JP7522366B2 - デポラライザ及び光増幅器励起装置 - Google Patents

Description

本発明は、デポラライザ及び光増幅器励起装置に関する。

高速大容量光伝送システムの設計においては、伝送路損失に伴う受信信号のＳＮ（signal-to-noise）劣化を低減することが重要となる。このため、中継器の中で、あるいは、光伝送路そのものに光増幅を行わせ、伝送路損失を補償する様々な構成が考案されてきた。中でもエルビウムドープファイバを利得媒体として用いる光増幅器は、その簡便さのため広く実用化がなされている。
一方、ラマン効果を用いたラマンアンプは、広帯域な利得帯域を実現できるため波長多重伝送方式への適応が積極的に試みられている。特に、光ファイバ伝送路そのものを利得媒体として活用する分布ラマン増幅は、既設の光ファイバを利得媒体として活用できるという大きな利点を有するため、次世代の高速大容量光通信への適用が期待されている。

図３に、分布ラマン増幅を用いた従来の光伝送システムの構成を示す。図３に示す分布ラマン増幅を用いた光伝送システム１０００は、光送信器１００、光受信器２００、前方励起部３００及び後方励起部４００を備える。光送信器１００及び光受信器２００は、光伝送路５００を介して接続される。光伝送システム１０００では、双方向励起を想定している。そのため、図３に示す光伝送システムの光伝送路５００では、前方励起部３００によって出力された励起光により前方励起され、かつ後方励起部４００によって出力された他の励起光により後方励起される。光信号は光送信器１００から送出される。

ラマン増幅の場合、励起光の波長は光信号の波長より０．１μｍほど短波長とする。通常、励起光は光信号と同様に光伝送路５００のコアの中を伝搬させるため、前方励起部３００は光信号と同一方向に進む励起光を光信号に多重する必要がある。
一方、後方励起部４００は、光信号と逆方向に進む励起光を送出し、かつ光信号のみを分離して光受信器２００へ送出させる必要がある。これらの多重および分離は波長多重カプラあるいはサーキュレータで実現可能である。なお、図３では、双方向励起について説明したが、励起方向は前方のみ、あるいは後方のみでもよい。

ラマン増幅のゲインは、励起光源から出力される励起光の光強度で定まる。このため、ゲインを微調整するためには、励起光の光強度を微調整すればよい。通常、励起光源として半導体レーザが用いられるが、その光強度の調整は励起電流を調整することによって達成される。ラマン増幅のゲインを決めるもう一つの要因に、励起光の偏波がある。ラマン増幅は偏波依存性を有する光学効果であるから、励起光が単一偏波である場合、光信号の受ける利得が偏波依存性を生じてしまう。すなわち、光信号が光伝送路５００に入射する時点での偏波状態に応じて、ゲインが変化し、増幅される光信号の光強度が変化してしまう。このゲインの変動幅をＰＤＧ（Polarization Dependent Gain）とよぶ。ＰＤＧは、前方励起のみの構成において特に顕著に現れる。後方励起では、光信号と励起光との進行方向の違いにより偏波変動が光伝送路内で大きく異なるため、前方励起に比べＰＤＧは小さいが、しかし完全に抑圧するためには何らかの手段が必要となる。

ＰＤＧを抑圧するために、励起光源の出力をデポラライザによって無偏光な状態にすることが広く行われている。図４に、デポラライザを併用した前方励起部３００の例を示す。前方励起部３００は、励起光源３１０、デポラライザ３２０、励起光用光導波路３３０、光信号用光導波路３４０、励起光重畳部３５０及び励起光出力ポート３６０を備える。励起光源３１０は、励起光を出力する。通常、励起光源３１０はレーザが用いられるため、励起光源３１０から出力された励起光は直線偏波となる。

励起光源３１０から出力された励起光は、デポラライザ３２０によってデポラライズされる。デポラライズされた励起光は、励起光用光導波路３３０を伝搬して励起光重畳部３５０に入力される。前方励起部３００に入力された光信号は、光信号用光導波路３４０を伝搬して励起光重畳部３５０に入力される。励起光重畳部３５０は、入力された光信号に励起光を多重する。多重化された信号は、励起光出力ポート３６０から出力されて、利得媒体を兼ねた光伝送路５００へと送られる。

