JPS63239426A - 帯域選択型光増幅方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光伝送路中で生じる非線型散乱光を利用して伝
送路を伝搬する信号光の帯域ろ過と増幅を行う方法に関
するものである。

［従来の技術Ｊ 従来、光伝送路、たとえば光ファイバを伝搬する光信号
の周波数弁別および増幅を行うにあたっては、いったん
光電変換した後、その電気信号に対して電気回路におい
て弁別、増幅動作を行っていた。あるいは、光の領域で
周波数弁別を行った上で電気的な増幅を施していた。こ
の場合、光）強度が微弱になると、光電変換および増幅
過程において熱雑音や量子雑音の影響が生じ、信号処理
が困難であフた。

このような対処法とは別に、光波干渉を利用するコヒー
レント光伝送方式、たとえばＹ、ＹａＩｌａｍｏｔ。

ａｎｄ　Ｔ、にｉａ＋ｕｒａ″Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｏｐ
ｔｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ
　”　、ＩＥＥＥ　Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ、、ｖａｔ。

ＱＥ−１７，ｐｐ９１９−９３５．１９８１では、光フ
アイバ中を伝搬する信号光を、その光フアイバ出射端に
おいて、高出力の局部発振光源からの光と重畳すること
により、受光器における信号光強度を等価的に増大させ
、ＳＮ比を高めて高感度の光検出を行い、もって、伝送
距離の拡大を図っている。しかし、この方法においても
、依然として信号光が光ファイバを伝搬することによる
伝送損失の改善については考慮されていない。

あるいはまた、高出力のレーザ光で光ファイバを励起し
た場合に、その光伝送路中に生じる誘導ラマン散乱光を
利用することにより、信号光を光伝送路において増幅し
て受信強度を大きくする方式がある（文献：　Ｍ、Ｎａ
ｋａｚａｗａ　ｅｔ　ａｌ。

Ｒａｍａｎ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　１．
４−１．５μｍ　ｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｇｉｏｎ　ｉｎ
　ｐｏｌａｒｉｘａｔｉｏｎ−ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ　
ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ”　、Ｊ、０．Ｓ、Ａ、ｖ
ｏｌ、２．　ｐｐ５１２−５２１４９８５）。

しかし、通常の光フアイバ中において誘導ラマン散乱光
が生じる入射光強度のしきい値が数ワットと大きいので
、この方法では高出力レーザが不可欠となり、その結果
、連続光による励起が困難となる。さらにまた、ラマン
散乱光の利得帯域が数千ＧＨｚと幅広いため信号光への
電力の変換効率が低くなり、その結果、信号光の増幅度
が小さくなってしまうという欠点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、光伝送路を伝搬する微弱な信
号光を光伝送路中において増幅し、その際に、周波数が
変調されている信号光の周波数スペクトルの帯域の一部
を選択的に増幅させることにより、信号光の増幅と共に
雑音制御を行う光増幅方式を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、周波数変
調を受けた可干渉性を有する信号光を光伝送路の一端よ
り入射させ、光伝送路に対して可干渉性を有する励起光
を入射させ、励起光が光伝送路を伝搬する過程で誘導ブ
リルアン散乱光を発生させ、信号光の周波数帯域幅の一
部に誘導ブリルアン散乱光の周波数帯域を一致させるこ
とにより光伝送路の他端から信号光の周波数帯域の一部
が選択的に増幅された出力光を取り出すことを特徴とす
る。

［作　用］ 本発明は、可干渉性の良好な光を光伝送路中に入射させ
た場合に、容易に観測される誘導ブリルアン（Ｂｒｉｌ
ｌｏｕｉｎ）散乱光を利用しく文献；Ｄ、Ｃｏｔｔｅｒ
、　　’Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　Ｂｒ１ｌｌｏｕｉｎ　
Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｉｎ　　Ｍｏ口ｏ　　ｍｏｄｅ　
　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅｒ″　、Ｏｐｔ、Ｃｏｍ
ｎ１ｕｎ、。

ｖｏｌ、４．ｐｐ、１０−１９．１９８３）、この散乱
光の周波数帯域を光伝送路である光フアイバ中を伝搬す
る周波数変調を受けた信号光の周波数帯域の一部に重ね
ることにより、選択された周波数帯域だけの増幅を行い
、その結果、信号光の周波数変調を強度変調に変換する
。

