JPS635330A - 光信号増幅装置 - 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〕 本発明は光信号増幅装置に関し、特に光７アイパ（７）
誘２４ブリユアン効果を用いて信号光を光フアイバ内で
増幅する光信号増幅装置に関する。

〔従来の技術〕

近年の高性能な単一軸モード半導体レーザと低損失な単
一モード光７アイパの開発に伴って、伝送速度が２０ｂ
／Ｓ以上で、かつ伝送距離が１１００Ｋ以上というよう
な高速・長距離光通信システムが実験室レベルでは実現
可能になった。そして、光ファイバの広帯域性を生かし
て、さらに伝送容量の拡大を計ることを目的として、周
波数の異なる複数の光を高密度に多重して伝送させる周
波数多重光通信システムが検討されつつろる。

この周波数多重光通信７ステムでは、周波数の近接した
信号光を合分波するために光合分波回路が不可欠である
。しかしながら、現状の光合分波回路はその挿入損失が
大きく、そのために上記のシステムでは伝送距ｊＩＩを
長くできないという問題がある。

この様な挿入損失の補償を行なう方法として、近年、信
号光を直接増幅する光増幅に関する研究が活発に行なわ
れている。その有力な一手段として、光ファイバの誘導
散乱効果を用いる方式がある（オプティカル・エンジニ
アリング（ＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　）
　、第２４巻、　１９８５年、６００−６０８ページ）
。使用する誘導散乱効果としては、誘導ラマン効果、誘
導ブリユアン効果、誘導口光子混合効果などが苅られて
いる。その中でも、誘導ブリユアン効果は、その増幅利
得係数が非常に大きいことから、池の誘導散乱効果を用
いる場合に比べて、励起光パワーが小さくても増幅度を
大きく取れるという特長があり、最も有用である。

この誘導ブリユアン効果を用いて信号光を増幅するには
、信号光とともにその周波数よりもブリユアンシフト量
だけ周波数の大きい励起光を、信号光とは逆方向に伝搬
する様に光ファイバに入射させる。このときに得られる
増幅度Ｇは次式で表わされる。

ただし、ｇＢはピークの誘尋ブリュア／利得係数（４，
６Ｘ　１０”　ｍ７ｗ）、　Ｐは光フアイバヘノ励起入
力パワー、Ａはコア実効断面積、αは光ファイバの伝送
損失、ｔはファイバ長である。ここで、Ｌｅは増幅に寄
与する正味の７アイパ長を与え、実効長と呼ばれている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕 誘導ブリユアン効果を用いた光信号増幅装置では、前述
の様に低い励起入力で大きな増幅度が得られるという特
長がある。しかしながら、その利得帯域幅線（ブリユア
ン利得帯域幅〆）は＾々１００　Ｍ）ｌｚ　程度と狭く
、周波数多重信号光を増幅することは従来は困碓であっ
た。

この解決法としては、例えば、各々の周波数の信号光に
対応した複数の励起光源を用いることが考えられる。し
かし、複数の励起光源を用いると、装置が大掛かりにな
る上に、価格が高くなってしまうという欠点がある。ま
た、多数の励起光源を保守しなければならず、この装置
の信頼性を大幅に損なうという問題点を新たに生じてし
まう。

本発明の目的は、以上述べたような従来の欠点を除去し
、信頼性などを損なうことなく周波数多重信号光の増幅
を可能とした、光ファイバ内誘導ブリユアン効果を用い
た光信号増幅装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による光信号増幅装置は、光ファイバと、この光
ファイバに入力する周波数多重された複数の信号光のそ
れぞれの周波数より前記光ファイバのブリユアンシフト
量だけ高い周波数成分を少くとも含む励起光を出射する
多軸モード発振レーザ光源と、前記励起光を前記光ファ
イバに入射させる手段とを備えることを構成上の特徴と
する。

〔作用〕

本構成は、励起光源として、少なくともｆｐｌ（ｉ＝１
．２・・・Ｎ）の周波数の軸モードで発振する多軸モー
ドレーザ光源を用いている。その結果、各信号光の周波
数ｆ５ｉに対し’Ｐｉ−ｆｓｔ　＝　’Ｂ　（１＝１．
２・・・Ｎ、νＢは光ファイバのブリユアンシフト量）
とすることにより、たとえ励起光源は１個であっても、
周波数多重信号光の増幅ができるようになり、低価格で
信頼性に優れた光信号増幅が実現できる。