デポラライザ３２０には複数の構成があるが、古くから知られているものにＬｙｏｔ型のデポラライザがある。図５に、従来のＬｙｏｔ型デポラライザ３７０の構成を示す。なお、図５では、Ｌｙｏｔ型デポラライザ３７０に接続される励起光源３１０も示している。励起光源３１０から出力された励起光は、励起光入力用光導波路３８０を伝搬してＬｙｏｔ型デポラライザ３７０へと入力される。ここで、励起光入力用光導波路３８０は、パンダファイバ等の偏波保持ファイバであり、励起光は直線偏波を保ったままＬｙｏｔ型デポラライザ３７０へと入力される。Ｌｙｏｔ型デポラライザ３７０は、遅延線３７１を構成部品として有する。遅延線３７１は、パンダファイバ等の偏波保持ファイバである。励起光入力用光導波路３８０と遅延線３７１とは、融着点３９０を介して接続される。ここで、励起光入力用光導波路３８０と遅延線３７１との両者の応力付与部を結ぶスロー軸は互いに４５度傾いた状態で融着される。

遅延線３７１の内部のファスト軸とスロー軸の伝搬速度の差により、励起光にはＤＧＤ（Differential Group Delay）が与えられる。ここで注意すべきことは、遅延線３７１は偏波保持ファイバではあるが、スロー軸に対して傾いた偏波面をもつ直線偏波が入力されているため、遅延線３７１を伝搬する過程で励起光の偏波状態が急速に変化する、ということである。遅延線３７１の長さが適切であれば、ＤＧＤにより励起光はデポラライズされ、励起光用光導波路３３０から出力される。ここで、遅延線３７１の長さをどのように選べばよいかという問題がある。遅延線３７１の材質が均一であるならば、そのＤＧＤは長さに比例し、１ｍあたりのＤＧＤは１～２ｐｓｅｃ程度である。ＤＧＤが大きいほどデポラライズには有利となるため、理論的には遅延線３７１は長いほど良いが、実用上は無制限に長くすることは出来ないため、何らかの基準が必要となる。

励起光源３１０が単一波長で発振するシングルモードレーザである場合、遅延線３７１のＤＧＤを励起光のコヒーレンス時間より長くすることが一つの目安となる。しかし、ラマン増幅用の励起光源は、一般には多波長で発振するマルチモードレーザが用いられる。励起光源３１０がマルチモードレーザである場合、デポラライズの効率がＤＧＤに対して周期性を持つことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。マルチモードレーザ出力の各縦モードの周波数間隔をｆＨｚ、ｎを整数とした場合、遅延線３７１のＤＧＤが（ｎ＋０．５）／ｆ秒であるとデポラライズが最適化される。例として、ｆが４０ＧＨｚである場合、デポラライズが最適化されるＤＧＤは２５ｐｓｅｃの周期をもつ。

Toshiyuki Tokura, Taichi Kogure, Takashi Sugihara, Katsuhiro Shimizu, Takashi Mizuochi, and Kuniaki Motoshima，"Efficient Pump Depolarizer Analysis for Distributed Raman Amplifier With Low Polarization Dependence of Gain"，Vol.24, PP.3889-3896, 2006．

しかしながら、図５に示す従来構成では、以下に説明するような問題点が生じる。マルチモードレーザの各縦モードの周波数間隔ｆは常に一定ではなく、レーザの励起電流によりごく僅かに変化する。このため、ラマンゲインを微調整するために励起光源の励起電流を変更して光強度を調整すると、周波数間隔ｆもまた微小変化してしまう。最適なデポラライズのためには、このような周波数間隔ｆの変化に応じて遅延線３７１の長さを変更しなければならない。

図５に示したＬｙｏｔ型の場合、遅延線３７１をどのように変更すべきかの具体例を以下に示す。簡単のために遅延線３７１のＤＧＤを１ｍあたり１ｐｓｅｃであるとして、周波数間隔ｆが４０ＧＨｚの場合、遅延線３７１の長さを１２．５ｍ、３７．５ｍ、６２．５ｍ…から選択すれば良い。しかし、周波数間隔ｆが４１ＧＨｚに変化した場合、遅延線３７１の長さを１２．２ｍ、３６．６ｍ、６１．０ｍ…に変更せねばならず、遅延線の取り換えと融着のやり直しという困難な作業が伴うという問題がある。さらに１０ｍ以上の遅延線を用いることは、装置の大型化を招くという問題もある。
以上の説明では、ラマン増幅を用いた光伝送システムにおける励起用のマルチモードレーザをデポラライズする場合を例に説明したが、ラマン増幅以外の目的でデポラライザを用いる場合に関しても同様の問題が生じる。

上記事情に鑑み、本発明は、マルチモードレーザの出力光を各縦モードの周波数間隔によらず容易にデポラライズすることができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、光周波数の間隔がｆである複数の直線偏波からなる入力光を無偏光化するためのデポラライザであって、入力された前記入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる入力用光導波路と、前記入力用光導波路から出力された直線偏波を第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する第１の偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波を偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、を有し、ｎを任意の整数とするとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ＋０．５）/ｆに近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とするデポラライザである。

