WO2017065229A1 - 光増幅器、光増幅システム、波長変換器および光通信システム - Google Patents

光増幅器、光増幅システム、波長変換器および光通信システム Download PDF

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WO2017065229A1
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繁弘 高坂
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical amplifier, an optical amplification system, a wavelength converter, and an optical communication system.
  • optical amplifiers are indispensable.
  • EDFAs Erbium-Doped Fiber Amplifiers
  • Raman amplifiers Raman amplification systems
  • EDFAs Erbium-Doped Fiber Amplifiers
  • Raman amplification systems have been put to practical use as optical amplifiers or optical amplification systems in the optical communication band.
  • optical parametric amplifiers (FOPA: Fiber Parametric Amplifier) that use nonlinear effects in optical fibers for amplification are applied to optical communication systems by applying Quasi-Phase-Matching (QPM) technology.
  • QPM Quasi-Phase-Matching
  • Non-Patent Document 1 in the polarization diversity configuration, the spectrum width of the excitation light and the spectrum width of the amplified signal light that are strongly influenced by Stimulated Brillouin Scattering (SBS) are expanded. It cannot be applied to an optical amplifier for optical communication that requires linear amplification.
  • SBS Stimulated Brillouin Scattering
  • the present invention has been made in view of the above, and provides an optical amplifier, an optical amplification system, a wavelength converter, and an optical communication system in which expansion of the spectral width of pump light and the spectral width of amplified signal light is suppressed.
  • the purpose is to do.
  • an optical amplifier includes a pump light source unit that outputs phase-modulated pump light, a first port, and a polarization-dependent optical fiber.
  • a polarization multiplexer / demultiplexer that separates the light input from the first port into polarization components that are orthogonal to each other and outputs the polarization components from each of the second port and the third port;
  • a first polarization-dependent optical amplification fiber unit having a polarization-dependent optical amplification fiber connected to the second port of the polarization multiplexer / demultiplexer, and a third port of the polarization multiplexer / demultiplexer
  • a second polarization-dependent optical amplification fiber section having a polarization-dependent optical amplification fiber; and the pump light is supplied to the first polarization-dependent optical amplification fiber section and the second polarization-dependent optical amplification fiber section.
  • An optical loop is formed together with the wave-dependent optical amplification fiber unit, and the pump light propagating through each of the first polarization-dependent optical amplification fiber unit and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit is converted into the light
  • a light discharge section for discharging to the outside of the loop and a first port, a second port, and a third port made of an optical fiber.
  • the signal light input from the first port and included in a predetermined wavelength band is Output from the port to the first port of the polarization multiplexer / demultiplexer connected to the second port, separated by the polarization multiplexer / demultiplexer, and the pump light in the optical loop
  • Single polarization dependent optical amplifier Is parametrically amplified by the nonlinear optical effect in the second polarization-dependent optical amplifying fiber portion and is combined by the polarization multiplexer / demultiplexer to be coupled from the first port of the polarization multiplexer / demultiplexer.
  • an optical circulator that outputs the signal light output to the two ports from the third port.
  • An optical amplification system includes the optical amplifier according to an aspect of the present invention.
  • a wavelength converter according to an aspect of the present invention includes the optical amplifier according to an aspect of the present invention.
  • An optical communication system includes the optical amplifier according to an aspect of the present invention.
  • the present invention it is possible to suppress the expansion of the spectral width of the pump light and the spectral width of the amplified signal light.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the fourth embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the fifth embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the sixth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the seventh embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the eighth embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the ninth embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the tenth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical communication system according to the twelfth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier used in the experiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a spectrum of pump light.
  • FIG. 15 is a diagram showing a spectrum of amplified signal light.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating spectra of pump light and signal light.
  • FIG. 17 is a schematic configuration diagram of an experimental system used in the experiment.
  • FIG. 18 is a diagram showing the wavelength dependence of gain and NF.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a configuration of a polarization-independent FOPA using a polarization diversity configuration.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a spectrum of signal light whose spectrum width is expanded by SBS.
  • FIG. 19 shows FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a polarization-independent FOPA 101 using a polarization diversity configuration described in FIG.
  • a thick line indicates a polarization maintaining optical fiber
  • a thin line indicates an optical fiber that is not polarization maintaining.
  • the pump light P101 is a continuous light (CW: Continuous Wave) output from the wavelength tunable external resonator type semiconductor laser 102a as a sine wave having frequencies different from f1, f2, and f3. After being modulated by the driven phase modulator 102b, it is amplified by the EDFA 102c.
  • CW Continuous Wave
  • ASE Amontaneous Emission
  • BPF BandPass Filter
  • polarization controller 102e polarization controller 102e and output.
  • the signal light S101 and the pump light P101 are combined by an optical coupler 106 including a WDM (Wavelength Division Multiplexing) filter or a branching filter, and after passing through an optical circulator 109, a PBS (Polarization Beam Splitter) 103
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • PBS Polarization Beam Splitter
  • the polarization controller 102e used in the pump light source unit 102 adjusts the power of the pump light polarized by PBS to be the same.
  • the signal light and the pump light having the same polarization separated by the PBS 103 are a polarization maintaining highly nonlinear optical fiber (PM-HNLF (Polarization Maintaining-Highly Nonlinear Fiber)) provided in the latter stage of the PBS.
  • the optical loop formed by the fiber 104 propagates clockwise (Counterclockwise) and counterclockwise (Counter-Clockwise). At this time, the light having the opposite propagation direction propagates on the same polarization axis of the optical amplification fiber.
  • the optical propagation distance to propagate is the same in the clockwise direction and the counterclockwise direction, and when these lights are again subjected to polarization combining in the PBS 103, no phase difference occurs between them.
  • the signal light in both propagation directions is amplified by the parametric effect when passing through the optical amplifying fiber 104.
  • the signal light S102 that has been polarized and synthesized by the PBS 103 is output after passing through the optical circulator 109.
  • the phase of the pump light P101 is modulated and the optical spectrum width is expanded.
  • the center wavelength of the pump light P101 is a wavelength output from the semiconductor laser 102a, and a certain amount of pump light power is also present at a wavelength 9 to 11 GHz away from the center wavelength due to phase modulation.
  • the frequency of a longitudinal acoustic wave (LA: Longitudinal Acoustic-mode) that is induced and excited by SBS in the optical amplifying fiber 104 is generally 9 to 11 GHz.
  • LA Longitudinal Acoustic-mode
  • the reflected light (exactly Brillouin scattered light) generated by the thermally excited LA interferes with the pump light.
  • the optical power generated by the interference increases the power of LA through the photo-elastic effect having the same period as LA.
  • the power of the pump light that scatters (reflects) LA increases.
  • the SBS is generated on the principle that the increased reflected light further increases the LA power.
  • SBS higher-order SBS that is based on the light reflected by the SBS is easily generated, and the spectrum width of the pump light is greatly expanded. Then, the spectrum width of the signal light parametrically amplified by the pump light having a large spectrum width is also expanded, and the information quality in optical communication is deteriorated. That is, it does not function as an optical amplifier for optical communication.
  • FIG. 20 shows an example of a spectrum of signal light whose spectrum width is expanded by SBS.
  • FIG. 20 shows a polarization-independent FOPA 101 shown in FIG. 19, in which the signal for driving the phase modulator 102b is changed to white noise with a bandwidth of 1.2 GHz, and the optical amplifying fiber 104 having a zero dispersion wavelength near 1565 nm is used. It was measured by the polarization independent FOPA. Then, the power of the pump light P101 near the wavelength of 1565 nm was set to 7 W, and CW light having a wavelength of about 1551 nm and a line width of about 100 kHz was parametrically amplified as the signal light S101.
  • the signal light output from the optical circulator 109 was attenuated by an optical attenuator and then measured by an optical spectrum analyzer. As can be seen from FIG. 20, the signal light having a line spectrum of 100 kHz has become a signal light having a spectral width of several nanometers as a result of parametric amplification.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the first embodiment.
  • the optical amplifier 1 is configured as a polarization independent FOPA.
  • the optical amplifier 1 includes a pump light source unit 2, a polarization multiplexer / demultiplexer (PBS) 3, a first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4, a second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5, It includes WDM couplers 6 and 7 that are duplexers, a light discharge unit 8, an optical circulator 9, and photothermal conversion modules 10a and 10b.
  • a thick line or a double line indicates a polarization maintaining optical fiber
  • a thin line indicates an optical fiber that is not polarization maintaining.
  • the pump light source unit 2 includes a TLS (Tunable Light Source) 2a as a pump light source, a phase modulator 2b, a signal generator 2c, a polarization maintaining 3 dB coupler 2d, polarization maintaining optical amplifiers 2e and 2f, and a band. Pass filters (BPF) 2g and 2h.
  • the pump light source unit 2 outputs phase-modulated pump lights P1 and P2 described later.
  • the PBS 3 has a first port 3a, a second port 3b made of a polarization-dependent optical fiber, and a third port 3c.
  • the PBS 3 separates light input from the first port 3a into mutually orthogonal polarization components. Output from each of the second port 3b and the third port 3c.
  • the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 is connected to the third port 3c of the polarization multiplexer / demultiplexer 3 and is composed of a polarization-dependent optical amplification fiber 4a that is PM-HNLF.
  • the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 is connected to the second port 3b of the polarization multiplexer / demultiplexer 3 and includes a polarization-dependent optical amplification fiber 5a that is PM-HNLF.
  • the WDM couplers 6 and 7 are respectively disposed between the PBS 3 and the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5.
  • the WDM couplers 6 and 7 are connected to input the pump lights P1 and P2 to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5, respectively.
  • the light discharge unit 8 includes WDM couplers 8a and 8b.
  • the light discharge unit 8 is connected between the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5, and is connected to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 4.
  • An optical loop 11 is configured together with the polarization-dependent optical amplification fiber portion 5.
  • the light discharge unit 8 transmits the pump lights P1 and P2 propagating through the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 to the optical loop 11, respectively. Has the function of discharging to the outside.
  • the optical circulator 9 has a first port 9a, a second port 9b, and a third port 9c made of an optical fiber.
  • the second port 9b is connected to the first port 3a of the PBS 3.
  • the optical circulator 9 outputs the signal light S1 from the second port 9 to the PBS 3.
  • the signal light S2 obtained by amplifying the signal light S1 is output from the first port 3a of the PBS 3 to the second port 9b of the optical circulator 9, the signal light S2 is converted into the third light.
  • the optical circulator 9, the PBS 3, and the optical loop 11 constitute a polarization diversity configuration 12.
  • the photothermal conversion modules 10a and 10b are connected to the light discharge section 8, and are modules for converting the pump lights P1 and P2 discharged from the light discharge section 8 into heat and dissipating heat.
  • the pump lights P1 and P2 are generated and output as follows.
  • the linearly polarized CW light output from the TLS 2a is subjected to phase modulation by the phase modulator 2b driven by the RF signal output from the signal generator 2c. Thereafter, the CW light is split into two powers by the polarization maintaining 3 dB coupler 2 d and then amplified by the polarization maintaining optical amplifiers 2 e and 2 f, respectively, and unnecessary ASE generated by the polarization maintaining optical amplifiers 2 e and 2 f. Light is removed with BPF 2g, 2h. Thereby, each CW light is output as phase-modulated pump light P1 and P2.
  • the pump light source may not be the TLS 2a, and may be any light source that generates CW light, such as a DFB-LD (Distributed FeedBack-Laser Diode) or an external resonator type semiconductor LD.
  • the installation position of the polarization maintaining 3 dB coupler 2 d may be installed at any position between the polarization maintaining optical amplifiers 2 e and 2 f and the TLS 2 a.
  • two phase modulators 2b are used so that each of the branched CW lights can be phase-modulated.
  • the RF signals to be driven do not necessarily have to be the same, and may be driven with arbitrary different phase relationships such as antiphase, sine waves with different frequencies, white noise band, etc. Or the frequency domain may be changed.
  • the polarization maintaining optical amplifiers 2e and 2f may be PM-EDFA, PM-EYDFA, or PM Raman amplifier as long as they can amplify while maintaining the polarization of CW light.
  • the polarization maintaining 3 dB coupler 2 d does not necessarily have a branching ratio of 1: 1, and may be replaced with a polarization maintaining coupler having a different branching ratio such as 10: 1.
  • BPFs 2g and 2h are preferable because the narrower band can remove more unnecessary ASE light.
  • BPF 2g and 2h include combinations of polarization maintaining circulators and polarization maintaining FBGs, AWGs, and the like.
  • the polarization-maintaining optical amplifier is installed as a preamplifier at any position as necessary for compensation of loss of optical components and improvement of NF of the polarization-maintaining optical amplifiers 2e, 2f. You may do it.
  • the optical circulator 9 outputs the signal light S1 input from the first port 9a to the PBS 3 from the second port 9b.
  • the PBS 3 separates the input signal light S1 into signal light S11 and S12 having polarization components orthogonal to each other and outputs the signal light from each of the second port 3b and the third port 3c.
  • the WDM coupler 6 combines the polarizations of the pump light P1 and the signal light S11 with matching
  • the WDM coupler 7 combines the polarizations of the pump light P2 and the signal light S12 with matching. And is input to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5, respectively.
  • the signal lights S11 and S12 propagate through the optical loop 11 clockwise (Clockwise) and counterclockwise (Counter-Clockwise), respectively.
  • the light having the opposite propagation direction propagates on the same polarization axis (for example, the slow axis) of the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5.
  • the optical propagation distances of the signal lights S11 and S12 are the same in the clockwise direction and the counterclockwise direction. Does not occur.
  • the signal light S11 is amplified by a parametric effect when passing through the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4, and the signal light S12 is amplified when passing through the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5. Amplified by parametric effect.
  • idler light is generated from the pump light and the signal light by the nonlinear optical effect of each of the polarization-dependent optical amplification fiber units 4 and 5.
  • the WDM coupler 8 a of the light discharge unit 8 transmits the pump light P 1 out of the optical loop 11 out of the signal light S 11, the pump light P 1, and the idler light propagated through the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4. It has a function of discharging.
  • the WDM coupler 8a has three ports made of optical fibers, and is connected to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4, the WDM coupler 8b, and the photothermal conversion module 10a, respectively.
  • the WDM coupler 8a transmits the signal light S11 and the idler light out of the signal light S11, the pump light P1, and the idler light that have propagated through the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 to the WDM 8b, and transmits the pump light P1. It has a wavelength characteristic that is output to the photothermal conversion module 10 a outside the optical loop 11.
  • the WDM coupler 8b of the light emission unit 8 transmits the pump light P2 out of the optical loop 11 out of the signal light S12, the pump light P2, and the idler light propagated through the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5. It has a function of discharging. Specifically, the WDM coupler 8b has three ports made of optical fibers, and is connected to the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5, the WDM coupler 8a, and the photothermal conversion module 10b, respectively.
