JPS6317434A

JPS6317434A - 光信号増幅方法および装置

Info

Publication number: JPS6317434A
Application number: JP61159738A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Aoki; 青木　▲やす▼弘
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1988-01-25
Also published as: JPH0530253B2

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、光ファイバの誘導ブリユアン効果を用いて信
号光を光ファイバ内で増幅する光信号増幅方法およびそ
れを実施するための装置に関する。

〔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
一モード光ファイバの開発に伴って、伝送速度が２　Ｇ
　ｂ　／　ｓ以上で、かつ伝送距離が１００１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図ることを目的とし
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ある。

この周波数多重光通信システムでは、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決である
。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、そのために周波数多重光通信システムでは伝送
距離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知られている
。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、他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
く取れるという特徴があり、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
だけ周波数の大きな励起光を、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、次式で表される。

Ｇ−ｅｘｐ　　（ｇｌ　・−・Ｌ、）・・・・・・・・
・・・・・・・（１）α ただし、ｇ、はビークの誘導ブリユアン利得係数（４，
６×１Ｑ−１１ｍ／　Ｗ）　、Ｐは光ファイバへの励起
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、ｌはファイバ長である。ここで、Ｌ、は増幅に
寄与する正味のファイバ長を与え、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徴が
ある。しかしながら、その利得帯域幅（ブリユアン利得
帯域幅）は高々数１０ＭＨｚ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難であった。

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
た光信号増幅方法およびそれを実施するための装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光信号増幅方法は、光ファイバの一端から励起
光を入射させ、前記光ファイバの他端からそれぞれの周
波数がｆｓｉ　（ｉ−Ｌ　　２＋　・・・・・・。

Ｎ）の信号光を入射させて、前記光ファイバ内の誘導ブ
リユアン効果によって前記信号光を増幅する光信号増幅
方法において、前記励起光を変調することによって少な
くともｆＩ、１（ｉ＝１．２．・・・・・・、Ｎ）の周
波数成分を生ぜしめ、かつ、ｆ、、−ｆｓ丑νｍ　　（
ｉ＝１．２．・・・・・・、Ｎ）（νｌ　：光ファイバ
のブリユアンシフトりの条件を満たすようにすることを
特徴とする。

本発明の光信号増幅装置は、光ファイバと、この光ファ
イバの一端に入射させる励起光を出射する励起光源と、
それぞれの周波数がｆｓ（ｉ＝１゜２、・・・・・・、
Ｎ）の信号光を合波し、合波した信号光を前記光ファイ
バの他端から入射させる手段と、前記光ファイバ内の誘
導ブリユアン効果によって増幅された前記信号光を前記
励起光と分離して取り出す手段と、少なくともｆｐｔ（
ｉ＝１．２．・・・・・・、Ｎ）の周波数成分を生ぜし
め、かつ、ｆｐｉ　　　　ｆｓｉ＝　　２ｍ　　　（ｉ
＝１．　　２．　　・・・・”、　　　Ｎ）（ν３　：
光ファイバのブリユアンシフト量）の条件を満たすよう
に、前記励起光源を変調する変調手段とを備えたことを
特徴とする。

〔作用〕

本発明の光信号増幅方法およびそれを実施するための装
置では、励起光を適切な変調手段によって変調し、少な
くともｆｐｉ　（ｔ　＝１１　２１　・・・・・・。

Ｎ）の周波数成分を生ぜしめている。その結果、ｆ　ｐ
ｉ−ｆ　ｓｉ’＝ν３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、低価格で信鯨性に優れた光信号増幅が実現
できる。

本発明では、励起光の変調によって生じたｆｐｌの周波
数成分の光パワーをＰ、Ａとすると、周波数ｆ１の信号
光は、だけ増幅できる。

ここで、励起光の変調方式としては、少なくともｒ、、
（ｉ＝１．２．・・・・・・、Ｎ）の周波数成分を生せ
しめればよいので、強度変調９周波数変調。

位相変調などのいずれの方式を用いてもよい。

なお、本発明では励起光が変調されているので、それに
よって増幅度に時間変動が生ずる恐れがある。しかしな
がら、誘導ブリユアン効果を用いた増幅では、信号光は
励起光とは逆方向に光ファイバ中を伝搬するので、信号
光が実効長し、の光ファイバを伝搬するのに要する時間
であるＬＩＩ／Ｃより短い周期の時間変動は生じない。

したがって、変調周期をＬ　＃　／　Ｃより十分に短く
すれば、この問題は回避できる。

〔実施例〕

次に、図面を参照して本発明の光信号増幅方法およびそ
れを実施するための装置について詳細に説明する。

第１図は本発明の光信号増幅方法の一実施例に用いられ
る光信号増幅装置の一例を示す。この例では、３波多重
信号光を増幅する構成となっている。

第１図において、信号光源１１．１２．１３及び励起光
源８は、いずれも波長１．３μ−帯のＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザ、外部変調器２１．２２
．２３はＬｉＮｂ０．位相変調器、光ファイバ４は、コ
ア径がｌＯμ−、ファイバ長が１００　ｋｍ。