本発明の一態様は、光周波数の間隔がｆ１である複数の直線偏波からなる第１の入力光と、光周波数の間隔がｆ２（ｆ２＝ｆ１を含む）である複数の直線偏波からなる第２の入力光とを無偏光化するためのデポラライザであって、入力された前記第１の入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる第１の入力用光導波路と、入力された前記第２の入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる第２の入力用光導波路と、前記第１及び第２の入力用光導波路から出力された直線偏波の前記第１および第２の入力光を合波し、第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する２入力２出力偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第１の入力光を偏波多重して出力し、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第２の入力光をも偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、を有し、ｎ１およびｎ２が（ｎ１＋０．５）/ｆ１＝（ｎ２＋０．５）/ｆ２を満たす整数（ｎ２＝ｎ１を含む）であるとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ１＋０．５）/ｆ１＝（ｎ２＋０．５）/ｆ２に近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とするデポラライザである。

本発明の一態様は、光周波数の間隔がｆである複数の直線偏波からなる入力光を無偏光化するためのデポラライザであって、入力された前記入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる入力用光導波路と、前記入力用光導波路から出力された直線偏波を第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する第１の偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波を偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、前記第１のアーム、前記第２のアームまたは前記入力用光導波路の少なくともどれか一つに配置された偏波保持の光パワ調整部と、を有し、前記光パワ調整部は、光周波数の間隔ｆを変化させることなく光パワを調整可能であることを特徴とするデポラライザである。

本発明の一態様は、光周波数の間隔がｆ１である複数の直線偏波からなる第１の入力光と、光周波数の間隔がｆ２（ｆ２＝ｆ１を含む）である複数の直線偏波からなる第２の入力光とを無偏光化するためのデポラライザであって、入力された前記第１の入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる第１の入力用光導波路と、入力された前記第２の入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる第２の入力用光導波路と、前記第１及び第２の入力用光導波路から出力された直線偏波の前記第１および第２の入力光を合波し、第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する２入力２出力偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第１の入力光を偏波多重して出力し、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第２の入力光をも偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、前記第１のアーム、前記第２のアーム、前記第１の入力用光導波路または前記第２の入力用光導波路の少なくともどれか一つに配置された偏波保持の光パワ調整部と、を有し、前記光パワ調整部は、光周波数の間隔ｆ１およびｆ２を変化させることなく光パワを調整可能であることを特徴とするデポラライザである。

本発明の一態様は、各縦モードの光周波数の間隔がｆであるマルチモードレーザの出力を無偏光化した上で光増幅器を励起するための光増幅器励起装置であって、入力された前記マルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる入力用光導波路と、前記入力用光導波路から出力された直線偏波を第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する第１の偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波を偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、前記第２の偏波保持カプラの出力を励起光として光増幅器の利得媒体を励起する励起光出力部と、前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、を有し、ｎを任意の整数とするとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ＋０．５）/ｆに近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とし、かつ前記マルチモードレーザの出力光が有する複数の縦モードの光パワは全て前記利得媒体における誘導ブリルアン散乱の発生閾値の２倍を超えないことを特徴とする光増幅器励起装置である。

本発明の一態様は、光周波数の間隔がｆ１である第１のマルチモードレーザの出力と、光周波数の間隔がｆ２（ｆ２＝ｆ１を含む）である第２のマルチモードレーザの出力とを無偏光化した上で光増幅器を励起するための光増幅器励起装置であって、
入力された前記第１のマルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる第１の入力用光導波路と、
入力された前記第２のマルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる第２の入力用光導波路と、
前記第１及び第２の入力用光導波路から出力された直線偏波の前記第１および第２のマルチモードレーザの出力を合波し、第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する２入力２出力偏波保持カプラと、
前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第１のマルチモードレーザの出力を偏波多重して出力し、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第２のマルチモードレーザの出力をも偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、
前記第２の偏波保持カプラの出力を励起光として光増幅器の利得媒体を励起する励起光出力部と、前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、を有し、ｎ１およびｎ２が（ｎ１＋０．５）/ｆ１＝（ｎ２＋０．５）/ｆ２を満たす整数（ｎ２＝ｎ１を含む）であるとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ１＋０．５）/ｆ１＝（ｎ２＋０．５）/ｆ２に近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とし、かつ前記第１および第２のマルチモードレーザの出力光が有する複数の縦モードの光パワは全て前記利得媒体における誘導ブリルアン散乱の発生閾値の２倍を超えないことを特徴とする光増幅器励起装置である。

