JPH0377966B2 - - Google Patents
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- JPH0377966B2 JPH0377966B2 JP21096582A JP21096582A JPH0377966B2 JP H0377966 B2 JPH0377966 B2 JP H0377966B2 JP 21096582 A JP21096582 A JP 21096582A JP 21096582 A JP21096582 A JP 21096582A JP H0377966 B2 JPH0377966 B2 JP H0377966B2
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- light
- optical fiber
- signal light
- excitation
- optical
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- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 24
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 28
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 15
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
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- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光増幅器に関し、特に光フアイバ内
の非線形光学効果を利用する光フアイバ増幅器に
関する。
の非線形光学効果を利用する光フアイバ増幅器に
関する。
光フアイバ通信技術の進展に伴い、信号光を光
の状態で直接増幅する技術の必要性が高まつてき
ている。
の状態で直接増幅する技術の必要性が高まつてき
ている。
そのための有力な手段のひとつに、光フアイバ
内の非線形光学効果であるラマン増幅効果や４光
子混合増幅効果を利用する光増幅法がある。
内の非線形光学効果であるラマン増幅効果や４光
子混合増幅効果を利用する光増幅法がある。
これらの非線形光学効果を利用する光増幅器
は、他の光直接増幅法である誘導放出効果を利用
する光増幅器に比べ、広帯域で高利得（高増倍
率）という特長を有する一方、以下に詳しく述べ
るように、励起光の所要平均出力値が高く、充分
な利得を得るのが容易でないという欠点を有して
いた。
は、他の光直接増幅法である誘導放出効果を利用
する光増幅器に比べ、広帯域で高利得（高増倍
率）という特長を有する一方、以下に詳しく述べ
るように、励起光の所要平均出力値が高く、充分
な利得を得るのが容易でないという欠点を有して
いた。
光フアイバ内の非線形光学効果を利用する光増
幅器は、通常、信号光と励起光を同時に端面から
光フアイバ内に入射させる。信号光の波長は、励
起光によつて光フアイバ内に誘起される誘導ラマ
ン利得や誘導４光子混合利得の生ずる波長に予め
設定しておく。
幅器は、通常、信号光と励起光を同時に端面から
光フアイバ内に入射させる。信号光の波長は、励
起光によつて光フアイバ内に誘起される誘導ラマ
ン利得や誘導４光子混合利得の生ずる波長に予め
設定しておく。
この光増幅器における信号光に対する小信号利
得、即ちその入力信号光が飽和効果を無視できる
レベルであるときにフアイバ出射端で観測される
信号光強度の増倍率Ｇは、次式で与えれることが
知られている。
得、即ちその入力信号光が飽和効果を無視できる
レベルであるときにフアイバ出射端で観測される
信号光強度の増倍率Ｇは、次式で与えれることが
知られている。
Ｇ＝exp〔KIp（１−e-〓L）／α (1)
ここに、Ｋは光フアイバのパラメータで決る非
線形光学効果の利得定数、Ipは光フアイバ入射端
における励起光強度、αは励起光に対する光フア
イバの伝送損失係数、Ｌは光フアイバの長さであ
る。
線形光学効果の利得定数、Ipは光フアイバ入射端
における励起光強度、αは励起光に対する光フア
イバの伝送損失係数、Ｌは光フアイバの長さであ
る。
この増倍率Ｇの時間的安定度を考慮し、従来は
励起光として連続波を用いるのが通常であつた。