その際に、本発明では、周波数領域において信号光の選
択的な増幅を行うことにより、信号光の波形整形が可能
となる。本発明とは、光伝送路中において周波数変調を
うけた信号光の増幅を行う点、および信号光の一部の周
波数領域を増幅する点で従来技術とは異なる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図であって、ここ
に、１は可干渉性の良好な信号光光源、２はこの光源１
を変調するための発振器、３は光ファイバによる光伝送
路、４は光波を分波あるいは合波する光合分波器、５は
誘導ブリルアン散乱光を励起するための可干渉性の良好
な励起光光源、６は光検出器、７は復調器すなわち検波
器である。

ここで、発振器２のかわりに、第２図に示すように、外
部変調器８を用いて光源１からの信号光を変調してから
光ファイバ３に出力することも可能である。

信号光光源１から出射した光束（第１図）または外部変
調器８を通過した光束（第２図）はその光の周波数が変
調された信号光である。通常、第１図の構成において、
半導体レーザを光源１として用いた場合、注入電流の変
化に対して発振周波数が変化するので、数ＧＨｚの強度
変調についても数十ＧＨｚ程度の光の周波数の変化が伴
う（文献：杉木、他ｒＤＦＢレーザの超高速変調時のス
ペクトル特性」昭５９年度信学会全国大会Ｎｏ、２５８
．分冊２参照）。

第３図（ａ）〜（Ｃ）はこの動作を説明する図であって
、第３図（ａ）に示すように半導体レーザ（ＬＤ）の注
入電流をパルス変調した場合における出射信号光の時間
波形（第３図（ｂ））および周波数帯域（第３図（Ｃ）
）の変化の例である。第３図（ａ）はパルス変調された
注入電流波形、第３図（ｂ）はＬＤ出射光の強度変調波
形、第３図（ｃ）はＬＤ出射光の周波数帯域の変化を示
す。第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）において横
軸（時間軸）は共通である。強度変調を受けたＬＤ出射
光における光周波数は、第３図（Ｃ）に見られるような
時間変化、を有する帯域幅を持つ。すなわち、ＬＤにつ
いてのレート方程式より、光周波数はＬＤへの注入電流
（注入キャリア密度）の時間微分として表現される。

以上のような強度変調の場合のみならず、発振器２によ
り周波数変調あるいは位相変調を受けた信号光に対して
も、第４図あるいは第５図（ａ）および（ｂ）に示され
るように周波数の変調効果が生じ、信号光の光の周波数
が時間的に変化する。

このように、通常のＬＤでは、各種の変調に対して周波
数変調の効果が生じる。

励起光光源５から出射した光は、光合分波器４を経て光
フアイバ３中を信号光と逆向きに伝搬する。このとき、
光源５の出力光の周波数帯域幅が十分小さく、また強度
が数ｍＷ程度以上°になると、光伝送路３中において、
信号光と同一方向へ伝搬する後方ブリルアン散乱光を励
起する。

ブリルアン散乱光の周波数帯域幅は励起−先光源５の発
振周波数と光伝送路３の屈折率分布に依存しているため
（文献：Ｒ，Ｗ、Ｔｋａｃｈ。

ｅｔ　ａｌ、　”５ｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｂｒ１ｌｌ
ｏｕｉｎ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ＦｏｒＳｉｎｇｌｅ
−ｍｏｄｅ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｈａｒａ
ｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ”。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、２２．ｐｐｌ
ｏｌｌ−１０１３，１９８６）　、励起光光源５の中心
周波数を適当に選択することにより（例えば中心波長１
．５μｍで数十ＭＨｚのスペクトル幅を有する光源を励
起光光源５として用いた場合、１００ＭＨｚ程度の周波
数帯域幅を有する散乱光が得られる）、中心周波数が信
号光の周波数帯域と交差するようなブリルアン散乱光を
得ることができる。