  • the WDM coupler 8b transmits the signal light S12 and the idler light out of the signal light S12, the pump light P2, and the idler light propagated through the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 to the WDM 8a, and transmits the pump light P2. It has a wavelength characteristic that is output to the photothermal conversion module 10 b outside the optical loop 11.
  • the PBS 3 outputs to the optical circulator 9 the signal light S2 generated and amplified by polarization combining the amplified signal light S11 and S12, which travels around the optical loop 11, and the optical circulator 9
  • the signal light S2 is output from the three port 9c.
  • each of the polarization-dependent optical amplifying fiber sections 4 and 5 propagates the pump lights P1 and P2 in only one direction, The light is discharged to the outside in the middle of the optical loop 11.
  • a part of the pump light P1 passes through the WDM coupler 8a together with the signal light S11 although the power is extremely small.
  • most of the power is discharged out of the optical loop 11 by the second WDM coupler 8b.
  • the optical amplifier 1 since the intensity of the pump light propagating opposite to the one pump light is significantly reduced, the expansion of the spectrum width of the pump light or the spectrum width of the amplified signal light is suppressed.
  • the WDM couplers 8a and 8b which are devices constituting the light emission unit 8, are of a type using a BPF, a type using a SPF (Short Pass Filter) or an LPF (Long Pass Filter), etc. Any device that can separate the signal light may be used.
  • a multimode optical fiber having a large core diameter may be used so that the pumping light discharge characteristic can be maintained regardless of the axial deviation in the device due to temperature change.
  • the pump light to be discharged is output from the optical fiber port coupled to the pump light in the WDM couplers 8a and 8b.
  • the light-to-heat conversion modules 10a and 10b irradiate light on a metal or nonmetal that has been processed to absorb pump light, and make the metal or nonmetal thermally contact a heat sink or metal or nonmetal. It is preferable to have a configuration in which the heat sink itself is used.
  • metal candidates to be used include black anodized (anodized aluminum), aluminum coated with black ceramic, copper, and iron.
  • Non-metal candidates include graphite.
  • reflection from the end face of the optical fiber that propagates the pump light to be discharged may cause the operation of the optical amplifier 1 to be unstable or change the gain characteristics, which may have an adverse effect.
  • the following method can be applied.
  • One is a method of cutting the end face of the optical fiber obliquely or connecting an APC (Angled Physical Contact) connector.
  • the other is a method in which the optical fiber is wound several times with a diameter smaller than the diameter at which the loss due to bending occurs, and the pump light is emitted in the longitudinal direction of the optical fiber.
  • the coating resin since the pump light passes through the coating resin and is emitted from the optical fiber, it is also preferable to use a heat-resistant polyimide resin as the coating resin for the optical fiber.
  • the optical system path of the optical amplifier 1 is composed of an optical fiber
  • it is more efficient to connect the optical fiber using an optical connector for the sake of manufacturing it does not reach that.
  • the optical connector is applied to a place where high-power pump light propagates, it is preferable to use an APC connector in order to prevent end-face reflection and to suppress thermal damage on the connection surface.
  • Embodiment 2 Next, an optical amplifier according to Embodiment 2 will be described.
  • the polarization-independent FOPA if the polarization-dependent gain is not as small as 0.5 dB or less, for example, the quality of the amplified signal is deteriorated, and the error when receiving the optical signal is increased. Therefore, in the first embodiment, the power of the pump light P1 input to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 that parametrically amplifies the signal light S11 propagating clockwise and the signal light S12 propagating counterclockwise are used.
  • the polarization dependent gain can be 0.5 dB or less.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the second embodiment.
  • the optical amplifier 1A has a configuration in which monitoring optical couplers 21a and 21b, power monitors 22a and 22b, and a controller 23 are added to the optical amplifier 1.
  • the monitoring optical couplers 21a and 21b are respectively provided between the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the light emission unit 8, and between the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 and the light emission unit 8. Is a polarization maintaining optical coupler using BPF.
  • the position where the monitoring optical couplers 21a and 21b are arranged is not particularly limited as long as it is between the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5.
  • the order of connection between the WDM couplers 8a and 8b and the monitoring optical couplers 21a and 21b of the light discharge unit 8 may be reversed from that shown in FIG.
  • the monitoring optical couplers 21a and 21b are signals including the signal light S1 in the gain wavelength band of the gain of parametric amplification by the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5. Part of the ASE light at wavelengths outside the wavelength band is extracted and output to the power monitors 22a and 22b.
  • the signal wavelength band is the C band (1530 nm to 1565 nm) and the wavelength of the pump light is 1565 nm
  • the wavelength region where the ASE light exists on the shorter wavelength side than 1530 nm for example, in the wavelength region of 1520 nm to 1525 nm Take out ASE light.
  • the power monitors 22a and 22b include, for example, PDs (Photo Diodes), receive ASE light extracted from each of the monitoring optical couplers 21a and 21b, and a current signal having a value corresponding to the power of the received ASE light. Is output.
  • PDs Photo Diodes
  • the controller 23 controls the polarization maintaining optical amplifier 2e so as to adjust the power of the pump light output from the polarization maintaining optical amplifiers 2e and 2f based on the values of the current signals input from the power monitors 22a and 22b. 2f is controlled. Thereby, the powers of the pump lights P1 and P2 input to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 are adjusted.
  • the parametric amplification gain waveforms of the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 have at least the signal light S1 in the gain wavelength band of the parametric amplification.
  • the powers of the pump lights P1 and P2 are adjusted so that the difference is within 0.5 dB.
  • the polarization dependent gain can be 0.5 dB or less.
  • controlling the power of the pump lights P1 and P2 so that the power of the monitored ASE light is the same does not necessarily minimize the polarization dependent gain.
  • the first polarization-dependent optical amplification fiber section having the same general fiber characteristics such as nonlinearity and dispersion characteristics, but not exactly the same, is used. This is because the wavelength characteristics of the ASE light may not match because 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 are used. It is preferable to measure in advance whether the polarization dependent gain is minimized by controlling the power of the pump lights P1 and P2 so that the power ratio of the ASE light in both propagation directions becomes a value.
  • CW light serving as a probe is input outside the signal wavelength region, and the amplified power is monitored to control the power of the pump light output from the polarization maintaining optical amplifiers 2e and 2f. Also good.
  • the gains of the parametric amplification by the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 are the gain wavelengths of the parametric amplification.
  • Embodiment 3 an optical amplifier according to Embodiment 3 will be described.
  • the wavelength dependence of the polarization-dependent gain needs to be reduced to 0.5 dB or less.
  • the ZDW and the wavelength of the pump light are Adjustment is made so that the wavelength dependence of the polarization-dependent gain is reduced.
  • the gain shape of the parametric amplification is flat with respect to the wavelength and the gain band is maximized.
  • the pump wavelength is set to a longer wavelength side than ZDW, the gain increases as the distance from the wavelength of the pump light increases, and conversely, the gain decreases as the distance increases beyond a certain wavelength interval. That is, the gain waveform has an upwardly convex shape with a certain wavelength as a maximum.
  • the pump wavelength is on the shorter wavelength side than the ZDW, the pump wavelength becomes a maximum gain and a convex gain shape is formed, and the gain band is reduced as compared with the case where the ZDW and the pump wavelength match.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the third embodiment.
  • the optical amplifier 1B has a configuration in which, in the optical amplifier 1A, the controller 23 is replaced with a controller 24 and temperature controllers 25a and 25b are further added.
  • Temperature adjusters 25a and 25b adjust the temperatures of the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5, respectively.
  • the ZDW of the polarization-dependent optical amplification fibers 4a and 5a constituting each of them is longer Move to.
  • the controller 24 controls at least one or both of the temperature regulators 25a, 25b and TLS 2a based on the value of the current signal input from each of the power monitors 22a, 22b.
  • the temperature adjusters 25a and 25b are used to adjust the temperatures of the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 and adjust the ZDW thereof. Take control. Alternatively, control is performed so as to adjust the wavelength of the pump light P1 and P2 by adjusting the wavelength of the CW light output from the TLS 2a.
  • the parametric amplification gain waveforms of the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 have at least the signal light S1 in the gain wavelength band of the parametric amplification.
  • the temperature regulators 25a and 25b and the TLS 2a are controlled so that the difference is within 0.5 dB.
  • the polarization dependent gain can be 0.5 dB or less.
  • the temperature regulator 25b can have the same configuration.
  • the polarization-dependent optical amplification fiber 4a is wound in a coil shape having an inner diameter of 60 mm, for example.
  • the polarization dependent optical amplifying fiber 4a is not held in a state of being wound around the core, and is not wound around the core so as not to apply a side pressure to the polarization dependent optical amplifying fiber 4a. To prevent deterioration of the polarization extinction ratio.
  • the coiled polarization-dependent optical amplifying fiber 4a is placed in a metal case or the like for protection, and a device for increasing or decreasing the temperature of the heater or Peltier element is provided in the metal case, and this device and a thermocouple or thermistor, A temperature sensor such as a platinum resistor is brought into thermal contact. Then, using the temperature controller, control is performed so that the polarization-dependent optical amplification fiber 4a has an appropriate temperature. At this time, it is preferable to cover the periphery of the metal case with a heat insulating material because power consumed by the device that increases or decreases the temperature can be omitted.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the fourth embodiment.
  • the optical amplifier 1 ⁇ / b> C has a configuration in which the light discharge unit 8 of the optical amplifier 1 is replaced with a light discharge unit 25.
  • the light discharge unit 25 has a configuration in which an idler light remover 8 c is added to the light discharge unit 8.
  • the idler light remover 8 c is disposed between the two WDM couplers 8 a and 8 b of the light discharge unit 8.
  • the idler light remover 8c includes, for example, a BPF, LPF, or SPF, and has a wavelength characteristic that does not transmit idler light.
  • the idler light remover 8c may have a characteristic of transmitting light in a wavelength band including the wavelength of the signal light S1 and the wavelength of idler light and not transmitting light in other wavelength bands. Thereby, light of a predetermined wavelength band including idler light is removed.
  • the light discharge unit 25 is configured to discharge idler light to the outside of the optical loop 11 together with the pump lights P1 and P2.
  • the signal light S2 in the wavelength band to be amplified is amplified and output from the third port 9c of the optical circulator 9 of the optical amplifier 1C.
  • the wavelength region outside the wavelength band to be amplified is removed, the generation of ASE light, the generation of wavelength dependence of the gain on the long wavelength side due to the Raman effect, parametric oscillation that occurs outside the band to be amplified, etc.
  • a phenomenon that is unnecessary and should be suppressed can be removed.
  • a polarization device for example, a polarizer
  • a polarization device or idler light remover 8c is not necessarily arranged between the two WDM couplers 8a and 8b, but between the two polarization-dependent optical amplification fibers 4a and 5a. If so, the same effect as described above can be obtained regardless of the position.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the fifth embodiment.
  • This optical amplifier 1D includes a first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and a second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 in the optical amplifier 1, respectively.
  • the wave-dependent optical amplification fiber unit 27 is replaced.
  • the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 26 includes a front-stage polarization-dependent optical amplification fiber 26a that is PM-HNLF, a rear-stage polarization-dependent optical amplification fiber 26b that is PM-HNLF, and a front-stage polarization-dependent optical fiber.
  • a relative phase shifter 26c is provided which is inserted between the optical amplification fiber 26a and the latter-stage polarization-dependent optical amplification fiber 26b and changes the relative phase of the input light.
  • the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 27 includes a front-stage polarization-dependent optical amplification fiber 27a that is a PM-HNLF, a rear-stage polarization-dependent optical amplification fiber 27b that is a PM-HNLF, and a front-stage polarization-dependent optical amplifier.
  • a relative phase shifter 27c is provided between the optical amplifying fiber 27a and the post polarization-dependent optical amplifying fiber 27b, and changes the relative phase of the input light.
  • the relative phase shifters 26c and 27c have characteristics that substantially shift only the phases of the pump lights P1 and P2, respectively, and hardly shift the phases of the signal lights S11 and S12 and the phase conjugate light.
  • QPM Quadrature-Phase-Matching
  • a PM-FBG manufactured based on PM-HNLF or a dielectric multilayer type all-pass filter whose pigtail is a polarization maintaining optical fiber or PM-HNLF can be used.
  • PM-FBG the gain band is the largest and the Bragg wavelength at which a flat gain can be obtained is in the range of 5 nm before and after the pump light wavelength. It is preferable to manufacture so that it may become 5 nm before and behind.
  • the Bragg wavelength of the PM-FBG constituting the relative phase shifters 26c and 27c it is necessary to adjust the Bragg wavelength of the PM-FBG constituting the relative phase shifters 26c and 27c in order to increase the parametric gain and obtain a flat shape.
  • the power and shape of ASE light have a strong correlation between the gain and shape of FOPA. Therefore, it is preferable to adjust the Bragg wavelength while measuring the spectrum of the ASE light so as to obtain an increase in parametric gain and a flat shape.
  • the Bragg wavelength of PM-FBG can be controlled by the temperature of PM-FBG and the tension applied to PM-FBG. Both the increase in temperature and the increase in tension have the effect of shifting the Bragg wavelength of PM-FBG to the longer wavelength side. Therefore, adjustment of temperature or tension can be used to adjust the Bragg wavelength.
  • the polarization-dependent optical amplification fibers to be coupled for example, the front-stage polarization-dependent optical amplification fiber 26a and the rear-stage polarization-dependent optical amplification fiber
  • the refractive index of the core part or the nonlinear constant that strongly reflects the refractive index of the core is made different from each other in 26b)
  • polarization-dependent optical amplifying fibers having the same refractive index or nonlinear constant of the core part are connected. In comparison, SBS can be suppressed.
  • each polarization-dependent optical amplification fiber section includes a front-stage polarization-dependent optical amplification fiber, a rear-stage polarization-dependent optical amplification fiber, and a relative phase shifter inserted therebetween.
  • each polarization-dependent optical amplification fiber unit may include a plurality of optical amplification fibers and a relative phase shifter inserted between the optical amplification fibers.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the sixth embodiment.
  • the optical amplifier 1E has a configuration in which the pump light source unit 2 in the optical amplifier 1 is replaced with a pump light source unit 30.
  • the pump light source unit 30 drives two TLS 30aa and 30ab as pump light sources, phase modulators 30ba and 30bb for phase-modulating CW light output from the TLS 30aa and 30ab, and phase modulators 30ba and 30bb, respectively.
  • the linearly polarized CW light output from the TLS 30aa is subjected to phase modulation by the phase modulator 30ba driven by the RF signal output from the signal generator 30ca. Thereafter, the CW light is amplified by the polarization maintaining optical amplifier 30e, and unnecessary ASE light generated by the polarization maintaining optical amplifier 30e is removed by the BPF 30g, and output to the WDM coupler 6 as phase-modulated pump light P3. Is done.
  • the linearly polarized CW light output from the TLS 30ab is subjected to phase modulation by the phase modulator 30bb driven by the RF signal output from the signal generator 30cb. Thereafter, the CW light is amplified by the polarization maintaining optical amplifier 30f, unnecessary ASE light generated by the polarization maintaining optical amplifier 30f is removed by the BPF 30h, and output to the WDM coupler 7 as phase-modulated pump light P4. Is done.