励起光源として波長1.32μmで出力約2Wの連続発
振YAGレーザを用い、光フアイバとしてコア径
7μm、長さ3.5Km、波長1.32μmの伝送損失0.5dB／
Kmのシリカフアイバ用いたラマン効果による増幅
の場合、増倍率Ｇとして約10が得られている。さ
らに増倍率Ｇを向上させるには、励起光強度Ipを
増加させれば良いが、連続励起のままでは励起光
源であるレーザ装置の出力でIpが限定されて、上
記以上のＧの向上は望めない現状である。
励起光として連続波を用いるのが通常であつた。
励起光源として波長1.32μmで出力約2Wの連続発
振YAGレーザを用い、光フアイバとしてコア径
7μm、長さ3.5Km、波長1.32μmの伝送損失0.5dB／
Kmのシリカフアイバ用いたラマン効果による増幅
の場合、増倍率Ｇとして約10が得られている。さ
らに増倍率Ｇを向上させるには、励起光強度Ipを
増加させれば良いが、連続励起のままでは励起光
源であるレーザ装置の出力でIpが限定されて、上
記以上のＧの向上は望めない現状である。
一方、励起光をパルス列とする構成も検討しう
る。例えば、時分割波長多重通信のデコーデイン
グに信号光パルス列と同期したパルス列を励起光
に用いたり、また、PCM伝送光波形の再整形に
やはり同期パルス列を励起光に用いることも有効
と考えられる。しかし、これらの例では、いずれ
も、励起パルスの幅やくり返し速度を、信号光の
それと揃えているため、単一の被増幅パルスの増
幅に関しては、連続波によるのと同等の増幅が行
なわれているにすぎない。しかも、励起光と信号
光とは波長が異るから、光フアイバ内の群遅延分
数が増倍率Ｇを制限するほか、２種のレーザ光源
のパルス列の同期という高度の技術が必要である
という欠点をも有していた。
る。例えば、時分割波長多重通信のデコーデイン
グに信号光パルス列と同期したパルス列を励起光
に用いたり、また、PCM伝送光波形の再整形に
やはり同期パルス列を励起光に用いることも有効
と考えられる。しかし、これらの例では、いずれ
も、励起パルスの幅やくり返し速度を、信号光の
それと揃えているため、単一の被増幅パルスの増
幅に関しては、連続波によるのと同等の増幅が行
なわれているにすぎない。しかも、励起光と信号
光とは波長が異るから、光フアイバ内の群遅延分
数が増倍率Ｇを制限するほか、２種のレーザ光源
のパルス列の同期という高度の技術が必要である
という欠点をも有していた。
本発明の目的は、励起光源の平均出力を増加さ
せることなく高い増倍率が得られる光フアイバ増
幅器の提供にある。
せることなく高い増倍率が得られる光フアイバ増
幅器の提供にある。
本発明による光フアイバ増幅器は、所定ビツト
レードのデジタル信号光を生ずる光源と、前記ビ
ツトレートより高い周波数で振幅変調を受けた励
起光を生ずる光源と、前記信号光と前記励起光と
を合波する合波器と、この合波器の出射光を伝送
する光フアイバとを備えて構成される。
レードのデジタル信号光を生ずる光源と、前記ビ
ツトレートより高い周波数で振幅変調を受けた励
起光を生ずる光源と、前記信号光と前記励起光と
を合波する合波器と、この合波器の出射光を伝送
する光フアイバとを備えて構成される。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例の構成図である。信
号光源１からのデジタルの信号光１１と、励起光
源２からの励起光１２が、合波器３により合波さ
れ光フアイバ４に入射される。このとき励起光１
２の波長は、信号光１１を光フアイバ４の中の非
線形光学効果により増幅可能な値に設定されてい
る。こうして増幅された信号光は、光フアイバ４
を出射後光検出器で受信される。励起光１２は信
号光１１の変調周波数（ビツトレート）より高い
周波数で振幅変調してある。この振幅変調のため
に高周波数変調装置５が励起光源２に接続してあ
る。
号光源１からのデジタルの信号光１１と、励起光
源２からの励起光１２が、合波器３により合波さ
れ光フアイバ４に入射される。このとき励起光１
２の波長は、信号光１１を光フアイバ４の中の非
線形光学効果により増幅可能な値に設定されてい
る。こうして増幅された信号光は、光フアイバ４
を出射後光検出器で受信される。励起光１２は信
号光１１の変調周波数（ビツトレート）より高い
周波数で振幅変調してある。この振幅変調のため
に高周波数変調装置５が励起光源２に接続してあ
る。
このような構成上の特徴により、以下の説明の