本発明の一態様は、各縦モードの光周波数の間隔がｆであるマルチモードレーザの出力を無偏光化した上で光増幅器を励起するための光増幅器励起装置であって、入力された前記マルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる入力用光導波路と、前記入力用光導波路から出力された直線偏波を第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する第１の偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波を偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、前記第２の偏波保持カプラの出力を励起光として光増幅器の利得媒体を励起する励起光出力部と、前記第１のアーム、前記第２のアームまたは前記入力用光導波路の少なくともどれか一つに配置された偏波保持の光パワ調整部と、を有し、前記光パワ調整部は、各縦モードの光周波数の間隔がｆを変化させることなく光パワを調整可能であり、かつ前記マルチモードレーザの出力光が有する複数の縦モードの光パワは全て前記利得媒体における誘導ブリルアン散乱の発生閾値の２倍を超えないことを特徴とする光増幅器励起装置である。

本発明の一態様は、光周波数の間隔がｆ１である第１のマルチモードレーザの出力と、光周波数の間隔がｆ２（ｆ２＝ｆ１を含む）である第２のマルチモードレーザの出力とを無偏光化した上で光増幅器を励起するための光増幅器励起装置であって、入力された前記第１のマルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる第１の入力用光導波路と、入力された前記第２のマルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる第２の入力用光導波路と、前記第１及び第２の入力用光導波路から出力された直線偏波の前記第１および第２のマルチモードレーザの出力を合波し、第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する２入力２出力偏波保持カプラと、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第１のマルチモードレーザの出力を偏波多重して出力し、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第２のマルチモードレーザの出力をも偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、前記第２の偏波保持カプラの出力を励起光として光増幅器の利得媒体を励起する励起光出力部と、前記第１のアーム、前記第２のアーム、前記第１の入力用光導波路または前記第２の入力用光導波路の少なくともどれか一つに配置された偏波保持の光パワ調整部と、を有し、前記光パワ調整部は、縦モードの光周波数の間隔ｆ１およびｆ２を変化させることなく光パワを調整可能であることを特徴とし、かつ前記第１および第２のマルチモードレーザの出力光が有する複数の縦モードの光パワは全て前記利得媒体における誘導ブリルアン散乱の発生閾値の２倍を超えないことを特徴とする光増幅器励起装置である。

本発明により、マルチモードレーザの出力光を各縦モードの周波数間隔によらず容易にデポラライズすることが可能になる。

第１の実施形態におけるデポラライザの構成を示す図である。 第２の実施形態におけるデポラライザの構成を示す図である。 分布ラマン増幅を用いた従来の光伝送システムの構成を示す図である。 デポラライザを併用した従来の前方励起部の例を示す図である。 従来のＬｙｏｔ型デポラライザの構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
以下で説明するデポラライザは、図３に示した光伝送システム１０００等で使用される。例えば、図４におけるデポラライザ３２０に代えて、以下で説明するデポラライザが使用されることになる。そこで、基本的なシステム構成の説明は省略し、本発明の特徴となるデポラライザについて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるデポラライザ２１の構成を示す図である。なお、図１では、デポラライザ２１に接続されるマルチモードレーザ２０も示している。マルチモードレーザ２０は、多波長で発振するレーザである。以下の説明では、マルチモードレーザ２０から出力される励起光の各縦モードの周波数間隔をｆとする。励起光は、励起光入力用光導波路２２を伝搬してデポラライザ２１に入力される。励起光入力用光導波路２２は、偏波保持型の光導波路であり、励起光は直線偏波を維持する。

デポラライザ２１は、マルチモードレーザ２０から出力される多波長の励起光をデポラライズする。デポラライザ２１は、２アーム型デポラライザである。以下、デポラライザ２１を２アーム型デポラライザ２１として説明する。２アーム型デポラライザ２１の構成は、下記の参考文献１に示されたデポラライザに新たな構成要件を加えて改良したものである。
（参考文献１：特許５７８８８１４号公報）

２アーム型デポラライザ２１は、第１の偏波保持カプラ２３と、遅延線２４と、直交コネクタ２５と、第２の偏波保持カプラ２６と、偏波保持ＶＯＡ(Variable Optical Attenuator)２７と、偏波保持可変光ディレイライン２８とを備える。
第１の偏波保持カプラ２３は、入力された励起光を２分岐する。第１の偏波保持カプラ２３によって分岐された励起光は、第１のアーム２９及び第２のアーム３０に入力される。第１の偏波保持カプラ２３の分岐比は１：１が望ましいが、必ずしもこの分岐比に限定されるものではない。