  • the wavelengths of the pump lights P3 and P4 input to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 can be different from each other. . Then, the wavelength difference between the pump lights P3 and P4 causes the LA frequency (usually 9-11 GHz) to generate SBS in the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5. Yes, when converted to an optical wavelength of about 0.1 nm) or more, the pump light is bidirectionally input to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5.
  • the ZDW of the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 is different from the wavelengths of the pump lights P3 and P4 so that desired gain characteristics can be obtained respectively. It is preferable to make adjustments. Therefore, the zero dispersion wavelengths may be different from each other.
  • the arrangement position of the WDM coupler that combines the pump light with the signal light is between the PBS 3 and the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5.
  • the power of the pump light is reduced by about 0.5 dB as a typical value every time it passes through the optical device.
  • the first polarization-dependent light is used in this way. It is preferable to arrange them just before the amplification fiber part 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber part 5.
  • the arrangement position of the WDM coupler that combines the pump light with the signal light may be the front stage of the PBS 3, for example, the front stage of the optical circulator 9 (the first port 9a side of the optical circulator 9). However, it may be between the optical circulator 9 and the PBS 3.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the seventh embodiment.
  • the pump light source unit 2 in the optical amplifier 1 is replaced with a pump light source unit 31, the WDM couplers 6 and 7 are deleted, and the WDM coupler 32 for inputting pump light is connected to the second port 9b of the optical circulator 9 and the PBS 3 The first port 3a is provided.
  • the pump light source unit 31 has a configuration in which a polarization beam combiner (PBC) 2i is added to the subsequent stage of the BPF 2g and 2h in the pump light source unit 2.
  • the pump lights P1 and P2 respectively output from the BPFs 2g and 2h by the PBC 2i are combined as orthogonal polarization components and output to the WDM coupler 32 as pump light P5.
  • the WDM coupler 32 outputs the input pump light P5 to the first port 3a of the PBS 3.
  • the optical fiber constituting the port connected to the first port 3a of the PBS 3 of the WDM coupler 32 can maintain the polarization-maintaining light so that the pump lights P1 and P2, which are orthogonal polarization components of the pump light P5, can propagate independently.
  • a fiber is preferred.
  • the pump light P5 input to the PBS 3 is polarization-separated and input to the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 as pump lights P51 and P52, respectively.
  • the polarization direction of the pump light P51 and the polarization direction of the signal light S11 are the same, and the polarization direction of the pump light P52 and the polarization direction of the signal light S12 are the same.
  • the pump lights P51 and P52 are respectively discharged out of the optical loop 11 by the WDM couplers 8a and 8b of the light discharge unit 8.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the eighth embodiment.
  • the optical circulator 9 in the optical amplifier 1F is replaced with an optical circulator 33 having a first port 33a, a second port 33b, and a third port 33c, and the WDM coupler 32 is placed on the first port 33a side of the optical circulator 33.
  • the first port 33a, the second port 33b, and the third port 33c of the optical circulator 33 are all configured by polarization maintaining fibers.
  • the WDM coupler 36 is connected to the third port 33 c of the optical circulator 33.
  • the polarization maintaining optical fiber of the first port 33a of the optical circulator 33 is used.
  • the length of the polarization maintaining optical fiber of the WDM coupler 32 constituting the port connected to the first port 33a (first length) and the deviation of the third port 33c of the optical circulator 33 is an error of 1 m or less. It is preferable that they are the same.
  • part of the signal light S1 propagates through the slow axis of the polarization maintaining optical fiber constituting the optical path from the polarization maintaining optical fiber of the WDM coupler 32 to the PBS 3, and reaches the PBS 3.
  • the signal light converted to propagate along the fast axis is polarization-maintaining light that constitutes an optical path from the PBS 3 to the polarization-maintaining optical fiber on the third port 33 c side of the optical circulator 33. Propagate along the fast axis of the fiber.
  • the polarization axis on which the signal light propagating after being separated into the fast axis by the polarization maintaining optical fiber of the WDM coupler 32 is reversed. If the propagation distance of the signal light propagating through both polarization axes is the same, the phase relationship between the polarization components of the input signal light S1 and the output signal light S2 is completely identical in principle. If the propagation distance is different, the phase relationship is shifted. Therefore, it is preferable that the first length and the second length match as much as possible.
  • the WDM coupler 36 in this embodiment is deleted is also possible. In this configuration, the second length is the length of the polarization maintaining optical fiber of the third port 33c of the optical circulator 33. In this case as well, the first length and the second length match as much as possible. It is preferable.
  • the polarization-dependent gain of the optical amplifier 1G can be adjusted by adjusting the powers of the pump lights P1 and P2 output from the polarization-maintaining optical amplifiers 2e and 2f. This can be achieved by adjusting the parametric gain in each polarization axis in which the pump light and the signal light propagate in the dual polarization dependent optical amplification fiber unit 5.
  • the number of polarization maintaining optical amplifiers in the pump light source unit is two.
  • the pump light power output from the polarization maintaining optical amplifier to be used is required to be twice or more, but it may be advantageous in terms of cost. is there.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the ninth embodiment.
  • the optical amplifier 1H has a configuration in which the pump light source unit 2 in the optical amplifier 1 is replaced with a pump light source unit 34.
  • the polarization maintaining 3dB coupler 2d is deleted from the pump light source unit 2, and the two polarization maintaining optical amplifiers 2e and 2f and the two BPFs 2g and 2h are each a single optical fiber amplifier.
  • a polarization splitter 2l and PBS 2m are added.
  • the linearly polarized CW light output from the phase modulator 2b and phase-modulated is amplified by the polarization maintaining optical amplifier 2j having a higher output than the polarization maintaining optical amplifiers 2e and 2f, and is supplied to the polarization maintaining optical amplifier 2j. Unnecessary ASE light generated in this way is removed by the BPF 2k and output to the polarization splitter 2l as phase-modulated pump light.
  • the polarization splitter 21 is configured using, for example, a half-wave plate or a quarter-wave plate, and the input linearly polarized pump light is inclined 45 degrees in polarization direction or circularly polarized, Output to PBS 2m. Thereby, the polarization splitter 21 outputs pump light with substantially the same power to the slow axis and fast axis of the polarization maintaining optical fiber on the input side of the PBS 2m.
  • the PBS 2m depolarizes the input pump light and outputs it as pump lights P61 and P62 having substantially the same power.
  • the pump lights P61 and P62 are input to the WDM couplers 6 and 7, respectively, and propagate through the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 4 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 5 to transmit the signal light S11, S12 is parametrically amplified and discharged by the WDM couplers 8a and 8b.
  • the polarization dependent gain of the optical amplifier 1H can be reduced by adjusting the distribution ratio of the pump light to the slow axis and the fast axis.
  • the polarization splitter 21 instead of the polarization splitter 21 having the above configuration, two polarization maintaining optical fibers are connected so that their polarization axes are at an angle of 45 degrees plus or minus 5 degrees, and one polarization maintaining is performed.
  • the polarization dependent gain of the optical amplifier 1H can be reduced by adjusting the distribution ratio of the pump light to the slow axis and the fast axis.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the tenth embodiment.
  • the optical amplifier 1I has a configuration in which the pump light source unit 31 is replaced with a pump light source unit 35 in the optical amplifier 1F.
  • the pump light source unit 35 has a configuration in which PBS 2 m is deleted from the pump light source unit 34.
  • the polarization dependent gain of the optical amplifier 1I can be reduced by adjusting the distribution ratio of the pump light to the slow axis and the fast axis.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical amplifier according to the eleventh embodiment.
  • the optical amplifier 1J has a configuration in which the pump light source unit 31 is replaced with a pump light source unit 35 in the optical amplifier 1G.
  • the polarization dependent gain of the optical amplifier 1J can be reduced by adjusting the distribution ratio of the pump light to the slow axis and the fast axis.
  • the number of components can be reduced because the number of WDM couplers and polarization maintaining optical amplifiers that combine pump light with signal light can be reduced.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical communication system according to the twelfth embodiment.
  • the optical communication system 1000 includes an optical transmitter 1001, an optical receiver 1002, optical transmission fibers 1003 and 1004 that connect the optical transmitter 1001 and the optical receiver 1002, and the optical amplifier 1 according to the first embodiment. I have.
  • the optical transmitter 1001 outputs the signal light S 1 that is WDM signal light to the optical transmission fiber 1003.
  • the optical transmission fiber 1003 transmits the signal light S1 and inputs it to the optical amplifier 1.
  • the optical amplifier 1 parametrically amplifies the signal light S1 and outputs it as signal light S2.
  • the optical transmission fiber 1004 transmits the signal light S ⁇ b> 2 and inputs it to the optical receiver 1002.
  • the optical receiver 1002 receives the signal light S2. Since the optical communication system 1000 includes the optical amplifier 1 in which the expansion of the spectrum width of the signal light S2 is suppressed, high-quality signal transmission is possible.
  • an optical amplifier 1K having the configuration shown in FIG. 13 was fabricated and its characteristics were measured.
  • the optical amplifier 1K adds a polarization maintaining optical amplifier 2n as a preamplifier between the phase modulator 2b of the pump light source unit 2 and the polarization maintaining 3dB coupler 2d, and a signal A white noise signal source with a bandwidth of 1.2 GHz is used as the generator 2c.
  • the TLS 40 for generating the signal light S1 which is CW light and the polarization state of the signal light S1 input from the TLS 40 are messed up.
  • the polarization scrambler 41 is connected in cascade and connected to the first port 9 a of the optical circulator 9, and the optical spectrum analyzer 42 is connected to the third port 9 c of the optical circulator 9.
  • the wavelength, power, and line width of the CW light output from the TLS 2a were set to 1564.9 nm, 6 dBm, and approximately 100 kHz, respectively.
  • the phase modulator 2b phase-modulates CW light and expands its 3 dB spectral width to about 5 GHz.
  • the polarization maintaining optical amplifier 2n optically amplifies the CW light so as to have a power of 20 dBm.
  • the CW light was then separated into two by the polarization maintaining 3 dB coupler 2 d and amplified to 35 dBm by the polarization maintaining optical amplifiers 2 e and 2 f.
  • the half width of the transmission band of BPF 2g and 2h was 0.6 nm.
  • the WDM couplers 6 and 7 micro-optic devices that transmit light having a wavelength range of 1564 to 1578 nm and reflect light having other wavelengths are used.
  • the WDM couplers 6 and 7 having a wide transmission wavelength range are used.
  • the wavelength range in which unnecessary ASE light can be removed or signal light can be amplified is wideband.
  • PM-HNLF # 1- # 4 was used as the pre-stage polarization dependent optical amplifying fibers 26a, 27a and post-polarization dependent optical amplifying fibers 26b, 27b, and PM-FBG was applied as the relative phase shifters 26c, 27c.
  • Table 1 shows the characteristics of PM-HNLF # 1 and # 2
  • Table 2 shows the characteristics of PM-HNLF # 3 and # 4.
  • the ZDW of PM-HNLF # 1- # 4 was 1564.9 nm for all.
  • PM-HNLF having the same ZDW as the wavelength of the pump light the maximum gain band of the PM-HNLF can be used and the gain shape is flattened.
  • the nonlinear constant of PM-HNLF # 1 and # 2 is 21 [1 / W / km], and the nonlinear coefficient of PM-HNLF # 3 and # 4 is 12 [1 / W / km], which is greatly different. .
  • the frequency of LA excited by SBS Are estimated to be different by 20 MHz or more.
  • the frequency of LA differs by 20 MHz or more
  • the light scattered (reflected) by SBS does not contribute to inductive excitation of LA in another PM-HNLF, so it is assumed from the total fiber length of PM-HNLF. It is considered that the SBS threshold is increased by about 3 dB and contributes to suppressing SBS.
  • the relative phase shifters 26c and 27c are PM-FBGs manufactured using PM-HNLF having the same characteristics as PM-HNLF # 1 and # 2.
  • the Bragg wavelength was set to 1565.4 nm which is longer than ZDW and 1564.9 nm which is a pump wavelength by 0.5 nm.
  • the 3 dB band of the reflected light of PM-FBG is 0.6 nm. Since the pump wavelength and the Bragg wavelength are different, when the pump light propagates through the PM-FBG, the PM-FBG acts as a pump phase shifter because it undergoes an effect of shifting only the phase without being reflected.
  • the same characteristics as those of the WDM couplers 6 and 7 were applied as the WDM couplers 8a and 8b.
  • the optical fiber at the port for discarding the pump light in the WDM couplers 8a and 8b was wound about 10 times with a diameter of about 15 mm and fixed to a heat sink coated with grease.
  • the end face of the optical fiber was cut obliquely to prevent end face reflection.
  • the signal light S2 output from the optical circulator 9 has a polarization-dependent gain difference by measuring the polarization fluctuation of the power of the signal light S2 by using the optical spectrum analyzer 42 or a separate optical receiver and oscilloscope. The degree was measured.
  • the optical amplifier 1K configured as shown in FIG. 13, it was confirmed by measuring the optical spectrum with the optical spectrum analyzer 42 that the line width of the pump light did not significantly increase.
  • the wavelength of the pump light was set to 1564.7 nm, and the pump light power input to the previous stage polarization-dependent optical amplifying fibers 26a and 27a (PM-HNLF # 1, # 2) was about 33 dBm.
  • FIG. 14 is a diagram showing a spectrum of pump light.
  • the dotted line indicates the optical spectrum at the input of the polarization maintaining optical amplifiers 2e and 2f (PM-EDFA # 2 and # 3) while operating only the polarization maintaining optical amplifier 2n (PM-EDFA # 1).
  • a broken line indicates an optical spectrum when PM-EDFAs # 1 and # 3 are operated and only clockwise pump light is propagated in the optical loop 11. Although the power is about 10 dB smaller than the peak power of 1564.7 nm at 1564.8 nm, a peak suggesting the occurrence of SBS is generated.
  • the solid line is the optical spectrum when the PM-EDFAs # 1, # 2, and # 3 are operated and the pump light propagates in both the clockwise and counterclockwise directions in the optical loop 11.
  • FIG. 15 is a diagram showing a spectrum of amplified signal light.
  • the measurement shows a change in the optical spectrum depending on the state of the pump light when CW light having a wavelength of 1545 nm is input as the signal light S1 output from the TLS 40 with the polarization scrambler 41 stopped.
  • a dotted line is an optical spectrum when pump light is not input. This optical spectrum reflects the optical spectrum of the CW light itself output from the TLS 40.
  • the broken line and the alternate long and short dash line are optical spectra when only clockwise and counterclockwise pump light propagation is performed, respectively. Except for the increase in floor due to ASE light, it is almost the same as the shape of the dotted line.