ごとく励起光１２の平均パワーを同一とした場合
に、連続励起の場合に比べ、顕著な増倍率Ｇの増
大効果が得られる。励起光１２は規則的なパルス
列（一種の振幅変調波）になつており、そのくり
返し間隔は信号光１１のパルス幅より、はるかに
短くなつている。この励起光１２におけるパルス
列の繰返し間隔の、パルス幅に対する比をｍとす
ると、各パルスのピーク強度は平均強度はのｍ倍
になつている。そのとき、信号光パルスのうち励
起パルス列に同期している部分の増倍率は、連続
励起の場合の増倍率Ｇのｍ乗倍になることが(1)式
からわかる。一方、励起パルス列に同期していな
い期間の増倍率は、その期間に励起光のエネルギ
ーがないので１のままである。このため信号光パ
ルスは、櫛の歯状に増幅されるが、その平均エネ
ルギーの増倍率は、時間平均により〔Gm＋（ｍ−
１）〕／ｍで与えられる。このため、連続励起の
場合に対する高周波パルス列励起の場合の信号パ
ルスのエネルギー増倍率の比は Gm＋（ｍ−１）／mG (2) で与えられる。この助長効果の数値例をいくつか
次に示す。ｍが４の場合、Ｇが２のとき2.4倍、
Ｇが４のとさ16倍強、Ｇが10のとき実に250倍の
助長効果がそれぞれ得られる。ｍを10とすれば、
各Ｇに対し、更に大きな助長効果が得られる。
ごとく励起光１２の平均パワーを同一とした場合
に、連続励起の場合に比べ、顕著な増倍率Ｇの増
大効果が得られる。励起光１２は規則的なパルス
列（一種の振幅変調波）になつており、そのくり
返し間隔は信号光１１のパルス幅より、はるかに
短くなつている。この励起光１２におけるパルス
列の繰返し間隔の、パルス幅に対する比をｍとす
ると、各パルスのピーク強度は平均強度はのｍ倍
になつている。そのとき、信号光パルスのうち励
起パルス列に同期している部分の増倍率は、連続
励起の場合の増倍率Ｇのｍ乗倍になることが(1)式
からわかる。一方、励起パルス列に同期していな
い期間の増倍率は、その期間に励起光のエネルギ
ーがないので１のままである。このため信号光パ
ルスは、櫛の歯状に増幅されるが、その平均エネ
ルギーの増倍率は、時間平均により〔Gm＋（ｍ−
１）〕／ｍで与えられる。このため、連続励起の
場合に対する高周波パルス列励起の場合の信号パ
ルスのエネルギー増倍率の比は Gm＋（ｍ−１）／mG (2) で与えられる。この助長効果の数値例をいくつか
次に示す。ｍが４の場合、Ｇが２のとき2.4倍、
Ｇが４のとさ16倍強、Ｇが10のとき実に250倍の
助長効果がそれぞれ得られる。ｍを10とすれば、
各Ｇに対し、更に大きな助長効果が得られる。
以上述べたように、本実施においてｍを適当に
選ぶことにより、容易に１桁以上の増倍率の向上
が得られる。
選ぶことにより、容易に１桁以上の増倍率の向上
が得られる。
規則的なパルス列の励起光を得る具体的手段と
しては、モード同期法がまずあげられる。繰返し
速度が1GHzを上回るモード同期技術が固体レー
ザや半導体レーザで確立されている。例えば、固
体レーザでは高周波変調装置５としてモード同期
用内部変調素子とそのドライバーを選べば、1G
Hz以上のモード同期パルス列が励起光１２として
得られる。このモード同期技術を用いれば、信号
光１１の変調ビツトレートが100Mbit／ｓや
400Mbit／ｓという高速変調時にも、充分な増倍
率の助長効果が期待できる。また、持続的な高周
波緩和振動を伴う高出力の半導体レーザも本実施
例の励起光源２に用いうる。この場合、高周波変
調装置５としては、緩和振動周波数の注入電流変
調装置や、緩和振動を助長する活性層への光帰還
装置などが用い得る。
しては、モード同期法がまずあげられる。繰返し
速度が1GHzを上回るモード同期技術が固体レー
ザや半導体レーザで確立されている。例えば、固
体レーザでは高周波変調装置５としてモード同期
用内部変調素子とそのドライバーを選べば、1G
Hz以上のモード同期パルス列が励起光１２として
得られる。このモード同期技術を用いれば、信号
光１１の変調ビツトレートが100Mbit／ｓや
400Mbit／ｓという高速変調時にも、充分な増倍
率の助長効果が期待できる。また、持続的な高周
波緩和振動を伴う高出力の半導体レーザも本実施
例の励起光源２に用いうる。この場合、高周波変
調装置５としては、緩和振動周波数の注入電流変
調装置や、緩和振動を助長する活性層への光帰還
装置などが用い得る。
光検出器には通常帯域フイルターを設け、その
カツトオフ周波数を信号光１１の変調周波数と、