第１のアーム２９を伝搬する励起光は、遅延線２４に入力される。遅延線２４は、入力される励起光を遅延させる。遅延線２４は、パンダファイバ等の偏波保持ファイバであるが、励起光の偏波面は遅延線２４のスロー軸に一致するように入力される。このため、図５に示したＬｙｏｔ型のデポラライザとは異なり、遅延線２４を伝搬する過程で励起光は直線偏波を保つ。この直線偏波の偏波面は、直交コネクタ２５により、スロー軸からファスト軸に変更される。

一方、第２のアーム３０を伝搬する励起光は、偏波保持ＶＯＡ２７に入力された後、偏波保持可変光ディレイライン２８に入力され、直線偏波を保った状態で偏波保持可変光ディレイライン２８から出力される。偏波保持可変光ディレイライン２８は、入力された励起光に対して遅延を与える。偏波保持可変光ディレイライン２８は、伝搬する距離を可変制御することによって遅延時間の調整が可能な光学部品である。偏波保持ＶＯＡ２７及び偏波保持可変光ディレイライン２８は、遅延線２４と同様に偏波保持である。しかし偏波保持ＶＯＡ２７及び偏波保持可変光ディレイライン２８等の光学部品は、Ｌｙｏｔ型のデポラライザにおける遅延線３７１とは異なり、ＤＧＤがゼロであっても問題はない。

直交コネクタ２５通過後の励起光と、偏波保持可変光ディレイライン２８から出力される励起光は共に直線偏波であるが、これらは第２の偏波保持カプラ２６によって偏波多重され、励起光用光導波路３３０から出力される。
偏波保持ＶＯＡ２７の光損失は、第２の偏波保持カプラ２６によって偏波多重される２つの直線偏波の光パワが同一となるように設定される。遅延線２４その他の光損失が無視できない場合、あるいは、第１の偏波保持カプラ２３の分岐比が１：１ではない場合においても、偏波保持ＶＯＡ２７により偏波多重される２つの直線偏波の光パワを常に同一に保つことができる。

なお、偏波保持可変光ディレイライン２８の光損失が遅延線２４よりも大きいときは、偏波保持ＶＯＡ２７を第１のアーム２９に設置してもよい。２アーム型デポラライザ２１は、図５に示したＬｙｏｔ型のデポラライザとは異なり、遅延線２４のファスト軸およびスロー軸が持つＤＧＤではなく、第１のアーム２９と第２のアーム３０との伝搬遅延の差でＤＧＤを生成する。第１のアーム２９の伝搬遅延は遅延線２４の長さで決まるが、その遅延は１ｍにつき約５ｎｓｅｃ（nano second）であり、遅延線２４が単体で持つＤＧＤの５０００倍に相当する。このためＬｙｏｔ型に比べ遅延線２４を大幅に短縮することができる。

第２のアーム３０の伝搬遅延は、偏波保持可変光ディレイライン２８で微調整が可能である。偏波保持可変光ディレイライン２８には、様々な構成があるが、典型的な構成としてミラーと可動式の光学プリズムを含む空間系で構成される。光学プリズムの位置を変更してミラーとの往復距離を変更することにより遅延時間が変更されるが、往復距離が１ｍｍ伸びると、遅延時間は約３ｐｓｅｃ増加する。
マルチモードレーザ２０の出力の各縦モードの周波数間隔をｆＨｚ、ｎを整数とした場合、第１のアーム２９と第２のアーム３０との伝搬遅延の差で生じるＤＧＤが（ｎ＋０．５）／ｆ秒であるとデポラライズが最適化される。

例として周波数間隔ｆが４０ＧＨｚの場合、デポラライズが最適化されるＤＧＤは２５ｐｓｅｃの周期をもつ。この場合、遅延線２４の長さが固定であっても、偏波保持可変光ディレイライン２８の遅延時間の可変範囲が２５ｐｓｅｃ以上あるならば、最適なＤＧＤを少なくとも１つ選択することができる。偏波保持可変光ディレイライン２８にて遅延時間を２５ｐｓｅｃ変更することは、往復距離を８～９ｍｍ変更することに相当するが、これは市販の簡便な偏波保持可変光ディレイライン２８で容易に達成可能である。

以上のように構成された第１の実施形態における２アーム型デポラライザ２１によれば、第１のアーム２９及び第２のアーム３０を各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ＋０．５）/ｆに近づくよう偏波保持可変光ディレイライン２８を調整することによって、マルチモードレーザの出力光を各縦モードの周波数間隔によらず容易にデポラライズすることが可能になる。特に、分布ラマン増幅の励起光に、２アーム型デポラライザ２１を用いる場合、安定したラマン利得が実現可能となるという顕著な効果を奏する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、単一のマルチモードレーザの出力に対してデポラライズを行った。ラマン増幅においては、利得帯域の平滑化を行うため複数の波長の励起光源を併用し、かつラマン利得の微調整を行うために各励起光源の光出力強度を微調整できることが望ましい。そこで、第２の実施形態では、２つの入力端子をもつ２アーム型デポラライザと２つのマルチモードレーザの間に偏波保持ＶＯＡを配置する。これにより、光出力強度の微調整を実現することができる。