  • the solid line is the optical spectrum when the PM-EDFAs # 1, # 2, and # 3 are operated and the pump light propagates in both the clockwise and counterclockwise directions. This is almost the same as the dotted line shape except for the increase in floor due to ASE light. That is, it was confirmed that the polarization diversity configuration was adopted and the line width of the amplified signal light did not significantly increase even if the input power of the pump light to the PM-HNLF was as large as 33 dBm.
  • FIG. 16 is a diagram showing spectra of pump light and signal light.
  • CW light having a wavelength of 1545 nm was input as the signal light S1.
  • a dotted line is an optical spectrum when there is no pump light.
  • a solid line is an optical spectrum when pump light is input. It can be seen that the CW light of 1545 nm as the signal light S1 is amplified with a gain of about 18 dB. Further, since the floor of the ASE light is almost flat from 1525 nm to 1560 nm, it can be seen that there is a bandwidth that can be amplified flatly is about 35 nm.
  • the pump light having a wavelength of 1564.7 nm is residual pump light that has passed through the WDM couplers 8a and 8b.
  • the polarization-dependent gain difference is reduced by adjusting the pump light power
  • the polarization-dependent gain waveform difference is reduced by adjusting the wavelength difference between the ZDW and the pump light and the Bragg wavelength of the PM-FBG. I confirmed that I can do it.
  • the pump wavelength input was 1564.9 nm
  • the pump power input to PM-HNLF # 1 and # 2 was 33 dBm
  • the parametric amplification characteristics on the right and left sides of the polarization diversity loop were measured independently.
  • the configuration of the experimental system used in this experiment is shown in FIG.
  • the optical circulator 9 and the PBS 3 were deleted from the configuration of the optical amplifier 1K, and the CW light (signal light S1) output from the TLS 40, 40 was directly input to the signal light input port of the WDM coupler 6, 7. .
  • optical discharge unit 8 is deleted, optical connectors 43 and 44 are provided at the ends of the polarization-dependent optical amplification fiber units 26 and 27, and the end of the wave-dependent optical amplification fiber unit on the side where the gain characteristics are to be measured is provided.
  • the optical connector was connected to an 18 dBATT (Attenuator) 45, and the output light was measured by the optical spectrum analyzer 42.
  • FIG. 18 is a diagram showing the wavelength dependence of gain and NF. A round symbol in FIG.
  • the polarization-dependent gain difference and the polarization-dependent waveform difference are both in the first polarization-dependent optical amplification fiber unit 26 and the second polarization-dependent optical amplification fiber unit 27. It was confirmed that it was smaller than 0.5 dB. Therefore, when the measurement conditions of this experimental system are applied to the optical amplifier 1K shown in FIG. 13, it can be estimated that both the polarization dependent gain difference and the polarization dependent waveform difference are smaller than 0.5 dB.
  • the optical amplifier 1 is provided as an optical amplifier.
  • any of the optical amplifiers according to the above embodiments may be provided instead of the optical amplifier 1.
  • optical amplifier according to the above embodiment can be operated as a wavelength converter.
  • the optical amplifier according to the above embodiment may be installed at the front stage of the EDFA or the rear stage of the optical amplification system using the Raman effect to constitute the optical amplification system.
  • optical amplifier according to the above embodiment can also be used as a PSA (phase sensitive amplifier).
  • PSA phase sensitive amplifier
  • the present invention is suitable for application to the field of optical communications.

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Abstract

光増幅器は、ポンプ光源部と、偏波合分波器と、第一偏波依存型光増幅ファイバ部と、第二偏波依存型光増幅ファイバ部と、ポンプ光を第一偏波依存型光増幅ファイバ部と第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにそれぞれ入力させるように接続された光合分波器と、第一偏波依存型光増幅ファイバ部と第二偏波依存型光増幅ファイバ部とともに光ループを構成するとともに、第一偏波依存型光増幅ファイバ部と第二偏波依存型光増幅ファイバ部のそれぞれを伝搬してきたポンプ光を光ループの外部に排出する光排出部と、光ループにおいてポンプ光により第一偏波依存型光増幅ファイバ部と第二偏波依存型光増幅ファイバ部によってパラメトリック増幅されて偏波合分波器により偏波合成されて偏波合分波器から出力された信号光を出力する光サーキュレータと、を備える。

Description

光増幅器、光増幅システム、波長変換器および光通信システム
　本発明は、光増幅器、光増幅システム、波長変換器および光通信システムに関するものである。
　光通信において、光増幅器は欠かせないものとなっている。現在の光通信システムにおいて、光通信帯の光増幅器または光増幅システムとして、ＥＤＦＡ（Erbium-Doped　Fiber　Amplifier）、Ｒａｍａｎ増幅器、またＲａｍａｎ増幅システムが実用化されている。
　その一方で、増幅に光ファイバにおける非線形効果を利用した光パラメトリック増幅器（ＦＯＰＡ：Fiber　Optical　Parametric　Amplifier）は、疑似位相整合(ＱＰＭ：Quasi-Phase-Matching)技術を適用することで光通信システムに適用可能な増幅が可能となった。しかしながら、実用には至っていない。その主な理由の一つとして、光通信で必要な偏波無依存増幅を行えないことが挙げられる。
　これまで、ＦＯＰＡの偏波無依存化は偏波ダイバーシティー構成の採用により実現されると期待されていた。しかしながら、非特許文献１によると、偏波ダイバーシティー構成では、誘導ブリルアン散乱(ＳＢＳ：Stimulated　Brillouin　Scattering)の影響を強く受けた励起光のスペクトル幅や増幅した信号光のスペクトル幅が拡大するため、線形の増幅を求められる光通信用の光増幅器には適用できない。
国際公開第ＷＯ２０１２／１２１２２３号
M.　Jazayerifar　et　al.,"Impact　of　SBS　on　Polarization-Insensitive　Single-Pump　Optical　Parametric　Amplifiers　Based　on　a　Diversity　Loop　Scheme,"　Proceeding　of　European　conference　on　optical　communication　2014,　Tu.4.6.4　(2014).
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ポンプ光のスペクトル幅や増幅した信号光のスペクトル幅の拡大が抑制された光増幅器、光増幅システム、波長変換器および光通信システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光増幅器は、位相変調されたポンプ光を出力するポンプ光源部と、第一ポート、偏波依存型光ファイバからなる第ニポートおよび第三ポートを有し、第一ポートから入力された光を互いに直交する偏波成分に分離して第ニポートおよび第三ポートのそれぞれから出力する偏波合分波器と、前記偏波合分波器の第二ポートに接続された、偏波依存型光増幅ファイバを有する第一偏波依存型光増幅ファイバ部と、前記偏波合分波器の第三ポートに接続された、偏波依存型光増幅ファイバを有する第二偏波依存型光増幅ファイバ部と、前記ポンプ光を前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにそれぞれ入力させるように接続された光合分波器と、前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部との間に接続されて前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とともに光ループを構成するとともに、前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部のそれぞれを伝搬してきた前記ポンプ光を前記光ループの外部に排出する光排出部と、光ファイバからなる第一ポート、第ニポートおよび第三ポートを有し、第一ポートから入力された、所定の波長帯域に含まれる信号光を、第二ポートから、該第二ポートに接続された前記偏波合分波器の第一ポートに出力するとともに、前記偏波合分波器により偏波分離され、前記光ループにおいて前記ポンプ光による前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにおける非線形光学効果によってパラメトリック増幅されて前記偏波合分波器により偏波合成されて前記偏波合分波器の第一ポートから第二ポートに出力された信号光を、第三ポートから出力する光サーキュレータと、を備えることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光増幅システムは、本発明の一態様に係る光増幅器を備えたことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る波長変換器は、本発明の一態様に係る光増幅器を備えたことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光通信システムは、本発明の一態様に係る光増幅器を備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、ポンプ光のスペクトル幅や増幅した信号光のスペクトル幅の拡大が抑制されるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図２は、実施の形態２に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図３は、実施の形態３に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図４は、実施の形態４に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図５は、実施の形態５に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図６は、実施の形態６に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図７は、実施の形態７に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図８は、実施の形態８に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図９は、実施の形態９に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図１０は、実施の形態１０に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図１１は、実施の形態１１に係る光増幅器の模式的な構成図である。 図１２は、実施の形態１２に係る光通信システムの模式的な構成図である。 図１３は、実験に用いた光増幅器の模式的な構成図である。 図１４は、ポンプ光のスペクトルを示す図である。 図１５は、増幅された信号光のスペクトルを示す図である。 図１６は、ポンプ光と信号光とのスペクトルを示す図である。 図１７は、実験に用いた実験系の模式的な構成図である。 図１８は、利得とＮＦの波長依存性を示す図である。 図１９は、偏波ダイバーシティー構成を用いた偏波無依存ＦＯＰＡの構成の一例を示す図である。 図２０は、ＳＢＳによりスペクトル幅が拡大した信号光のスペクトルの一例を示す図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る光増幅器、光増幅システム、波長変換器および光通信システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法や寸法の比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