この発明では、ｆＰｉの周波数成分の光パワーをＰＰ、
とすると、周波数ｆ８Ｉの信号光は、だけ増幅できる。

以下、この理由について説明する。

光フアイバ中を＋（プラス）２方向に伝搬する多軸モー
ド励起光、および−（マイナス）Ｚ方向に伝搬する周波
数多重信号光の複素振幅を、（ｎ＝１．２・・・Ｎ） と表わすと、誘導ブリユアン効果による両者の相互作用
は次式で記述できる。

ＥＰ、（ｚ）、　ｅ■偏−泳ｎ　）ｚ−（５）Ｅｓ系、
ｅｉ　（泳−Δｋａ）　Ｚ　、　　、、、　（６）（ｍ
＝１　、２．　・＝Ｎ、　ｎ−１，２−Ｎ）ただし、 であり、ｖｐ、ｖｓは、励起光及び信号光の光フアイバ
中での群速度でおる。また、Ωは軸モード間隔である。

ここで、多軸モード励起光のｆｐＨｌの周波数成分の光
パワーＰｐ、、及び周波数多重信号光のｆｓｆｉの周波
数成分の光パワーｐａｎは、 （ｎ＝１．２・・・Ｎ、Ａはコア実効断面積）と表わさ
れるので％　（５）、　（６）式は次のようになる。

・・・（８） ・・・（９） （ｍ＝１．２−Ｎ、ｎ＝１．２．　・＝Ｎ）上記（８）
式よ’）、ｆａｎの周波数成分の信号光の増幅［Ｇ、、
は、 焦（Δに＋ｎ−Δに、）Ｚ）ｃｔＺ　　　　　　　−・
・（１０）（ｎ＝１．２・・・Ｎ） と求められる。

この式において、右辺第２項の積分値は、光ファイバの
長さｔが、 のときにはほとんどゼロになるので省略できる。

−方、励起光の増幅による減衰が小さい場合、即ち１Ｐ
ｐｎｌＺ）＞＞Ｐｓｎ（Ｚ）、　（ｎ　＝　１　、　計
＝　Ｎ　）の場合には、（９）式より、 Ｐｐｎ（ｎ＝　ｐｐｎｉｏ）　＠　ｅｘｐ（４ｚ　）　
　　　　・”　（１２）と表わされる。

したがって、周波数ｆｓｆｌの信号光の増幅度Ｇｓｎは
、結局 （ｎ＝１．２・・・Ｎ） となり、この式は（３）式と等価である。

ここで、ｖＩ）　二Ｖｓ　二２　Ｘ　Ｉ　Ｑ’　ｒｎ／
　ｓ　、Ωは数Ｉ　Ｑ　Ｑ　Ｍ）ｌｚ以上であるので、
Ｚｏ（６ｍでるる。

ゆえに、（１１）式の条件は、長さが数百ｍ以上の光フ
ァイバにおいては常に満足される。

〔実施例〕

次に、本発明の光信号増幅装置について、図面を参照し
て詳細に説明する。

第１図は、本発明による一実施例の構成図である。この
例では、３波多重信号元を増幅する構成となっている。

第１図に２いて、信号光源１１・１２・１３は、いずれ
も波長１．３　ａｍ帯Ｄ　ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布
帰還型半導体レーザ、外部変調器２１・２２・２３はＬ
ｉＮｂ０．位相変調器、光ファイバ４は、コア径が１９
μｍ、ファイバ長が１００ＫＩｎ、ｅ長１．３　ｔｔｍ
での伝送損失が０．３８　ｄＢ、％の単一モード７リカ
　′ファイバである。光合波器５．及び光分波器７は、
いずれもＩｌｌ　ｉ拡散によってＬ　１ＮｂＯ、基板に
マツハツエンダ干渉製光４波路を作成し、それを２段縦
続接続したものでアク、入出力用に光フアイバピッグチ
４ルが付いている。ここで、この素子の損失は約８　ｄ
Ｂである。また、励起光を光ファイバ４に入射させるた
めの方向性結合器６には、分岐比が１対０．５である単
一モード光ファイバカップラを用いている。