図２は、第２の実施形態におけるデポラライザ２１ａの構成を示す図である。なお、図２では、デポラライザ２１ａに接続される２つのマルチモードレーザ（第１のマルチモードレーザ３１及び第２のマルチモードレーザ３４）も示している。第１のマルチモードレーザ３１から出力される第１の励起光は、第１の励起光用光導波路３２を伝搬してデポラライザ２１ａに入力される。第２のマルチモードレーザ３４から出力される第２の励起光は、第２の励起光用光導波路３５を伝搬してデポラライザ２１ａに入力される。第１の励起光用光導波路３２及び第２の励起光用光導波路３５は、偏波保持型の光導波路であり、第１の励起光及び第２の励起光は直線偏波を維持する。

デポラライザ２１ａは、第１のマルチモードレーザ３１及び第２のマルチモードレーザ３４それぞれから出力される励起光（第１の励起光及び第２の励起光）をデポラライズする。デポラライザ２１ａは、２入力２アーム型デポラライザである。以下、デポラライザ２１ａを２入力２アーム型デポラライザ２１ａとして説明する。

２入力２アーム型デポラライザ２１ａは、遅延線２４と、直交コネクタ２５と、第２の偏波保持カプラ２６と、偏波保持ＶＯＡ２７と、偏波保持可変光ディレイライン２８と、第１の励起光用偏波保持ＶＯＡ３３と、第２の励起光用偏波保持ＶＯＡ３６と、２入力２出力偏波保持カプラ３７とを備える。

２入力２アーム型デポラライザ２１ａと、第１の実施形態における２アーム型デポラライザ２１との差分は、第１の偏波保持カプラ２３に代えて２入力２出力偏波保持カプラ３７を備えること、第１の励起光用偏波保持ＶＯＡ３３及び第２の励起光用偏波保持ＶＯＡ３６を新たに備えることである。

第１の励起光用偏波保持ＶＯＡ３３は、２入力２出力偏波保持カプラ３７のもつ２つの入力ポートのうち１つの入力ポート（例えば、第１の入力ポート）と、第１の励起光用光導波路３２との間に配置される。第２の励起光用偏波保持ＶＯＡ３６は、２入力２出力偏波保持カプラ３７のもつ２つの入力ポートのうち１つの入力ポート（例えば、第２の入力ポート）と、第２の励起光用光導波路３５との間に配置される。

第１の励起光と第２の励起光は、共に直線偏波として２入力２アーム型デポラライザ２１ａに入力される。第１の励起光と第２の励起光は、各縦モードの周波数間隔を共にｆＨｚとする。第１の実施形態と同様に、第１のマルチモードレーザ３１及び第２のマルチモードレーザ３４の出力の縦モードの周波数間隔をｆＨｚ、ｎを整数とした場合、第１のアーム２９と第２のアーム３０との伝搬遅延の差で生じるＤＧＤが（ｎ＋０．５）／ｆ秒であるとデポラライズが最適化される。

第１の励起光と第２の励起光は、２入力２アーム型デポラライザ２１ａ内での相互干渉を避けるよう異なる波長とする。あるいは、第１のアーム２９および第２のアーム３０において第１の励起光と第２の励起光とが偏波直交するように偏波面を設定してもよい。

ラマン利得のゲインプロファイルの微調整は、第１の励起光と第２の励起光の光強度を微調整することで達成されるが、このとき、従来構成のように第１のマルチモードレーザ３１と第２のマルチモードレーザ３４の励起電流を微調整するのではなく、第１の励起光用偏波保持ＶＯＡ３３と第２の励起光用偏波保持ＶＯＡ３６の損失を微調整することで、光強度の微調整を行うことになる。このような構成をとることにより、各励起光の周波数間隔ｆを一定に保ったまま光強度の微調整が可能となり、偏波保持可変光ディレイライン２８の設定を変更しなおす必要がない。