　図１９は、非特許文献１のＦｉｇ．１に記載されている、偏波ダイバーシティー構成を用いた偏波無依存ＦＯＰＡ１０１の構成の一例を示す図である。なお、図１９中、太線は偏波保持光ファイバを示し、細線は偏波保持ではない光ファイバを示している。ポンプ光源部１０２において、ポンプ光Ｐ１０１は、波長可変外部共振器型の半導体レーザ１０２ａから出力される連続光(ＣＷ:Continuous　Wave)を、周波数がｆ１、ｆ２、ｆ３と互いに異なる周波数の正弦波で駆動されている位相変調器(Phase　Modulator)１０２ｂで変調したのちに、ＥＤＦＡ１０２ｃで増幅する。その後、ＢＰＦ(BandPass　Filter)１０２ｄでＥＤＦＡ１０２ｃからのＡＳＥ(Amplified　Spontaneous　Emission)光を取り除き、偏波制御器(Polarization　Controller)１０２ｅにて偏波状態を調節して出力する。信号光Ｓ１０１とポンプ光Ｐ１０１とをＷＤＭ(Wavelength　Division　Multiplexing)フィルタまたは分岐フィルタ等を備える光カプラ１０６で合波し、光サーキュレータ(circulator)１０９を通過させたのちに、ＰＢＳ(Polarization　Beam　Splitter)１０３にて、互いに直交するｘ偏波とｙ偏波とに分離する。なお、ポンプ光源部１０２で用いている偏波制御器１０２ｅは、ＰＢＳで偏波分離されたポンプ光のパワーが同一となるように調節する。ＰＢＳ１０３で分離された同一の偏波を持つ信号光とポンプ光とは、ＰＢＳ後段に設けられた偏波保持高非線形性光ファイバ（ＰＭ－ＨＮＬＦ（Polarization　Maintaining-Highly　Nonlinear　Fiber））である光増幅ファイバ１０４で構成される光ループをそれぞれ時計回り(Clockwise)と反時計回り(Counter-Clockwise)に伝搬する。この時、伝搬方向が逆の光は、光増幅ファイバの同一の偏波軸を伝搬する。これにより、伝搬する光学的な伝搬距離が時計回り方向と反時計回り方向とで同一となり、これらの光が再びＰＢＳ１０３中で偏波合成された際には、互いに位相差は発生しない。また、両伝搬方向の信号光は光増幅ファイバ１０４を通過する際にパラメトリック効果により増幅される。ＰＢＳ１０３で偏波合成されて増幅された信号光Ｓ１０２は、光サーキュレータ１０９を通過後、出力される。
　偏波無依存ＦＯＰＡ１０１では、光増幅ファイバ１０４中でＳＢＳが発生するのを避けるためにポンプ光Ｐ１０１の位相を変調し、その光スペクトル幅を拡大している。ポンプ光Ｐ１０１の中心波長は半導体レーザ１０２ａが出力する波長であり、位相変調により中心波長から９～１１ＧＨｚ離れた波長にも、或る一定のポンプ光のパワーが存在する。光増幅ファイバ１０４中でＳＢＳにより誘導励起される縦波音響波（ＬＡ：Longitudinal　Acoustic-mode）の周波数は一般に９～１１ＧＨｚであり、ＳＢＳが発生するとドップラー効果によりポンプ光の波長（光周波数）はＬＡの周波数だけずれた光を反射する。
　光増幅ファイバ１０４を伝搬するポンプ光が一方向だけである場合、熱的に励起されたＬＡにより発生した反射光（正確には、ブリルアン散乱光）とポンプ光とが干渉する。干渉によって生じた光パワーは、ＬＡと同一の周期の光-弾性効果を通じて、ＬＡのパワーを増大させる。その結果ＬＡが散乱する（反射する）ポンプ光のパワーが増大する。増大した反射光は、さらにＬＡのパワーを増大させる、といった原理により、ＳＢＳが発生する。
　一方で、位相変調によるスペクトル拡大を受けているポンプ光が、光増幅ファイバ１０４中を双方向に伝搬する場合、熱的に励起されたＬＡが反射するよりも数桁大きなパワーの光（ポンプ光）が逆方向に伝搬している状況である。そのため、双方向に伝搬するポンプ光が干渉することで、誘導的にＬＡを励起するため、ＳＢＳが、一方向だけポンプ光を伝搬させるときに比較し、著しく小さな光パワーでも発生する。
　そのため、ＳＢＳにより反射された光が元となるＳＢＳという高次のＳＢＳが容易に発生し、ポンプ光のスペクトル幅が大きく拡大する。そして、スペクトル幅の大きなポンプ光によりパラメトリック増幅された信号光のスペクトル幅も拡大し、光通信を行う上での情報品質を劣化させる。すなわち、光通信用の光増幅器としては機能しなくなる。
　図２０に、ＳＢＳによりスペクトル幅が拡大した信号光のスペクトルの一例を示す。図２０は、図１９の偏波無依存ＦＯＰＡ１０１において、位相変調器１０２ｂを駆動する信号を、帯域１．２ＧＨｚの白色雑音に変更し、光増幅ファイバ１０４としてゼロ分散波長が１５６５ｎｍ近傍のものを用いた偏波無依存ＦＯＰＡで測定したものである。そして、波長１５６５ｎｍ付近のポンプ光Ｐ１０１のパワーを７Ｗとし、波長１５５１ｎｍで線幅１００ｋＨｚ程度のＣＷ光を信号光Ｓ１０１としてパラメトリック増幅した。そして、光サーキュレータ１０９から出力された信号光を光アッテネータで減衰させたのちに光スペクトラムアナライザで測定した。図２０より、線幅１００ｋＨｚの線スペクトルであった信号光が、パラメトリック増幅の結果、数ナノメートルのスペクトル幅を持つ信号光となったことがわかる。
　これに対して、以下に説明する実施の形態に係る光増幅器によれば、励起光のスペクトル幅や増幅した信号光のスペクトル幅の拡大が抑制される。
（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る光増幅器の模式的な構成図である。光増幅器１は、偏波無依存ＦＯＰＡとして構成されている。光増幅器１は、ポンプ光源部２と、偏波合分波器（ＰＢＳ）３と、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５と、光合分波器であるＷＤＭカプラ６、７と、光排出部８と、光サーキュレータ９と、光熱変換モジュール１０ａ、１０ｂとを備える。なお、図１中、太線または二重線は偏波保持光ファイバを示し、細線は偏波保持ではない光ファイバを示している。
　ポンプ光源部２は、ポンプ光源としてのＴＬＳ（Tunable　Light　Source）２ａと、位相変調器２ｂと、信号発生器２ｃと、偏波保持３ｄＢカプラ２ｄと、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆと、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２ｇ、２ｈとを備えている。ポンプ光源部２は、後述する位相変調されたポンプ光Ｐ１、Ｐ２を出力する
　ＰＢＳ３は、第一ポート３ａ、偏波依存型光ファイバからなる第二ポート３ｂおよび第三ポート３ｃを有し、第一ポート３ａから入力された光を互いに直交する偏波成分に分離して第二ポート３ｂおよび第三ポート３ｃのそれぞれから出力する。
　第一偏波依存型光増幅ファイバ部４は、偏波合分波器３の第三ポート３ｃに接続され、ＰＭ－ＨＮＬＦである偏波依存型光増幅ファイバ４ａで構成されている。第二偏波依存型光増幅ファイバ部５は、偏波合分波器３の第二ポート３ｂに接続され、ＰＭ－ＨＮＬＦである偏波依存型光増幅ファイバ５ａで構成されている。
　ＷＤＭカプラ６、７は、それぞれ、ＰＢＳ３と第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５との間に配置されている。ＷＤＭカプラ６、７は、ポンプ光Ｐ１、Ｐ２を第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とにそれぞれ入力させるように接続されている。
　光排出部８は、ＷＤＭカプラ８ａ、８ｂを備えている。光排出部８は、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５との間に接続されて第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とともに光ループ１１を構成している。光排出部８は、後述するように、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５のそれぞれを伝搬してきたポンプ光Ｐ１、Ｐ２を光ループ１１の外部に排出する機能を有する。
　光サーキュレータ９は、光ファイバからなる第一ポート９ａ、第二ポート９ｂおよび第三ポート９ｃを有する。第二ポート９ｂはＰＢＳ３の第一ポート３ａに接続されている。また、第一ポート９ａから所定の波長帯域に含まれる信号光Ｓ１が入力されると、光サーキュレータ９は信号光Ｓ１を第二ポート９からにＰＢＳ３に出力する。また、後に詳述するように、信号光Ｓ１が増幅されたものである信号光Ｓ２がＰＢＳ３の第一ポート３ａから光サーキュレータ９の第二ポート９ｂに出力されると、信号光Ｓ２を第三ポート９ｃから出力する。なお、光サーキュレータ９とＰＢＳ３と光ループ１１とにより偏波ダイバーシティー構成１２が構成されている。
　光熱変換モジュール１０ａ、１０ｂは、光排出部８に接続されており、光排出部８から排出されたポンプ光Ｐ１、Ｐ２を熱に変換して放熱するためのモジュールである。
　つぎに、ポンプ光源部２について具体的に説明する。ポンプ光Ｐ１、Ｐ２は、次のように発生し、出力される。ＴＬＳ２ａが出力する直線偏波のＣＷ光は、信号発生器２ｃから出力されるＲＦ信号により駆動された位相変調器２ｂにて位相変調を受ける。その後、ＣＷ光は、偏波保持３ｄＢカプラ２ｄでパワーを２分岐された後、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆにてそれぞれ増幅され、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆにて発生した不要なＡＳＥ光をＢＰＦ２ｇ、２ｈで取り除かれる。これにより、各ＣＷ光は、位相変調されたポンプ光Ｐ１、Ｐ２として出力される。
　ここで、ポンプ光源は、ＴＬＳ２ａでなくてもよく、ＤＦＢ－ＬＤ(Distributed　FeedBack-Laser　Diode)や外部共振器型半導体ＬＤなど、ＣＷ光を発生するいかなる光源であってもよい。偏波保持３ｄＢカプラ２ｄの設置位置は、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆとＴＬＳ２ａの間であればどの位置に設置してもよい。ただし、位相変調器２ｂの前段に設置した場合は、分岐したＣＷ光それぞれを位相変調できるように二つの位相変調器２ｂを用いる。位相変調器２ｂを二つ用いる場合、駆動するＲＦ信号は、必ずしも同一である必要はなく、逆位相など任意の異なる位相関係で駆動したり、異なる周波数の正弦波を用いたり、白色雑音の帯域や周波数領域を変えたものでも良い。偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆは、ＣＷ光の偏波を保持したまま増幅できるのであれば、ＰＭ－ＥＤＦＡであってもＰＭ－ＥＹＤＦＡであっても、ＰＭラマン増幅器であっても良い。偏波保持３ｄＢカプラ２ｄは、必ずしもその分岐比が１：１である必要はなく、例えば１０：１等の異なる分岐比をもつ偏波保持カプラに置き換えても良い。ただし、二つの、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆが出力するポンプ光の品質を同等にするには、各偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆに入力する光パワーは同等であることが望ましい。ＢＰＦ２ｇ、２ｈは、透過帯域が、ＣＷ光のスペクトル帯域よりも大きい限りは、できる限り帯域が狭い方が不要なＡＳＥ光をより多く取り除けるため好ましい。また、ＢＰＦ２ｇ、２ｈは、誘電体多層膜フィルタのほかに、偏波保持サーキュレータと偏波保持ＦＢＧの組み合わせや、ＡＷＧなどがその候補として挙げられる。ＢＰＦ２ｇ、２ｈとＴＬＳ２ａとの間であれば、光部品の損失の補償や偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆのＮＦの改善などの必要に応じて、プリアンプとして偏波保持光増幅器をどの位置に設置しても良い。
　光増幅器１の動作について説明する。光サーキュレータ９は第一ポート９ａから入力された信号光Ｓ１を第二ポート９ｂからＰＢＳ３に出力する。ＰＢＳ３は入力された信号光Ｓ１を、互いに直交する偏波成分の信号光Ｓ１１、Ｓ１２に分離して第二ポート３ｂおよび第三ポート３ｃのそれぞれから出力する。
　つぎに、ＷＤＭカプラ６は、ポンプ光Ｐ１と信号光Ｓ１１との偏波を一致させたまま合波し、ＷＤＭカプラ７は、ポンプ光Ｐ２と信号光Ｓ１２との偏波を一致させたまま合波し、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とにそれぞれ入力させる。信号光Ｓ１１、Ｓ１２は、光ループ１１をそれぞれ時計回り(Clockwise)と反時計回り(Counter-Clockwise)に伝搬する。この時、伝搬方向が逆の光は、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５の同一の偏波軸（たとえばｓｌｏｗ軸）を伝搬する。これにより、信号光Ｓ１１、Ｓ１２の伝搬する光学的な伝搬距離が時計回り方向と反時計回り方向とで同一となり、これらの光が再びＰＢＳ３中で偏波合成された際には、互いに位相差は発生しない。
　また、信号光Ｓ１１は、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４を通過する際にパラメトリック効果により増幅され、信号光Ｓ１２は、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５を通過する際にパラメトリック効果により増幅される。なお、各偏波依存型光増幅ファイバ部４、５中では、ポンプ光と信号光とから、各偏波依存型光増幅ファイバ部４、５の非線形光学効果によりアイドラ光が発生する。
　ここで、光排出部８のＷＤＭカプラ８ａは、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４を伝搬してきた信号光Ｓ１１、ポンプ光Ｐ１、アイドラ光のうち、ポンプ光Ｐ１を光ループ１１の外部に排出する機能を有する。具体的には、ＷＤＭカプラ８ａは、光ファイバからなる３つのポートを有し、それぞれ第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、ＷＤＭカプラ８ｂ、光熱変換モジュール１０ａに接続されている。ＷＤＭカプラ８ａは、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４を伝搬してきた信号光Ｓ１１、ポンプ光Ｐ１、アイドラ光のうち、信号光Ｓ１１とアイドラ光とをＷＤＭ８ｂに透過させ、ポンプ光Ｐ１を光ループ１１の外部の光熱変換モジュール１０ａに出力する波長特性を有する。
　同様に、光排出部８のＷＤＭカプラ８ｂは、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５を伝搬してきた信号光Ｓ１２、ポンプ光Ｐ２、アイドラ光のうち、ポンプ光Ｐ２を光ループ１１の外部に排出する機能を有する。具体的には、ＷＤＭカプラ８ｂは、光ファイバからなる３つのポートを有し、それぞれ第二偏波依存型光増幅ファイバ部５、ＷＤＭカプラ８ａ、光熱変換モジュール１０ｂに接続されている。ＷＤＭカプラ８ｂは、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５を伝搬してきた信号光Ｓ１２、ポンプ光Ｐ２、アイドラ光のうち、信号光Ｓ１２とアイドラ光とをＷＤＭ８ａに透過させ、ポンプ光Ｐ２を光ループ１１の外部の光熱変換モジュール１０ｂに出力する波長特性を有する。
　その結果、ＰＢＳ３は、光ループ１１を一周した、増幅された信号光Ｓ１１、Ｓ１２を偏波合成して生成されて増幅された信号光Ｓ２を光サーキュレータ９に出力し、光サーキュレータ９はその第三ポート９ｃから信号光Ｓ２を出力する。
