン増幅された信号光を励起光と分離して取り出す手段
を含む光信号増幅装置に、励起光源を変調指数ｍが０．
６から０．７の範囲で二値周波数偏移変調する変調部を
加えることにより可能となる。

（作用） 本発明の光信号増幅方法では励起光源を二値周波数偏移
変調し励起光としている。この場合、二値周波数偏移変
調の変調指数ｍによって励起光のスペク・トルが変化す
る。第２図（＆）、（、ｂ）は二値周波数偏移変調信号
のスペクトルの・変調指数ｍ依存性を示した図であ、る
、この図・からも明らかなように変調指数ｍが′０，６
から（１７・の範囲では二値周波数偏移変調信号のスペ
クトルは帯域内でほぼフラッＩ・である、このような二
値周波数−偏移変調光を励起光として用いれば、帯域内
でほぼ均一な利得をもつブリユアン増幅を実現すること
ができる。

たとえば二値周波数偏移変調のとットレイトとブリユア
ン帯域幅を比較したとき、ビットレイトのほうが十分に
大きい場合にはブリユアン増幅の帯域はほぼビットレイ
トで決まる。たとえばｍ＝０．６５とするとブリユアン
増幅の帯域はほぼビットレイトと等しい周波数幅をもち
、その帯域内での利得はほぼ一定となる。この帯域が信
号帯域をカバーしていれば、歪みなく信号を増幅するこ
とができる；これに対して変調指数ｍが０．８以上のと
き（第２図（ｂ）参照）は、二値周波数偏移変調信号の
スペクトルにピークがあられれこれにより均−な信号の
増幅を実現することができなくなる。

（実施例） 次に、図面を参照して本発明の光信号増幅方法およびそ
れを実施するための装置について詳細に説明する。

第１図に本発明の光信号増幅方法の第一の実施例に用い
られる光信号増幅装置を示す、第１図において、信号光
源１は、発振波長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ分布帰還型半導体レーザ、レンズ２１．２２はいずれ
も先球セルフォックレンズ、光ファイバ３は、コア径が
１０μｍ、ファイバ長が１００−１波長１．３μｍ帯で
の伝送損失が０．３８ｄＢ／ｋｍの単一モード光ファイ
バ、方向性結合器４は分岐比が１対１である単一モード
光ファイバカップラ、外部変調器６１はＬｉＮｂＯ３光
強度変調器を用いている。また、励起光源５は、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザであり、その出力パワー
は約５０ｎｌであった。この励起光源５は変調部６から
のＩＧｂ／ｓの２４−１のＭ系列信号で二値周波数偏移
変調されている。この二値周波数偏移変調は、励起光源
５の注入電流を変調することにより実現されておりその
変調指数は０．６５であった。

この実施例において、信号光源１から出射された信号光
はＬｉＮｂＯ３光強度変調器６１の電気信号入力端子６
２に印加された４０ＱＭｂ／ｓの２値符号電気パルスに
よって４００Ｍｂ／ｓで強度変調されている。そして、
その後に先球セルフォックレンズ２２によって単一モー
ド光ファイバ３に結合されている。一方、励起光源５か
ら出射された励起光は単一モード光ファイバカップラか
らなる方向性結合器４を通じて単一モード光ファイバ３
に入力されている。ここで、励起入力パワーはｌ１ｍ　
Ｗであった。

そして、単一モード光ファイバ３内の誘導ブリユアン効
果によって増幅された信号光は単一モード光ファイバカ
ップラ４によって取り出されている。

本実施例では励起光源５をＩＧｂ／ｓで二値周波数偏移
変調しておりこれによりブリユアン増幅の実効利得帯域
幅は約ＩＧＨｚとなった。またそのときの増幅利得は約
２５ｄＢであり、帯域内ではほぼフラットな増幅特性を
示しな、これにより、この実施例ではｌｏＯＭｂ／ｓの
信号光をほとんど波形歪みを生ずることなく増幅できた
。さらに、信号光源及び励起光源の雰囲気温度を０．０
０５℃以内に制御することにより長時間に渡って安定に
信号光を増幅させることができた。

一方、これと比較するために、従来のように単−縦モー
ド発振する半導体レーザを無調整で励起光源５として用
い、４００Ｍｂ／Ｓの信号光を増幅したところ、光通信
応用においては許容できない程の大きな波形歪みが観測
された。

第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのブロッ
ク図である０本実施例では２波長の多重信号をブリユア
ン増幅している。２波長多重のために、第１図に示した
第１の実施例の構成に第２の信号光源２、レンズ２３．
２４、第２の外部変調器６３としてのＬｉＮｂＯ３光強
度変調器とその電気信号入力端子６４．２波長合波のた
めの光カップラ８が付加されている。ここで第２の信号
光源２も１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還
型半導体レーザでありレンズ２３．２４は先球セルフォ
ックレンズである。

その池の構成は第１の実施例と同様である。

本実施例では第１の信号光源１と第２の信号光源２の発
振周波数差はＩＧＨｚに保たれておりそれぞれの出力光
はそれぞれ第１、第２の外部変調器６１．６３により１
００’Ｍｂ／ｓで強度・変調されている。ここで励起光
源５を変調部６からの１．５Ｇｂ／ｓの２４−１段Ｍ系
列符号信号で二値周波数偏移変調することにより帯域的
１　、５ＧＨｚ、増幅度２０ｄＢのブリユアン増幅を実
現し２波長の信号を同時に増幅した。

本実施例においても二値周波数偏移変調によるブリユア
ン増幅の実効帯域幅の増加が有効に作用し、２波長どち
らの信号も波長に歪みを生じることなく増幅することが
可能であった。

上記においては、本発明による光信号増幅方法及び装置
について実施例を用いて説明したが、本発明はこれら実
施例に限定されることなくいくつかの変形が考えられる
。

例えば、本実施例では励起光源としては、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／　ＩｎＰ半導体レーザを用いたが、他の材料の半導
体レーザを用いることも可能であるし、変調符号はＭ系
列信号に限らず任意の符号パターンを用いることができ
る。また、光ファイバは分散シフトファイバをはじめと
して、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ，などのその他の組成の光ファ
イバを使用してもよい。

さらに、レンズや方向性結合器は、その所要性能を有す
る限り、いかなる構造、種類であっても良いことは言う
までもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明による光信号増幅方法では
、ブリユアン利得帯域幅を二値周波数偏移変調により増
加させておりこのときに帯域内の利得特性が均一になる
ようにしている。この結果高速の信号や周波数多重信号
であっても波形歪なく増幅することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのブロッ
ク図、第２図は二値周波数偏移変調信号のスペクトルを
示した図、第３図は本発明の第２の実施例を説明するた
めのブロック図である。 図において、 １．２・・・信号光源　　　３・・・光ファイバ４・・
・方向性結合器　　５・・・励起光源６・・・変調部　
　　　　８・・・光カップラベでへ二ま印囲

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   果によって前記信号光を増幅する光信号増幅方法におい
   て前記励起光が二値周波数偏移変調光であり、その変調
   指数ｍ（周波数偏移量を伝送速度で規格化した値）が ０．６≦ｍ≦０．７ の範囲の値であることを特徴とする光信号増幅方法。