第１の励起光及び第２の励起光の光強度を調整するにあたっては、これらの励起光が各々有する複数の縦モードの光パワが、ラマン利得の利得媒体内で非線形光学効果を引き起こさないよう注意する必要がある。マルチモードレーザの出力の各縦モードを個別にみればこれらは線幅の細いＣＷ光である。ラマン増幅では、利得媒体は通常、数ｋｍの長さを有する光ファイバである。しかし、光ファイバに線幅の細いＣＷ光を入力する場合、入力パワがある一定の閾値を超えると励起光が誘導ブリルアン散乱を引き起こし、安定した増幅が出来なくなる。このため、第１のマルチモードレーザ３１と第２のマルチモードレーザ３４から出力される複数の縦モードの光パワは、全て利得媒体における誘導ブリルアン散乱の閾値の２倍を超えてはならない。ここで２倍のファクターが入るのは、２入力２アーム型デポラライザ２１ａ内で各縦モードが自分自身と偏波多重され、単一偏波面で見た光パワは半減するためである。

以上のように構成された第２の実施形態における２入力２アーム型デポラライザ２１ａによれば、任意の整数をｎとして、遅延時間差が（ｎ＋０．５）／ｆ秒に近づくよう偏波保持可変光ディレイライン２８を調整することによって、複数のマルチモードレーザの出力光を各縦モードの周波数間隔によらず容易にデポラライズすることが可能になる。特に、分布ラマン増幅の励起光に、２入力２アーム型デポラライザ２１ａを用いる場合、安定したラマン利得が実現可能となるという顕著な効果を奏する。

（第２の実施形態のバリエーション）
第２の実施形態では、第１の励起光と第２の励起光は、各縦モードの周波数間隔を共にｆＨｚとしたが、第１の励起光の各縦モードの周波数間隔をｆ１Ｈｚ、第２の励起光の各縦モードの周波数間隔をｆ２Ｈｚとしてもよい。ただしこの場合は、デポラライズが最適化されるためには、第１のアーム２９と第２のアーム３０との伝搬遅延の差で生じるＤＧＤが（ｎ１＋０．５）/ｆ１＝（ｎ２＋０．５）/ｆ２秒を満たす必要がある。ここでｎ１、ｎ２はともに整数である。

（各実施形態のバリエーション）
各実施形態では、直交コネクタ２５および第２の偏波保持カプラ２６を用いて、第１のアーム２９を伝搬する励起光と第２のアーム３０を伝搬する励起光とを偏波多重した。しかし、直交コネクタ２５及び第２の偏波保持カプラ２６に代えてＰＢＣ（Polarization Beam Combiner）を用いて偏波多重を行ってもよい。
上記の各実施形態では、遅延線２４としてパンダファイバを用いたが、直線偏波を保持可能であるならば、パンダファイバに限らずどのような光導波路を用いてもよい。

各実施形態では偏波保持可変光ディレイライン２８を構成要素として持っているが、しかし第１のアーム２９、第２のアーム３０及び遅延線２４の光路長を精度良く作成可能であるならば偏波保持可変光ディレイライン２８は省略することもできる。その場合は、第１のアーム２９及び第２のアーム３０の遅延時間差は、（ｎ＋０．５）／ｆあるいは（ｎ１＋０．５）/ｆ１＝（ｎ２＋０．５）/ｆ２を保つよう、各マルチモードレーザの励起電流や温度を精度よく調整する必要がある。励起電流や温度を決定したあとに励起光のパワ調整をする場合は、第１の励起光用偏波保持ＶＯＡ３３ないし第２の励起光用偏波保持ＶＯＡ３６を用い、ｆ１およびｆ２が変化しないように制御を行う必要がある。

各実施形態における２アーム型デポラライザ２１及び２入力２アーム型デポラライザ２１ａは、ラマン増幅を用いた光伝送システムにおける励起用のマルチモードレーザをデポラライズする場合を例に説明したが、ラマン増幅以外の目的でデポラライザを用いる場合に関しても同様に適用可能である。

各実施形態における２アーム型デポラライザ２１及び２入力２アーム型デポラライザ２１ａは、光増幅器を励起するための光増幅器励起装置の一態様である。各実施形態における２アーム型デポラライザ２１及び２入力２アーム型デポラライザ２１ａは、第２の偏波保持カプラ２６の出力を励起光として光増幅器の利得媒体（例えば、光伝送路）を励起する励起光出力部をさらに備える。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、デポラライザを用いる光伝送システムに適用できる。

２０…マルチモードレーザ，２１…２アーム型デポラライザ， ２１ａ…２入力２アーム型デポラライザ， ２２…励起光入力用光導波路（入力用光導波路）， ２３…第１の偏波保持カプラ， ２４…遅延線， ２５…直交コネクタ， ２６…第２の偏波保持カプラ， ２７…偏波保持ＶＯＡ（光パワ調整部）， ２８…偏波保持可変光ディレイライン， ２９…第１のアーム， ３０…第２のアーム， ３１…第１のマルチモードレーザ， ３２…第１の励起光用光導波路（第１の入力用光導波路）， ３３…第１の励起光用偏波保持ＶＯＡ， ３４…第２のマルチモードレーザ， ３５…第２の励起光用光導波路（第２の入力用光導波路）， ３６…第２の励起光用偏波保持ＶＯＡ， ３７…２入力２出力偏波保持カプラ