　すなわち、光増幅器１では、ＳＢＳならびに高次のＳＢＳを発生させないために、各偏波依存型光増幅ファイバ部４、５のそれぞれを、ポンプ光Ｐ１、Ｐ２のそれぞれが一方向きのみに伝搬し、光ループ１１の途中で外部に排出される。なお、たとえば一部のポンプ光Ｐ１は、パワーが著しく小さいながらも、ＷＤＭカプラ８ａを信号光Ｓ１１と共に通過する。しかし、二つ目のＷＤＭカプラ８ｂにて、そのパワーのほとんどが光ループ１１外に排出される。
　これにより、光増幅器１では、一方のポンプ光に対向して伝搬するポンプ光の強度が著しく低下するので、ポンプ光のスペクトル幅や増幅した信号光のスペクトル幅の拡大が抑制される。
　光排出部８を構成するデバイスであるＷＤＭカプラ８ａ、８ｂは、ＢＰＦを用いたタイプのものや、ＳＰＦ（Short　Pass　Filter）やＬＰＦ(Long　Pass　Filter)を用いたタイプのものなど、ポンプ光と信号光とを分離できるデバイスであれば、どのようなデバイスを用いても良い。ポンプ光を排出する光ファイバは、温度変化によるデバイス内の軸ずれに依らずポンプ光の排出特性を維持できるように、コア径の大きなマルチモード光ファイバを用いても良い。
　つぎに、光熱変換モジュール１０ａ、１０ｂについて説明する。排出するポンプ光は、ＷＤＭカプラ８ａ、８ｂにおいてポンプ光に結合された光ファイバポートより出力される。安全かつ安定に光増幅器１を動作させるためには、排出されるポンプ光を光熱変換モジュール１０ａ、１０ｂにて安全な方法で熱に変換する必要がある。光熱変換モジュール１０ａ、１０ｂは、光を熱に変換する方法として、ポンプ光を吸収する加工をした金属または非金属に光を当て、その金属または非金属をヒートシンクに熱接触させるか金属または非金属自体をヒートシンクとする構成を有することが好ましい。用いる金属の候補には、黒色アルマイト（アルマイト処理したアルミニウム：anodized　aluminum）や、黒色セラミックをコーティングしたアルミニウムや銅、鉄、がある。非金属での候補としては、グラファイトなどがある。
　また、排出するポンプ光を伝搬させる光ファイバの端面からの反射が光増幅器１の動作を不安定にしたり、利得特性を変動させたりし、悪影響を与える可能性がある。それを避ける方法として、以下の方法が適用できる。
　一つは、光ファイバの端面を斜めにカットする、もしくはＡＰＣ（Angled　Physical　Contact）コネクタを接続する方法である。もう一つは、光ファイバを曲げによる損失が発生する直径よりも小さな直径で複数回巻き、ポンプ光を光ファイバの長手方向で放出する方法である。後者では、ポンプ光は被覆樹脂を通過して光ファイバから放出されるため、光ファイバの被覆樹脂には熱に強いポリイミド樹脂を用いることも好ましい。また、光ファイバをヒートシンクにグリースなど接触断面積を増やす材料を用いて熱接触させ冷やすなどの処置をとることが好ましい。上記の二つの方法の片方もしくは両方を用いることで、排出したポンプ光が光ファイバの端面で反射され、逆方向に伝搬することを緩和することができる。
　また、光増幅器１の光学系路が光ファイバで構成される場合は、できる限り融着接続もしくは、偏波保持融着接続を用いて光ファイバを接続して構成した方が、光損失、偏波軸ずれを抑制できるため好ましい。ただし、製造の都合上、光コネクタを用いて光ファイバを接続する方が効率的である場合は、それに及ばない。光コネクタをハイパワーのポンプ光が伝搬する場所に適用する場合、ＡＰＣコネクタを用いることが、端面反射を防いだり、接続面での熱損傷等を抑制したりするうえで好ましい。
（実施の形態２）
　つぎに、実施の形態２に係る光増幅器について説明する。偏波無依存ＦＯＰＡの実用には、その偏波依存利得が、例えば０．５ｄＢ以下と小さくなくては、増幅後の信号の品質が劣化し、光信号を受信した時のエラーが増大する。そこで、実施の形態１において、時計回りに伝搬する信号光Ｓ１１をパラメトリック増幅する第一偏波依存型光増幅ファイバ部４に入力するポンプ光Ｐ１のパワーと反時計回りに伝搬する信号光Ｓ１２をパラメトリック増幅する第二偏波依存型光増幅ファイバ部５に入力するポンプ光Ｐ２のパワーのうち、どちらか片方もしくは両方を、利得差が０．５ｄＢ以下となるように制御することが好ましい。これにより偏波依存利得を０．５ｄＢ以下とできる。
　図２は、実施の形態２に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ａは、光増幅器１に、モニタ用光カプラ２１ａ、２１ｂ、パワーモニタ２２ａ、２２ｂ、および制御器２３を追加した構成を有する。
　モニタ用光カプラ２１ａ、２１ｂは、それぞれ、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と光排出部８との間、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５と光排出部８との間に配置されている、ＢＰＦを用いた偏波保持光カプラである。ただし、モニタ用光カプラ２１ａ、２１ｂの配置される位置は、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５との間であれば特に限定されない。たとえば光排出部８のＷＤＭカプラ８ａ、８ｂとモニタ用光カプラ２１ａ、２１ｂとの接続の順番は図２と逆でもよい。
　モニタ用光カプラ２１ａ、２１ｂは、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５によるパラメトリック増幅の利得の利得波長帯域のうち、信号光Ｓ１を含む信号波長帯域外の波長におけるＡＳＥ光の一部をそれぞれ取り出し、パワーモニタ２２ａ、２２ｂに出力する。たとえば、信号波長帯域がＣバンド(１５３０ｎｍ－１５６５ｎｍ)であり、ポンプ光の波長が１５６５ｎｍであるときに、１５３０ｎｍよりも短波側でＡＳＥ光が存在する波長領域として、例えば１５２０ｎｍ－１５２５ｎｍの波長領域のＡＳＥ光を取り出す。
　パワーモニタ２２ａ、２２ｂは、たとえばＰＤ（Photo　Diode）を備えており、モニタ用光カプラ２１ａ、２１ｂのそれぞれから取り出されたＡＳＥ光を受光し、受光したＡＳＥ光のパワーに応じた値の電流信号を出力する。
　制御器２３は、パワーモニタ２２ａ、２２ｂのそれぞれから入力された電流信号の値にもとづき、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆから出力されるポンプ光のパワーを調整するように偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆを制御する。これにより、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とにそれぞれ入力されるポンプ光Ｐ１、Ｐ２のパワーが調整される。
　このとき、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とのそれぞれのパラメトリック増幅の利得波形が、パラメトリック増幅の利得波長帯域のうち少なくとも信号光Ｓ１を含む信号波長帯域において、０．５ｄＢ以内の差異となるように、ポンプ光Ｐ１、Ｐ２のパワーを調整する。これにより偏波依存利得を０．５ｄＢ以下とできる。
　なお、注意すべきは、モニタしたＡＳＥ光のパワーが同一になるようにポンプ光Ｐ１、Ｐ２のパワーを制御することが、必ずしも偏波依存利得を最小にしない点である。時計回りと反時計回りの信号光Ｓ１１、Ｓ１２のパラメトリック増幅には、それぞれ非線形性や分散特性など一般的なファイバ特性は同等であるが厳密には同一でない第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とを用いるため、ＡＳＥ光の波長特性が一致しない場合があるからである。両伝搬方向のＡＳＥ光のパワー比をどの値となるようにポンプ光Ｐ１、Ｐ２のパワーを制御すると偏波依存利得が最小になるかは、あらかじめ測定しておくのが好ましい。また、ＡＳＥ光の代わりに、信号波長領域外にプローブとなるＣＷ光を入力し、その増幅後のパワーをモニタして偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆが出力するポンプ光のパワーを制御しても良い。
　また、パワーモニタ２２ａ、２２ｂを使用せず、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とによるそれぞれのパラメトリック増幅の利得が、パラメトリック増幅の利得波長帯域の少なくとも１つの波長において、０．５ｄＢ以内の差異となるような偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆのポンプ光出力パワーを予め測定しておき、その測定値となるように調整しておいてもよい。
（実施の形態３）
　つぎに、実施の形態３に係る光増幅器について説明する。信号光Ｓ１として、単一波長の信号光ではなく、ＷＤＭ信号光を偏波無依存ＦＯＰＡに入力し、増幅する場合、偏波依存利得の波長依存性を０．５ｄＢ以下と小さくする必要がある。これを実現するためには、たとえば、偏波依存型光増幅ファイバのゼロ分散波長(ＺＤＷ：Zero　Dispersion　Wavelength)がポンプ光の波長の前後５ｎｍ以内にある場合、ＺＤＷとポンプ光の波長とを、偏波依存利得の波長依存性が小さくなるように調整する。なお、ＺＤＷとポンプ波長とが一致している場合、パラメトリック増幅の利得形状は波長に対して平坦であり、かつ、利得帯域が最大となる。ポンプ波長がＺＤＷよりも長波長側に設定されている場合、利得は、ポンプ光の波長から離れるに従い増大し、ある波長間隔よりも離れると逆に利得が減少する。すなわち、利得波形は、ある波長を最大とした、上に凸の形状となる。また、ポンプ波長がＺＤＷよりも短波長側にある場合、ポンプ波長を最大利得とする上に凸の利得形状となり、利得帯域はＺＤＷとポンプ波長とが一致している時よりも減少する。
　図３は、実施の形態３に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｂは、光増幅器１Ａにおいて、制御器２３を制御器２４に置き換え、さらに温度調整器２５ａ、２５ｂを追加した構成を有する。
　温度調整器２５ａ、２５ｂは、それぞれ、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５のそれぞれの温度を調整する。第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５のそれぞれを高温にすると、それぞれを構成する偏波依存型光増幅ファイバ４ａ、５ａのＺＤＷが長波長側に移動する。
　制御器２４は、パワーモニタ２２ａ、２２ｂのそれぞれから入力された電流信号の値にもとづき、温度調整器２５ａ、２５ｂまたはＴＬＳ２ａの少なくとも一方または両方を制御する。具体的には、温度調整器２５ａ、２５ｂにより第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５のそれぞれの温度を調整し、そのＺＤＷを調整するように制御を行う。または、ＴＬＳ２ａから出力されるＣＷ光の波長を調整し、ポンプ光Ｐ１、Ｐ２の波長を調整するように制御を行う。
　このとき、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とのそれぞれのパラメトリック増幅の利得波形が、パラメトリック増幅の利得波長帯域のうち少なくとも信号光Ｓ１を含む信号波長帯域において、０．５ｄＢ以内の差異となるように、温度調整器２５ａ、２５ｂまたはＴＬＳ２ａの少なくとも一方または両方を制御する。これにより偏波依存利得を０．５ｄＢ以下とできる。
　温度調整器２５ａの構成例について説明する。なお、温度調整器２５ｂも同様の構成とできる。温度調整器２５ａにおいて、偏波依存型光増幅ファイバ４ａをたとえば内径６０ｍｍのコイル状に巻く。このとき、偏波依存型光増幅ファイバ４ａを芯に巻いた状態で保持するようにはせず、偏波依存型光増幅ファイバ４ａに側圧が掛からないようにたとえば芯に巻かないコイル状の状態で保持し、偏波消光比の劣化を防止する。そして、コイル状の偏波依存型光増幅ファイバ４ａを金属ケース等の中に入れ保護し、その金属ケースにヒータやペルティエ素子等の温度を増減させるデバイスを設け、このデバイスと熱電対やサーミスタ、白金抵抗などの温度センサを熱的に接触させる。そして、温度コントローラを用いて、偏波依存型光増幅ファイバ４ａが適切な温度になるように制御を行う。このとき、金属ケースの周りを断熱材で覆うと、温度を増減させるデバイスが消費する電力を省くことができ、好ましい。
（実施の形態４）
　図４は、実施の形態４に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｃは、光増幅器１の光排出部８を光排出部２５に置き換えた構成を有する。
　光排出部２５は、光排出部８にアイドラ光除去器８ｃを追加した構成を有する。アイドラ光除去器８ｃは、光排出部８の２つのＷＤＭカプラ８ａ、８ｂの間に配置されている。アイドラ光除去器８ｃは、たとえばＢＰＦ、ＬＰＦまたはＳＰＦ等を備えており、アイドラ光を透過しない波長特性を有する。なお、アイドラ光除去器８ｃは、信号光Ｓ１の波長とアイドラ光の波長を含む波長帯の光を透過し、それ以外の波長帯の光を透過しない特性のものでもよい。これにより、アイドラ光を含む所定の波長帯の光が除去される。すなわち、光排出部２５は、ポンプ光Ｐ１、Ｐ２とともにアイドラ光を光ループ１１の外部に排出するように構成されている。この場合、光増幅器１Ｃの光サーキュレータ９の第三ポート９ｃからは、増幅対象となっている波長帯域の信号光Ｓ２のみが増幅されて出力される。また、増幅対象の波長帯域外の波長領域を取り除くと、ＡＳＥ光の発生、ラマン効果による長波長側の信号の利得の波長依存性の発生や、増幅対象帯域外にて発生するパラメトリック発振などの増幅器としては不要で抑制すべき現象を取り除くことが可能となる。なお、アイドラ光除去器８ｃに代えて、信号光Ｓ１１、Ｓ１２と直交する偏波成分の光を光ループ１１の外部に排出する偏波デバイス（たとえばポラライザ）を設けるようにしても良い。
　なお、このような偏波デバイスやアイドラ光除去器８ｃは、必ずしも２つのＷＤＭカプラ８ａ、８ｂの間に配置されている必要は無く、２つの偏波依存型光増幅ファイバ４ａ、５ａの間であれば、どの位置に配置しても上記と同様の効果が得られる。
（実施の形態５）
　図５は、実施の形態５に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｄは、光増幅器１において第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５をそれぞれ第一偏波依存型光増幅ファイバ部２６、第二偏波依存型光増幅ファイバ部２７に置き換えた構成を有する。
　第一偏波依存型光増幅ファイバ部２６は、ＰＭ－ＨＮＬＦである前段偏波依存型光増幅ファイバ２６ａと、ＰＭ－ＨＮＬＦである後段偏波依存型光増幅ファイバ２６ｂと、前段偏波依存型光増幅ファイバ２６ａと後段偏波依存型光増幅ファイバ２６ｂの間に挿入され、入力された光の相対位相を変化させる相対位相シフタ２６ｃとを備える。第二偏波依存型光増幅ファイバ部２７は、ＰＭ－ＨＮＬＦである前段偏波依存型光増幅ファイバ２７ａと、ＰＭ－ＨＮＬＦである後段偏波依存型光増幅ファイバ２７ｂと、前段偏波依存型光増幅ファイバ２７ａと後段偏波依存型光増幅ファイバ２７ｂの間に挿入され、入力された光の相対位相を変化させる相対位相シフタ２７ｃとを備える。
　相対位相シフタ２６ｃ、２７ｃは、それぞれ、ほぼポンプ光Ｐ１、Ｐ２の位相のみをずらし、信号光Ｓ１１、Ｓ１２や位相共役光の位相はほとんどずらさない特性を有する。このように相対位相シフタ２６ｃ、２７ｃを用いることで、ＱＰＭ(Quasi-Phase-Matching)が実現され、利得の増大や利得波形の平坦化と広帯域化とが実現される（特許文献１参照）。
　相対位相シフタ２６ｃ、２７ｃとしては、ＰＭ－ＨＮＬＦをベースに作製したＰＭ－ＦＢＧや、ピッグテールが偏波保持光ファイバかＰＭ－ＨＮＬＦである誘電体多層膜型オールパスフィルタを用いることができる。なお、ＰＭ－ＦＢＧを採用する場合、利得帯域が最も拡大し、平坦な利得が得られるブラッグ波長がポンプ光の波長から前後５ｎｍの範囲にあるので、ＰＭ－ＦＢＧの製造時にブラッグ波長をポンプ波長の前後５ｎｍとなるように製造することが好ましい。
　なお、パラメトリック利得の増大と平坦な形状をえるために、相対位相シフタ２６ｃ、２７ｃを構成するＰＭ－ＦＢＧのブラッグ波長を調節する必要がある。ＦＯＰＡにおいては、ＡＳＥ光のパワーと形状とは、ＦＯＰＡの利得と形状との相関が強い。そのため、ＡＳＥ光のスペクトルを測定しながらブラッグ波長を調節し、パラメトリック利得の増大と平坦な形状を得るようにすることが好ましい。なお、ＰＭ－ＦＢＧのブラッグ波長は、ＰＭ－ＦＢＧの温度とＰＭ－ＦＢＧに掛ける張力により制御できる。温度の上昇と張力の増大とは、どちらもＰＭ－ＦＢＧのブラッグ波長を長波長側にずらす効果がある。そのため、ブラッグ波長を調整するために、温度もしくは張力の調整を利用できる。