第６図および第７図に、信号光とブリルアン散乱光の周
波数帯域の設定例を示す。第６図は信号光が直接に周波
数変調を受けている場合の例であり、第７図は信号光が
強度変調に伴う周波数変調を受けている場合の例である
。位相変調の場合については第７図と同様になる。この
ようにブリルアン散乱光のスペクトルを信号光の周波数
帯域の一部に重ねることにより、重なった部分の信号光
の周波数帯域だけがブリルアン散乱光からの電力の変換
により増幅される。第６図および第７図において破線の
範囲で示すように周波数の重畳した部分が信号光の時間
強度波形に対応する部分だけを増幅するため、大きな出
力光が得られることがわかる。換言すると、信号光の周
波数成分が時間的に変化しているため、選択増幅される
光は信号光における周波数変調が強度変調に変換された
ものとなる。この場合、前記ブリルアン散乱光の周波数
帯域の設定を変えることにより、信号光の波形整形とし
ての強度変調効果を得ることができる。

増幅された強度変調光は光合分波器４を経て、光検出器
６で光電変換された後、検波器７で検波される。これに
より、信号光全体を増幅する場合と異なり、光検出器６
に入射する強度変調光の変調度が増幅度に対応するため
、増幅を受けた成分と受けなかった成分との比、すなわ
ちＳＮ比を改善することが可能となる。

第１図および第２図においては、合分波器４は光ファイ
バ３の終端付近に配置しているが、誘起されるブリルア
ン散乱光の周波数帯域と信号光の周波数帯域は光ファイ
バ長に依存しないため、合分波器４を光ファイバ３の任
意の位置に配置した場合においても本実施例と同様な効
果が得られる。

ただし、この場合、微弱な信号光電力を増幅するという
目的に対しては、ブリルアン散乱光と信号光との電力授
受が行われる光フアイバ部分の光ファイバ長を長くとる
方が、信号光の電力増幅の効率が良好となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、光フアイバ中に
おいて後方ブリルアン散乱光を用いて、微弱な信号光を
増幅し、その周波数選択性により、各種変調を受けた光
伝送路中における信号光の一部の周波数成分を増幅して
強度変調に変換された信号光を得るため、微弱信号光の
増幅とともに雑音低減を図ることができる利点がある。

本発明は長尺の光ファイバを用いた光伝送方式等に対し
てその伝送距離を拡大するうえで有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図（ａ）　、　（ｂ
）および（Ｃ）は半導体レーザの注入電流をパルス変調
した場合に誘起される周波数変調効果の説明図であって
、第３図（ａ）は注入電流の時間波形図、第３図（ｂ）
は出射光強度の時間波形図、第３図（Ｃ）は出射光の周
波数の時間波形図、 第４図は直接周波数変調された信号光の周波数の時間変
化図、 第５図（ａ）および（ｂ）は位相変調された信号光の周
波数の時間変化図、 第６図は信号光が直接に周波数変調された場合の信号光
と誘導ブリルアン散乱光の周波数帯域を示し、重畳部分
に相当する信号光の時間強度波形が増幅される様子を説
明する図、 第７図は信号光が強度あるいは位相変調を受けた場合の
信号光と誘導ブリルアン散乱光の周波数帯域を示し、重
畳部分に相当する信号光の時間強度波形が増幅される様
子を説明する図である。 １・・・可干渉性の良好な信号光光源、２・・・光源１
からの出射光を変調するための発振器、 ３・・・光伝送路である光ファイバ、 ４・・・光合分波器、 ５・・・可干渉性の良好な励起光光源、６・・・光検出
器、 ７・・・検波（復調）器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）周波数変調を受けた可干渉性を有する信号光を光伝
   送路の一端より入射させ、該光伝送路に対して可干渉性
   を有する励起光を入射させ、該励起光が前記光伝送路を
   伝搬する過程で誘導ブリルアン散乱光を発生させ、前記
   信号光の周波数帯域幅の一部に前記誘導ブリルアン散乱
   光の周波数帯域を一致させることにより前記光伝送路の
   他端から前記信号光の周波数帯域の一部が選択的に増幅
   された出力光を取り出すことを特徴とする帯域選択型光
   増幅方式。 ２）特許請求の範囲第１項記載の帯域選択型光増幅方式
   において、前記励起光を前記光伝送路の途中あるいは他
   端より入射させることを特徴とする帯域選択型光増幅方
   式。