励起光１２の高周波変調周波数の中間に設定し
て、信号光１１を復調する。高周波変調周波数が
光検出器自体の応答周波数よりも高い場合には帯
域フイルターが不要であることは言うまでもな
い。
カツトオフ周波数を信号光１１の変調周波数と、
励起光１２の高周波変調周波数の中間に設定し
て、信号光１１を復調する。高周波変調周波数が
光検出器自体の応答周波数よりも高い場合には帯
域フイルターが不要であることは言うまでもな
い。
以上説明したように、本発明によれば、信号光
のビツトレートよりも高い周波数で振幅変調した
励起光を用いることにより、励起光の平均パワー
を上げることなく光フアイバ内の非線形効果によ
る増倍率の向上を図つた光フアイバ増幅器が得ら
れる。
のビツトレートよりも高い周波数で振幅変調した
励起光を用いることにより、励起光の平均パワー
を上げることなく光フアイバ内の非線形効果によ
る増倍率の向上を図つた光フアイバ増幅器が得ら
れる。
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、そ
の趣旨を逸脱しない範囲で構成を変えることがで
きるのはもちろんである。例えば高周波変調装置
５としては位相変調機能と遅延分散機能とを有
し、平均出力を変えずに振幅変調が可能な外部変
調器が用いうる。励起光源２としては、固体レー
ザや半導体レーザ以外にもあらゆる高出力レーザ
光源が用いうる。
の趣旨を逸脱しない範囲で構成を変えることがで
きるのはもちろんである。例えば高周波変調装置
５としては位相変調機能と遅延分散機能とを有
し、平均出力を変えずに振幅変調が可能な外部変
調器が用いうる。励起光源２としては、固体レー
ザや半導体レーザ以外にもあらゆる高出力レーザ
光源が用いうる。
第１図は本発明の一実施例の構成図である。
１……信号光源、２……励起光源、３……合波
器、４……光フアイバ、５……高周波変調装置。
器、４……光フアイバ、５……高周波変調装置。
Claims (1)
- １ 所定ビツトレードのデジタル信号光を生ずる
光源と、前記ビツトレートより高い周波数で振幅
変調を受けた励起光を生ずる光源と、前記信号光
と前記励起光とを合波する合波器と、この合波器
の出射光を伝送する光フアイバとを備える光フア
イバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21096582A JPS59101628A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21096582A JPS59101628A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59101628A JPS59101628A (ja) | 1984-06-12 |
| JPH0377966B2 true JPH0377966B2 (ja) | 1991-12-12 |
Family
ID=16598043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21096582A Granted JPS59101628A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59101628A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0186299B1 (en) * | 1984-12-13 | 1990-04-18 | Stc Plc | Optical amplifier |
| JP2749645B2 (ja) * | 1989-07-10 | 1998-05-13 | 古河電気工業株式会社 | 光信号増幅方式 |
| JP2011029375A (ja) * | 2009-07-24 | 2011-02-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光増幅器および光伝送システム |
-
1982
- 1982-12-01 JP JP21096582A patent/JPS59101628A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59101628A (ja) | 1984-06-12 |
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