　ところで、ＱＰＭを実現する際に、できる限りＳＢＳの影響を抑えるには、連結する偏波依存型光増幅ファイバ同士（たとえば、前段偏波依存型光増幅ファイバ２６ａと後段偏波依存型光増幅ファイバ２６ｂ）で互いにコア部の屈折率もしくはコアの屈折率を強く反映する特性である非線形定数が異なるようにすると、コア部の屈折率もしくは非線形定数が同一の偏波依存型光増幅ファイバを連結した際に比較し、ＳＢＳを抑圧することができる。これは、コア部の屈折率が異なる場合、ＬＡの振動数も異なるため、ＳＢＳの発生が各偏波依存型光増幅ファイバで独立となり、ＳＢＳの影響を抑制することができるからである。
　なお、本実施の形態５では、各偏波依存型光増幅ファイバ部は、前段偏波依存型光増幅ファイバと、後段偏波依存型光増幅ファイバと、その間に挿入された相対位相シフタを備えているが、各偏波依存型光増幅ファイバ部が、それぞれ複数の光増幅ファイバと、複数の光増幅ファイバの間にそれぞれ挿入された相対位相シフタとを備える構成としても良い。
（実施の形態６）
　図６は、実施の形態６に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｅは、光増幅器１においてポンプ光源部２をポンプ光源部３０に置き換えた構成を有する。
　ポンプ光源部３０は、ポンプ光源としての２つのＴＬＳ３０ａａ、３０ａｂと、ＴＬＳ３０ａａ、３０ａｂから出力されたＣＷ光をそれぞれ位相変調するための位相変調器３０ｂａ、３０ｂｂと、位相変調器３０ｂａ、３０ｂｂをそれぞれ駆動するための信号発生器３０ｃａ、３０ｃｂと、偏波保持光増幅器３０ｅ、３０ｆと、ＢＰＦ３０ｇ、３０ｈとを備えている。
　ＴＬＳ３０ａａが出力する直線偏波のＣＷ光は、信号発生器３０ｃａから出力されるＲＦ信号により駆動された位相変調器３０ｂａにて位相変調を受ける。その後、ＣＷ光は、偏波保持光増幅器３０ｅにて増幅され、偏波保持光増幅器３０ｅにて発生した不要なＡＳＥ光をＢＰＦ３０ｇで取り除かれ、位相変調されたポンプ光Ｐ３としてＷＤＭカプラ６に出力される。
　同様に、ＴＬＳ３０ａｂが出力する直線偏波のＣＷ光は、信号発生器３０ｃｂから出力されるＲＦ信号により駆動された位相変調器３０ｂｂにて位相変調を受ける。その後、ＣＷ光は、偏波保持光増幅器３０ｆにて増幅され、偏波保持光増幅器３０ｆにて発生した不要なＡＳＥ光をＢＰＦ３０ｈで取り除かれ、位相変調されたポンプ光Ｐ４としてＷＤＭカプラ７に出力される。
　この光増幅器１Ｅの構成では、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５へ入力させるポンプ光Ｐ３、Ｐ４の波長を互いに異なる波長にすることができる。そして、ポンプ光Ｐ３、Ｐ４の波長差が、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５中のＳＢＳを発生させるＬＡの周波数（通常９－１１ＧＨｚであり、光波長に直すと０．１ｎｍ程度）以上離れている場合、ポンプ光が第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５に双方向に入力しても、ＬＡを誘導的に励起しないため、ポンプ光や信号光の線幅拡大を避けることが可能になる。すなわち、ＳＢＳが発生しにくくなるとともに、仮にＷＤＭカプラ８ａ、８ｂにより除去しきれなかったポンプ光がＷＤＭカプラ８ａ、８ｂを透過したとしても、ＳＢＳによるポンプ光や信号光の線幅拡大を抑制できる。なお、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５のＺＤＷについては、それぞれで所望の利得特性が得られるようにポンプ光Ｐ３、Ｐ４の波長に対して調整しておくことが好ましい。したがって、互いにゼロ分散波長が異なっていても良い。
（実施の形態７）
　ポンプ光を信号光と合波するＷＤＭカプラの配置位置は、図１のようにＰＢＳ３と第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５との間が好ましい。なぜならば、光デバイスを透過するたびに、典型値としては０．５ｄＢ程度ポンプ光のパワーが減少するから、ポンプ光の損失をできる限り抑制するために、このように第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５の直前に配置することが好ましい。
　しかし、部品点数を減らす観点からすると、ポンプ光を信号光と合波するＷＤＭカプラの配置位置は、ＰＢＳ３よりも前段、たとえば光サーキュレータ９の前段（光サーキュレータ９の第一ポート９ａ側）でも良いし、光サーキュレータ９とＰＢＳ３との間でも良い。
　図７は、実施の形態７に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｆは、光増幅器１においてポンプ光源部２をポンプ光源部３１に置き換え、ＷＤＭカプラ６、７を削除し、ポンプ光を入力させるＷＤＭカプラ３２を光サーキュレータ９の第二ポート９ｂとＰＢＳ３の第一ポート３ａとの間に設けた構成を有する。
　ポンプ光源部３１は、ポンプ光源部２において、ＢＰＦ２ｇ、２ｈの後段に偏波合波器（ＰＢＣ）２ｉを追加した構成を有する。ＰＢＣ２ｉにより、ＢＰＦ２ｇ、２ｈからそれぞれ出力されたポンプ光Ｐ１、Ｐ２は直交する偏波成分として偏波合波されてポンプ光Ｐ５としてＷＤＭカプラ３２に出力する。ＷＤＭカプラ３２は、入力されたポンプ光Ｐ５をＰＢＳ３の第一ポート３ａに出力する。なお、ＷＤＭカプラ３２のＰＢＳ３の第一ポート３ａと接続されるポートを構成する光ファイバは、ポンプ光Ｐ５の直交する偏波成分であるポンプ光Ｐ１、Ｐ２を独立に伝搬できるよう偏波保持光ファイバであることが好ましい。
　ＰＢＳ３に入力されたポンプ光Ｐ５は、偏波分離されて、ポンプ光Ｐ５１、Ｐ５２として第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５のそれぞれに入力される。なお、ポンプ光Ｐ５１の偏波方向と信号光Ｓ１１との偏波方向は同一であり、ポンプ光Ｐ５２の偏波方向と信号光Ｓ１２との偏波方向は同一である。ポンプ光Ｐ５１、Ｐ５２は、光排出部８のＷＤＭカプラ８ａ、８ｂによりそれぞれ光ループ１１の外に排出される。
（実施の形態８）
　図８は、実施の形態８に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｇは、光増幅器１Ｆにおいて光サーキュレータ９を第一ポート３３ａ、第二ポート３３ｂおよび第三ポート３３ｃを有する光サーキュレータ３３に置き換え、ＷＤＭカプラ３２を光サーキュレータ３３の第一ポート３３ａ側に配置し、ＷＤＭカプラ３６を追加した構成を有する。なお、光サーキュレータ３３の第一ポート３３ａ、第二ポート３３ｂおよび第三ポート３３ｃはいずれも偏波保持ファイバで構成されている。ＷＤＭカプラ３６は光サーキュレータ３３の第三ポート３３ｃに接続されている。ＷＤＭカプラ８ａ、８ｂにより除去しきれなかったポンプ光がＷＤＭカプラ８ａ、８ｂを透過した場合、ＷＤＭカプラ３６のポート３６ａから排出される。
　なお、ＰＢＳ３で偏波分離された光（信号光Ｓ１１、Ｓ１２）が、ＰＢＳ３で位相をそろえて偏波合成できるようにするためには、光サーキュレータ３３の第一ポート３３ａの偏波保持光ファイバの長さと第一ポート３３ａと接続されるポートを構成するＷＤＭカプラ３２の偏波保持光ファイバの長さの合成の長さ（第一長さ）と、光サーキュレータ３３の第三ポート３３ｃの偏波保持光ファイバの長さと第三ポート３３ｃと接続されるポートを構成するＷＤＭカプラ３６の偏波保持光ファイバの長さの合成の長さ（第二長さ）とを、１ｍ以下の誤差で同一にすることが好ましい。これは、例えば、信号光Ｓ１の一部は、ＷＤＭカプラ３２の偏波保持光ファイバからＰＢＳ３までの光経路を構成する偏波保持光ファイバのスロー軸を伝搬しＰＢＳ３にまで到達する。その後、光ループ１１を伝搬後、ファスト軸を伝搬するように変換された信号光はＰＢＳ３から光サーキュレータ３３の第三ポート３３ｃ側の偏波保持光ファイバまでの光経路を構成する偏波保持光ファイバのファスト軸を伝搬する。一方で、信号光Ｓ１のうち、ＷＤＭカプラ３２の偏波保持光ファイバでファスト軸に分離されて伝搬する信号光が伝搬する偏波軸は、その逆である。両偏波軸を伝搬する信号光の伝搬距離が同一であれば、入力された信号光Ｓ１と出力された信号光Ｓ２の各偏波成分の位相関係は原理的には完全に一致する。もし、伝搬距離が異なるとその位相関係がずれる。そのため、第一長さと第二長さとはできる限り一致していることが好ましい。なお、本実施の形態におけるＷＤＭカプラ３６を削除する構成も可能である。この構成では、第二長さは、光サーキュレータ３３の第三ポート３３ｃの偏波保持光ファイバの長さであるが、この場合も、第一長さと第二長さとはできる限り一致していることが好ましい。
　なお、光増幅器１Ｇの偏波依存利得の調整は、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆが出力するポンプ光Ｐ１、Ｐ２のパワーを調節すれば、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４、第二偏波依存型光増幅ファイバ部５でポンプ光と信号光とが伝搬する各偏波軸におけるパラメトリック利得を調整することを介して、行うことができる。
（実施の形態９～１１）
　上記各実施の形態は、ポンプ光源部における偏波保持光増幅器の台数が２台の構成である。一方、ポンプ光源部における偏波保持光増幅器の台数を１台にすると、使用する偏波保持光増幅器が出力するポンプ光のパワーは２倍以上必要となるものの、コスト面では有利となる場合がある。
　図９は、実施の形態９に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｈは、光増幅器１においてポンプ光源部２をポンプ光源部３４に置き換えた構成を有する。ポンプ光源部３４は、ポンプ光源部２において、偏波保持３ｄＢカプラ２ｄを削除し、２つの偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆと２つのＢＰＦ２ｇ、２ｈとをそれぞれ１つの光ファイバ増幅器である偏波保持光増幅器２ｊとＢＰＦ２ｋに置き換え、偏波分配器２ｌ、ＰＢＳ２ｍを追加した構成を有する。
　位相変調器２ｂから出力されて位相変調された直線偏波のＣＷ光は、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆよりも出力の高い偏波保持光増幅器２ｊによって増幅され、偏波保持光増幅器２ｊにて発生した不要なＡＳＥ光をＢＰＦ２ｋで取り除かれ、位相変調されたポンプ光として偏波分配器２ｌに出力される。
　偏波分配器２ｌは、たとえば、１／２波長板もしくは１／４波長板を用いて構成され、入力された直線偏波のポンプ光を、その偏波方向を４５度傾けるもしくは円偏光にし、ＰＢＳ２ｍに出力する。これにより、偏波分配器２ｌは、ＰＢＳ２ｍの入力側の偏波保持光ファイバのスロー軸とファスト軸とに、ポンプ光をほぼ同じパワーで出力する。ＰＢＳ２ｍは、入力されたポンプ光を偏波分離して、略同じパワーのポンプ光Ｐ６１、Ｐ６２として出力する。ポンプ光Ｐ６１、Ｐ６２は、ＷＤＭカプラ６、７にそれぞれ入力され、第一偏波依存型光増幅ファイバ部４と第二偏波依存型光増幅ファイバ部５とをそれぞれ伝搬して信号光Ｓ１１、Ｓ１２をパラメトリック増幅し、ＷＤＭカプラ８ａ、８ｂにより排出される。なお、偏波分配器２ｌにおいて、スロー軸とファスト軸とへのポンプ光の分配比を調節することで、光増幅器１Ｈの偏波依存利得を小さくすることができる。
　なお、上記の構成の偏波分配器２ｌに代えて、二つの偏波保持光ファイバを、互いの偏波軸が４５度プラスマイナス５度の角度になるように接続し、一方の偏波保持光ファイバに入力されたポンプ光をもう一方の偏波保持光ファイバのスロー軸にもファスト軸にもほぼ同じパワーで出力させる構成の偏波分配器を用いても良い。なお、この偏波分配器でも、スロー軸とファスト軸とへのポンプ光の分配比を調節することで、光増幅器１Ｈの偏波依存利得を小さくすることができる。
　図１０は、実施の形態１０に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｉは、光増幅器１Ｆにおいてポンプ光源部３１をポンプ光源部３５に置き換えた構成を有する。ポンプ光源部３５は、ポンプ光源部３４からＰＢＳ２ｍを削除した構成を有する。なお、偏波分配器２ｌにおいて、スロー軸とファスト軸とへのポンプ光の分配比を調節することで、光増幅器１Ｉの偏波依存利得を小さくすることができる。
　図１１は、実施の形態１１に係る光増幅器の模式的な構成図である。この光増幅器１Ｊは、光増幅器１Ｇにおいてポンプ光源部３１をポンプ光源部３５に置き換えた構成を有する。なお、偏波分配器２ｌにおいて、スロー軸とファスト軸とへのポンプ光の分配比を調節することで、光増幅器１Ｊの偏波依存利得を小さくすることができる。
　実施の形態１０、１１よれば、ポンプ光を信号光と合波するＷＤＭカプラと偏波保持光増幅器とを削減することができるので、部品点数を削減できる。
（実施の形態１２）
　図１２は、実施の形態１２に係る光通信システムの模式的な構成図である。光通信システム１０００は、光送信器１００１と、光受信器１００２と、光送信器１００１と光受信器１００２とを接続する光伝送ファイバ１００３、１００４と、実施の形態１に係る光増幅器１とを備えている。
　光送信器１００１は、ＷＤＭ信号光である信号光Ｓ１を光伝送ファイバ１００３に出力する。光伝送ファイバ１００３は、信号光Ｓ１を伝送し、光増幅器１に入力させる。光増幅器１は、信号光Ｓ１をパラメトリック増幅して信号光Ｓ２として出力する。光伝送ファイバ１００４は、信号光Ｓ２を伝送し、光受信器１００２に入力させる。光受信器１００２は、信号光Ｓ２を受信する。光通信システム１０００は、信号光Ｓ２のスペクトル幅の拡大が抑制された光増幅器１を備えているので、高品質の信号伝送が可能となる。
（実施例）
　本発明の実施例として、図１３に示す構成の光増幅器１Ｋを作製し、その特性を測定した。光増幅器１Ｋは、図５に示す光増幅器１Ｄの構成において、ポンプ光源部２の位相変調器２ｂと偏波保持３ｄＢカプラ２ｄとの間にプリアンプとして偏波保持光増幅器２ｎを追加し、かつ信号発生器２ｃとして帯域１．２ＧＨｚの白色雑音信号源を使用している。また、光増幅器１Ｋの利得、ＮＦ、偏波依存特性を測定するために、ＣＷ光である信号光Ｓ１を発生するためのＴＬＳ４０と、ＴＬＳ４０から入力された信号光Ｓ１の偏波状態を乱雑にする偏波スクランブラ４１とを縦列接続して光サーキュレータ９の第一ポート９ａに接続し、光スペクトラムアナライザ４２を光サーキュレータ９の第三ポート９ｃに接続した。
　また、ＴＬＳ２ａが出力するＣＷ光の波長、パワー、線幅はそれぞれ１５６４．９ｎｍ、６ｄＢｍ、およそ１００ｋＨｚとした。位相変調器２ｂは、ＣＷ光を位相変調し、その３ｄＢスペクトル幅を５ＧＨｚ程度に拡大した。偏波保持光増幅器２ｎは、ＣＷ光を２０ｄＢｍのパワーになるように光増幅した。ＣＷ光はその後偏波保持３ｄＢカプラ２ｄにより二つに分離され、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆによりそれぞれ３５ｄＢｍのパワーまで増幅された。ＢＰＦ２ｇ、２ｈの透過帯域の半値幅は０．６ｎｍとした。ＷＤＭカプラ６、７として、波長範囲１５６４－１５７８ｎｍの光を透過させ、それ以外の波長の光を反射するマイクロオプティクスデバイスを用いた。なお、本実施例では、様々なポンプ波長で実験を行うために、透過波長範囲が広いＷＤＭカプラ６、７を用いたが、不要なＡＳＥ光を取り除いたり、信号光を増幅できる波長範囲を広帯域にするには、例えば中心波長が１５６４．９ｎｍで帯域が０．４ｎｍといった透過特性をもつＷＤＭカプラを適用することが好ましい。
　前段偏波依存型光増幅ファイバ２６ａ、２７ａ、後段偏波依存型光増幅ファイバ２６ｂ、２７ｂとして、ＰＭ－ＨＮＬＦ　＃１－＃４を用い、相対位相シフタ２６ｃ、２７ｃとしてＰＭ－ＦＢＧを適用した。ＰＭ－ＨＮＬＦ＃１と＃２の特性を表１に、ＰＭ－ＨＮＬＦ＃３と＃４の特性を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ＰＭ－ＨＮＬＦ＃１－＃４のＺＤＷは、いずれも１５６４．９ｎｍであった。ポンプ光の波長と同一のＺＤＷを持つＰＭ－ＨＮＬＦを適用することで、そのＰＭ－ＨＮＬＦが有する最大の利得帯域を利用でき、かつ、利得形状が最も平坦になる。ＰＭ－ＨＮＬＦ＃１、＃２の非線形定数は、２１[１／Ｗ／ｋｍ]であり、ＰＭ－ＨＮＬＦ＃３、＃４の非線形係数は、１２［１／Ｗ／ｋｍ］であり、大きく異なる。これは、ＰＭ－ＨＮＬＦ＃１、＃２と、ＰＭ－ＨＮＬＦ＃３、＃４とで、コア部の屈折率が大きく異なっていることを示唆しており、ＳＢＳにより励起されるＬＡの振動数が２０ＭＨｚ以上異なっていることを推定させる。ＬＡの振動数が２０ＭＨｚ以上異なる場合、ＳＢＳにより散乱（反射）された光が別のＰＭ－ＨＮＬＦ中で、ＬＡを誘導励起に寄与することがないため、ＰＭ－ＨＮＬＦの総ファイバ長から想定されるＳＢＳ閾値を３ｄＢ程度増大させ、ＳＢＳを抑制することに寄与すると考えられる。