Claims (6)

1. 光周波数の間隔がｆである複数の直線偏波からなる入力光を無偏光化するためのデポラライザであって、
   入力された前記入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる入力用光導波路と、
   前記入力用光導波路から出力された直線偏波を第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する第１の偏波保持カプラと、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波を偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、
   を有し、
   ｎを任意の整数とするとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ＋０．５）／ｆに近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とするデポラライザ。
2. 光周波数の間隔がｆ１である複数の直線偏波からなる第１の入力光と、光周波数の間隔がｆ２（ｆ２＝ｆ１を含む）である複数の直線偏波からなる第２の入力光とを無偏光化するためのデポラライザであって、
   入力された前記第１の入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる第１の入力用光導波路と、
   入力された前記第２の入力光を直線偏波を保ったまま伝搬させる第２の入力用光導波路と、
   前記第１及び第２の入力用光導波路から出力された直線偏波の前記第１および第２の入力光を合波し、第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する２入力２出力偏波保持カプラと、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第１の入力光を偏波多重して出力し、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第２の入力光をも偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、
   を有し、
   ｎ１およびｎ２が（ｎ１＋０．５）／ｆ１＝（ｎ２＋０．５）／ｆ２を満たす整数（ｎ２＝ｎ１を含む）であるとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ１＋０．５）／ｆ１＝（ｎ２＋０．５）／ｆ２に近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とするデポラライザ。
3. 前記第１のアームおよび前記第２のアームの各々において、前記第１及び第２の入力光が偏波多重されていることを特徴とする請求項２に記載のデポラライザ。
4. 各縦モードの光周波数の間隔がｆであるマルチモードレーザの出力を無偏光化した上で光増幅器を励起するための光増幅器励起装置であって、
   入力された前記マルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる入力用光導波路と、
   前記入力用光導波路から出力された直線偏波を第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する第１の偏波保持カプラと、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波を偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、
   前記第２の偏波保持カプラの出力を励起光として光増幅器の利得媒体を励起する励起光出力部と、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、
   を有し、
   ｎを任意の整数とするとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ＋０．５）／ｆに近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とし、かつ前記マルチモードレーザの出力光が有する複数の縦モードの光パワは全て前記利得媒体における誘導ブリルアン散乱の発生閾値の２倍を超えないことを特徴とする光増幅器励起装置。
5. 光周波数の間隔がｆ１である第１のマルチモードレーザの出力と、光周波数の間隔がｆ２（ｆ２＝ｆ１を含む）である第２のマルチモードレーザの出力とを無偏光化した上で光増幅器を励起するための光増幅器励起装置であって、
   入力された前記第１のマルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる第１の入力用光導波路と、
   入力された前記第２のマルチモードレーザの出力を直線偏波を保ったまま伝搬させる第２の入力用光導波路と、
   前記第１及び第２の入力用光導波路から出力された直線偏波の前記第１および第２のマルチモードレーザの出力を合波し、第１のアームおよび第２のアームへ偏波状態を保ったまま２分岐する２入力２出力偏波保持カプラと、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第１のマルチモードレーザの出力を偏波多重して出力し、前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の前記第２のマルチモードレーザの出力をも偏波多重して出力する第２の偏波保持カプラと、
   前記第２の偏波保持カプラの出力を励起光として光増幅器の利得媒体を励起する励起光出力部と、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームの少なくともどちらか一方に配置された偏波保持の可変光ディレイラインと、
   を有し、
   ｎ１およびｎ２が（ｎ１＋０．５）／ｆ１＝（ｎ２＋０．５）／ｆ２を満たす整数（ｎ２＝ｎ１を含む）であるとき前記第１のアームおよび前記第２のアームを各々伝搬してきた直線偏波の遅延時間差が（ｎ１＋０．５）／ｆ１＝（ｎ２＋０．５）／ｆ２に近づくよう前記可変光ディレイラインを調整することを特徴とし、かつ前記第１および第２のマルチモードレーザの出力光が有する複数の縦モードの光パワは全て前記利得媒体における誘導ブリルアン散乱の発生閾値の２倍を超えないことを特徴とする光増幅器励起装置。
6. 前記第１のアームおよび前記第２のアームの各々において、前記第１および第２のマルチモードレーザの出力光が偏波多重されていることを特徴とする請求項５に記載の光増幅器励起装置。

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