波長１．３μ鋼での伝送損失が０．３８ｄＢ／Ｉｕａの
単一モードシ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Ｔｉ拡散によってＬｉＮｂ０１基板
にマツハツエンダ干渉型光導波路を作成し、それを２段
縦続接続したものであり、入出力用に光ファイバピッグ
ティルが付いている。ここで、この素子の損失は約８ｄ
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、半導体レーザ１１．１２．１３か
ら出射された信号光は、それぞれ、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ
ｓ位相変調器２１．２２．２３の電気信号入力端子３１
．３２゜３３に印加された３２Ｍｂ／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。

位相変調された各信号光の各周波数は、ｆ　１１＋　　
ｆ　ｓ！ｆｓ３であり、各々の信号光の中心周波数の間
隔は３ＧＨｚになるように設定されている。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。

一方、励起光源である半導体レーザ８は、変調電源９に
よって直接周波数変調されている。ここで、この半導体
レーザの単位電流あたりの周波数偏移量は約２００　Ｈ
ｚ　／ｍＡであった。したがって、本実施例では、前述
の周波数多重信号光の増幅を実現するために、３ＧＨｚ
間隔の周波数成分（ｒ　ｐｉ、ｆ　ｐｚ、ｆ　、ｓ）を
生ずる様に、第２図に示した印加電流によって周波数変
調を行っている。

また、変調周期は約１５ｎｓであり、Ｌ　＠　／　Ｃよ
りも十分に小さくなる様に選んでいる。そして、この励
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。光ファイバ４内の誘導ブリユ
アン効果によって増幅された信号光は、光分波器７によ
り励起光と分離して取り出される。

第３図は、第２図の印加電流によって周波数変調された
励起光および周波数多重信号光の周波数の関係を示した
図である。励起光と信号光の周波数は、ｒｐ、　　ｆｓ
ｉ＝１３ＧＨ２（ｉ　＝　１．２．３）であり、波長１
．３μｍ帯でのブリユアン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約６ｍＷ
であり、このときのｆｐｔ　（ｉ＝１．２．３）の周波
数成分は各々約１ｍＷであった。そして、増幅度として
約２５ｄＢ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。

上記においては、本発明による光信号増幅方法および光
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、励起光源の変調方式として周波
数変調を用いたが、強度変調や位相変調などの他の変調
方法を採用してもよい。また、励起光源８にはＩｎＧａ
ＡｓＰ／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
種のレーザでもよい。さらに、光ファイバは、分散シフ
トファイバをはじめとして、Ｇｅ０ｚ　＋　　Ｐｇ　Ｏ
ｓ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９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方法およ
び装置では、励起光源に適切な変調を加えることによっ
て、周波数多重信号光の増幅に必要な周波数成分を生ぜ
しめている。

その結果、たとえ励起光源が１個であっても、誘導ブリ
ユアン効果を用いた周波数多重信号光の増幅が可能にな
るという利点がある。そして、低価格でかつ信頬性の優
れた、光信号増幅方法およびそれを実施するための装置
が得られるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成図、第２図は、本発
明の一実施例における励起光源の変調電流波形を示す図
、第３図は、本発明の一実施例における励起光と信号光の
周波数の関係を示す図である。１１．１２．１３・・・信号光源２１．２２．２３・・・外部変調器３１．３２．３３・・・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・・・変調電源代理人弁理士　　　岩　　佐　　義　　幸−〜　　＾ −瞬　　　−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光ファイバの一端から励起光を入射させ、前記光
ファイバの他端からそれぞれの周波数がｆ＿ｓ（ｉ＝１
、２、・・・・・・、Ｎ）の信号光を入射させて、前記
光ファイバ内の誘導ブリユアン効果によって前記信号光
を増幅する光信号増幅方法において、前記励起光を変調
することによって少なくともｆ＿ｐ（ｉ＝１、２、・・
・・・・、Ｎ）の周波数成分を生ぜしめ、かつ、ｆ＿ｐ＿ｉ−ｆ＿ｓ＿ｉ＝ν＿Ｂ（ｉ＝１、２、・・・
・・・、Ｎ）（ν＿Ｂ：光ファイバのブリユアンシフト
量）の条件を満たすようにすることを特徴とする光信号
増幅方法。
（２）光ファイバと、この光ファイバの一端に入射させ
る励起光を出射する励起光源と、それぞれの周波数がｆ
＿ｓ＿ｉ（ｉ＝１、２、・・・・・・、Ｎ）の信号光を
合波し、合波した信号光を前記光ファイバの他端から入
射させる手段と、前記光ファイバ内の誘導ブリユアン効
果によって増幅された前記信号光を前記励起光と分離し
て取り出す手段と、少なくともｆ＿ｐ＿ｉ（ｉ＝１、２
、・・・・・・、Ｎ）の周波数成分を生ぜしめ、かつ、ｆ＿ｐ＿ｉ−ｆ＿ｓ＿ｉ＝ν＿Ｂ（ｉ＝１、２、・・・
・・・、Ｎ）（ν＿Ｂ：光ファイバのブリユアンシフト
量）の条件を満たすように、前記励起光源を変調する変
調手段とを備えたことを特徴とする光信号増幅装置。