　相対位相シフタ２６ｃ、２７ｃは、ＰＭ－ＨＮＬＦ＃１、＃２と同様の特性のＰＭ－ＨＮＬＦを用いて作製したＰＭ－ＦＢＧである。そのブラッグ波長は、ＺＤＷかつポンプ波長である１５６４．９ｎｍよりも０．５ｎｍ長波長である１５６５．４ｎｍとした。ＰＭ－ＦＢＧの反射光の３ｄＢ帯域は０．６ｎｍである。ポンプ波長とブラッグ波長とが異なるため、ポンプ光がＰＭ－ＦＢＧを伝搬する際に、ほとんど反射されることなく位相のみシフトする作用を受けるため、ＰＭ－ＦＢＧはポンプ位相シフタとして作用する。ＰＭ－ＦＢＧをＰＭ－ＨＮＬＦ＃１、＃２と同特性の光ファイバで製作することで、ＰＭ－ＦＢＧにおける分散の効果を実質的に無視でき、並びに、モードフィールド径（ＭＦＤ：Mode　Field　Diameter）がほぼ同一であるため融着接続ロスがほとんど無くできる、といった特長が得られる。
　ＷＤＭカプラ８ａ、８ｂとして、ＷＤＭカプラ６、７と同じ特性のものを適用した。ＷＤＭカプラ８ａ、８ｂにおいてポンプ光を廃棄するポートの光ファイバは、直径１５ｍｍ程度で１０回程度巻き、グリースを塗布したヒートシンクに固定した。光ファイバの端面は斜めにカットし、端面反射を防止した。
　また、光サーキュレータ９から出力された信号光Ｓ２は、光スペクトラムアナライザ４２や、別途光レシーバとオシロスコープを用いて、信号光Ｓ２のパワーの偏波変動を測定することで、偏波依存利得差がどの程度かを測定した。
　図１３に示す構成の光増幅器１Ｋを用いて、ポンプ光の線幅の著しい拡大が起きないことを、光スペクトラムアナライザ４２で光スペクトルを測定し、確認した。なお、ポンプ光の波長は１５６４．７ｎｍに設定し、前段偏波依存型光増幅ファイバ２６ａ、２７ａ（ＰＭ－ＨＮＬＦ♯１、♯２）に入力されるポンプ光パワーはおよそ３３ｄＢｍとした。
　図１４は、ポンプ光のスペクトルを示す図である。点線は偏波保持光増幅器２ｎ（ＰＭ－ＥＤＦＡ♯１）のみ動作させ、偏波保持光増幅器２ｅ、２ｆ（ＰＭ－ＥＤＦＡ＃２、＃３）の入力部における光スペクトルを示している。破線は、ＰＭ－ＥＤＦＡ＃１、＃３を動作させ、光ループ１１中で時計回りのポンプ光のみ伝搬している時の光スペクトルを示している。１５６４．８ｎｍに、１５６４．７ｎｍのピークパワーより１０ｄＢ程度パワーが小さいものの、ＳＢＳの発生を示唆するピークが発生している。実線は、ＰＭ－ＥＤＦＡ＃１、＃２、＃３を動作させ、ポンプ光が光ループ１１中で時計回りと反時計回りの両方向に伝搬している時の光スペクトルである。図２０に示すようなポンプ光のスペクトル幅拡大は全く無く、若干のＳＢＳの増大があるものの両方向の伝搬により著しく増大しておらず、ほぼ点線の光スペクトルと同じ程度の線幅であることがわかる。すなわち、図１３の構成を適用することで、偏波ダイバーシティー構成を採用し、ＰＭ－ＨＮＬＦへのポンプ光の入力パワーが３３ｄＢｍと大きくとも、図２０に示されたような光スペクトル幅の著しい拡大が起こらないことを確認した。
　図１５は、増幅された信号光のスペクトルを示す図である。なお、測定は、偏波スクランブラ４１を止めた状態で、ＴＬＳ４０から出力させた信号光Ｓ１として波長１５４５ｎｍのＣＷ光を入力したときのポンプ光の状態による光スペクトルの変化を示している。点線はポンプ光を入力しないときの光スペクトルである。この光スペクトルは、ＴＬＳ４０が出力するＣＷ光そのものの光スペクトルを反映している。破線と一点鎖線は、それぞれ、時計回りと反時計回りのポンプ光伝搬のみ行った時の光スペクトルである。ＡＳＥ光によるフロアの増大を除いては、ほぼ点線の形状と同様である。実線は、ＰＭ－ＥＤＦＡ＃１、＃２、＃３を動作させ、ポンプ光が時計回りと反時計回りの両方向に伝搬している時の光スペクトルである。これも、ＡＳＥ光によるフロアの増大を除いては、ほぼ点線の形状と同様である。すなわち、偏波ダイバーシティー構成を採用し、ＰＭ－ＨＮＬＦへのポンプ光の入力パワーが３３ｄＢｍと大きくとも、増幅された信号光の線幅が著しく増大することが無いことを確認した。
　図１６は、ポンプ光と信号光とのスペクトルを示す図である。信号光Ｓ１として波長１５４５ｎｍのＣＷ光を入力した。点線はポンプ光が無い時の光スペクトルである。実線は、ポンプ光を入力したときの光スペクトルである。信号光Ｓ１である１５４５ｎｍのＣＷ光が１８ｄＢ程度の利得で増幅していることがわかる。また、ＡＳＥ光のフロアが１５２５ｎｍから１５６０ｎｍまでほぼ平坦にあることから、平坦に増幅できる帯域がほぼ３５ｎｍあることがわかる。なお、波長１５６４．７ｎｍのポンプ光はＷＤＭカプラ８ａ、８ｂを通過した残留ポンプ光である。
　つぎに、ポンプ光パワーの調整での偏波依存利得差の低減や、ＺＤＷとポンプ光の波長との波長差やＰＭ－ＦＢＧのブラッグ波長の調整での偏波依存利得波形差の低減を実現できることを確認した。
　ポンプ波長の波長を１５６４．９ｎｍ、ＰＭ－ＨＮＬＦ♯１、♯２に入力するポンプパワーを３３ｄＢｍとし、偏波ダイバーシティーループの紙面右側と紙面左側のパラメトリック増幅特性を独立に測定した。この実験に用いた実験系の構成を図１７に示す。実験系は、光増幅器１Ｋの構成から光サーキュレータ９とＰＢＳ３とを削除し、ＷＤＭカプラ６、７の信号光入力ポートに直接、ＴＬＳ４０、４０から出力されたＣＷ光（信号光Ｓ１）を入力した。また、光排出部８を削除し、各偏波依存型光増幅ファイバ部２６、２７の終端に光コネクタ４３、４４を設け、利得特性を測定したい側の波依存型光増幅ファイバ部の終端の光コネクタを１８ｄＢＡＴＴ(Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ)４５に接続し、その出力光を光スペクトラムアナライザ４２で測定した。
　偏波依存利得差を低減させるためにポンプ光のパワーを調整する際には、信号光Ｓ１を入力せずにＡＳＥ光スペクトルのパワーと波形を光スペクトラムアナライザ４２で連続的に測定した。紙面右側の第一偏波依存型光増幅ファイバ部２６が出力するＡＳＥスペクトルと紙面左側の第二偏波依存型光増幅ファイバ部２７が出力するＡＳＥスペクトルとをほぼ同一とした後に、各偏波依存型光増幅ファイバ部２６、２７の利得とＮＦを測定した。図１８は、利得とＮＦの波長依存性を示す図である。図１８の円いシンボルは、第一偏波依存型光増幅ファイバ部２６の増幅特性を示し、四角いシンボルは、第二偏波依存型光増幅ファイバ部２７の増幅特性を示す。波長範囲が１５２５ｎｍから１５６０ｎｍの範囲で、第一偏波依存型光増幅ファイバ部２６と第二偏波依存型光増幅ファイバ部２７とで、偏波依存利得差並びに、偏波依存波形差が共に０．５ｄＢよりも小さいことを確認した。したがって、この実験系の測定条件を図１３に示す光増幅器１Ｋに適用すると、偏波依存利得差並びに、偏波依存波形差が共に０．５ｄＢよりも小さいことが推定できる。
　なお、光通信システム１０００では、光増幅器として光増幅器１を備えているが、光増幅器１に代えて上記各実施の形態に係る光増幅器のいずれを備えるようにしてもよい。
　また、上記実施の形態に係る光増幅器は、波長変換器として動作させることもできる。
　また、上記実施の形態に係る光増幅器を、ＥＤＦＡの前段やラマン効果を利用した光増幅システムの後段に設置して、光増幅システムを構成してもよい。
　また、上記実施の形態に係る光増幅器は、ＰＳＡ(phase　sensitive　amplifier:位相感応型光増幅器)としても使用できる。
　なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明は、光通信の分野に適用して好適なものである。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ、１Ｋ　光増幅器
２、３０、３１、３４、３５　ポンプ光源部
２ｂ、３０ｂａ、３０ｂｂ　位相変調器
２ｃ、３０ｃａ、３０ｃｂ　信号発生器
２ｄ　偏波保持３ｄＢカプラ
２ｅ、２ｆ、２ｊ、２ｎ、３０ｅ、３０ｆ　偏波保持光増幅器
２ｇ、２ｈ、２ｋ、３０ｇ、３０ｈ　ＢＰＦ
２ｉ　ＰＢＣ
２ｌ　偏波分配器
３　偏波合分波器
４、２６　第一偏波依存型光増幅ファイバ部
４ａ、５ａ　偏波依存型光増幅ファイバ
５、２７　第二偏波依存型光増幅ファイバ部
６、７、８ａ、８ｂ、３２、３６　ＷＤＭカプラ
８、２５　光排出部
８ｃ　アイドラ光除去器
９、３３　光サーキュレータ
１０ａ、１０ｂ　光熱変換モジュール
１１　光ループ
１２　偏波ダイバーシティー構成
２１ａ、２１ｂ　モニタ用光カプラ
２２ａ、２２ｂ　パワーモニタ
２３、２４　制御器
２５ａ、２５ｂ　温度調整器
２６ａ、２７ａ　前段偏波依存型光増幅ファイバ
２６ｂ、２７ｂ　後段偏波依存型光増幅ファイバ
２６ｃ、２７ｃ　相対位相シフタ
４１　偏波スクランブラ
４２　光スペクトラムアナライザ
４３、４４　光コネクタ
１０００　光通信システム
１００１　光送信器
１００２　光受信器
１００３、１００４　光伝送ファイバ

Claims (15)

  1. 　位相変調されたポンプ光を出力するポンプ光源部と、
    　第一ポート、偏波依存型光ファイバからなる第ニポートおよび第三ポートを有し、第一ポートから入力された光を互いに直交する偏波成分に分離して第ニポートおよび第三ポートのそれぞれから出力する偏波合分波器と、
    　前記偏波合分波器の第二ポートに接続された、偏波依存型光増幅ファイバを有する第一偏波依存型光増幅ファイバ部と、
    　前記偏波合分波器の第三ポートに接続された、偏波依存型光増幅ファイバを有する第二偏波依存型光増幅ファイバ部と、
    　前記ポンプ光を前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにそれぞれ入力させるように接続された光合分波器と、
    　前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部との間に接続されて前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とともに光ループを構成するとともに、前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部のそれぞれを伝搬してきた前記ポンプ光を前記光ループの外部に排出する光排出部と、
    　光ファイバからなる第一ポート、第ニポートおよび第三ポートを有し、第一ポートから入力された、所定の波長帯域に含まれる信号光を、第二ポートから、該第二ポートに接続された前記偏波合分波器の第一ポートに出力するとともに、前記偏波合分波器により偏波分離され、前記光ループにおいて前記ポンプ光による前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにおける非線形光学効果によってパラメトリック増幅されて前記偏波合分波器により偏波合成されて前記偏波合分波器の第一ポートから第二ポートに出力された信号光を、第三ポートから出力する光サーキュレータと、
    　を備えることを特徴とする光増幅器。
  2. 　前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部および前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部は、それぞれ複数の光増幅ファイバと、前記複数の光増幅ファイバの間にそれぞれ挿入され、入力された光の相対位相を変化させる少なくとも一つの相対位相シフタとを備えることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  3. 　前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とによるそれぞれのパラメトリック増幅の利得が、前記パラメトリック増幅の利得波長帯域の少なくとも１つの波長において、０．５ｄＢ以内の差異となるように、前記ポンプ光を前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにそれぞれ入力される前記ポンプ光のパワーを調整する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光増幅器。
  4. 　前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とによるそれぞれのパラメトリック増幅の利得波形が、前記パラメトリック増幅の利得波長帯域のうち少なくとも前記信号光を含む信号波長帯域において、０．５ｄＢ以内の差異となるように、前記ポンプ光を前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とのゼロ分散波長、前記ポンプ光の波長および前記ポンプ光のパワーの少なくとも一つを調整する手段を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光増幅器。
  5. 　前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とによるそれぞれのパラメトリック増幅の利得の利得波長帯域のうち前記信号光を含む信号波長帯域外の波長におけるＡＳＥ光のそれぞれのパワーをモニタし、それぞれのパラメトリック増幅の利得波形が、前記パラメトリック増幅の利得波長帯域のうち少なくとも前記信号光を含む信号波長帯域において、０．５ｄＢ以内の差異となるように、前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにそれぞれ入力される前記ポンプ光のパワーを調整する手段を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光増幅器。
  6. 　前記ポンプ光源部は、ポンプ光源と、前記ポンプ光源から出力されたポンプ光を増幅する１つの光ファイバ増幅器とを備え、
    　前記１つの光ファイバ増幅器から出力されたポンプ光を２分岐し、前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部と前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部とにそれぞれ入力させる手段を有することを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光増幅器。
  7. 　前記光合分波器が、前記光サーキュレータの第一ポートまたは第二ポートに接続されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の光増幅器。
  8. 　前記光排出部は、前記ポンプ光とともにアイドラ光を前記光ループの外部に排出するように構成されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の光増幅器。
  9. 　前記光排出部は、前記ポンプ光とともに前記信号光を含む信号波長帯域外の波長の光を前記光ループの外部に排出するように構成されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか一つに記載の光増幅器。
  10. 　前記光排出部は、前記ポンプ光とともに前記信号光と直交する偏波成分の光を前記光ループの外部に排出するように構成されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の光増幅器。
  11. 　前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部および前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部は、それぞれ、互いにコア部の屈折率が異なる前段偏波依存型光増幅ファイバと後段偏波依存型光増幅ファイバとを備えることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一つに記載の光増幅器。
  12. 　前記第一偏波依存型光増幅ファイバ部および前記第二偏波依存型光増幅ファイバ部は、互いにゼロ分散波長が異なることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一つに記載の光増幅器。
  13. 　請求項１～１２のいずれか一つに記載の光増幅器を備えたことを特徴とする光増幅システム。
  14. 　請求項１～１２のいずれか一つに記載の光増幅器を備えたことを特徴とする波長変換器。
  15. 　請求項１～１２のいずれか一つに記載の光増幅器を備えたことを特徴とする光通信システム。
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