この実施例において、半２４ｆ＊レーザ１１・１２・１
３から出射された信号光は、ＬｉＮｂ０．位相変調器２
１・２２・２３の電気信号入力端子３１・３２・３３に
印加された３　２Ｍｂ／ｓの２値符号電気パルスによっ
て位相シフト量πに位相変調されている。

そして、光合波器５によって多重された後に光ファイバ
４に結合されている。ここで、各々の中心周波数の間隔
は３ＧＨｚになるように設定されている。

一方、励起光源８は、外部鏡９と、この外部観測の端面
に無反射コーティングを施したＩｎ（ＪａＡｓＰ／Ｉ　
ｎ　Ｐファブリペロ型半導体レーザ素子１０とで構成さ
れた外部共振器を半導体レーザである。ここで、この外
部共振器型半導体レーザの発振波長は１．３μｍ近傍で
あり、軸モード数約５本で多軸モード発振している。ま
た、前述の周波数多重信号光の増幅を実現するために、
このレーザの軸モード間隔は、外部境と半導体レーザ素
子との距離を約５ｍにすることによ５．３Ｏｆ（ｚに設
定されている。そして、この外部共振器型半導体レーザ
から出射した励起光は単一モード光ファイバカップラ６
を通じて光ファイバ４に結合されている。

第２図は、この励起光及び周波数多重信号光の周波数の
関係を示した説明図である。励起光と信号光との周波数
ｆｐｉ　”　ｆｓｉの差は、ｆｐｉ　　ｆｓｉ　＝１３
ＧＨｚ　（ｉ＝１．２．３　）であり、波長１．３μｍ
帯でのプリエア／シフト量と一致させている。

この実施例では、励起光のファイバ入力パワーは約５ｍ
Ｗであり、このときのｆｐｌ　（ｉ＝１．２゜３）の周
波数成分は各々約１ｍＷであった。そのとき、増幅度と
して約２５　ｄＢの値が得られた。

この値は（３）式から見積もられた値とほぼ一致した。

以上、本発明による光信号増幅装置について一実施例を
用いて説明したが、本発明はこの実施例に限られること
なくいくつかの変形が考えられる。

例えば、本実施例では、励起光源８としては、Ｉ　ｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザを用いたが、他の材料の
半導体レーザ、あるいは固体レーザ、ガスレーザなどの
他櫨のレーザでもよい。さらに、光ファイバは、分散シ
フト７アイパをはじめとして、ＧｅＯ２、Ｐ、　０．な
どのその他の組成の光ファイバを使用してもよい。さら
にまた、光合分波器や方向性結合器は、その所要性能を
有する限り、いかなる構造２種類であっても良いことは
言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による光信号増幅装置は、
励起光源として少なくとも周波数ｆｐｉ（ｉ＝１．２・
・・Ｎ）の励起光を出射する多軸モード発振レーザ光源
を用いているので、たとえ励起光源が１個であっても周
波数多重信号光の増幅が可能になるという効果があり、
本発明を用いれば、低価格でかつ信預性に優れた、誘導
ブリユアン効果を用いた光信号増幅装置が得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による一実施例の構成図、第２図は、
第１図に示す実施例における、励起光と信号光との周波
数の関係を示す説明図である。 １１・１２・１３・・・・・・信号光源、２１・２２φ
２３・・・・・・外部変調器、３１φ３２・３３・・・
・・・電気信号入力端子、４・・・・・・光ファイバ、
５・・・・・・光合波器、６・・・・・・方向性結合器
、７・−・・・・光分波器、８・・・・・・励起光源、
９・・・・・・外部鏡、１０・・・・・・半導体レーザ
素子。 −一、−ダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバと、この光ファイバに入力する周波数多重さ
   れた複数の信号光のそれぞれの周波数より前記光ファイ
   バのブリユアンシフト量だけ高い周波数成分を少くとも
   含む励起光を出射する多軸モード発振レーザ光源と、前
   記励起光を前記光ファイバに入射させる手段とを備える
   ことを特徴とする光信号増幅装置。