光増幅器
【課題】 ＳＢＳの発生を抑え、信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供すること。
【解決手段】 信号光を、励起光により増幅する光増幅器において、励起光は、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２ｎ（ｎは１以上の整数）の２ｎ個の光パルスであり、該２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）番目のパルス位相は、ｊ番目のパルス位相よりＴ／２ｎだけ遅れている前記光パルスを２ｎ個生成する光源を備える。この光源は、入力光に対して所定の強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する光強度変調器９を有する。
【解決手段】 信号光を、励起光により増幅する光増幅器において、励起光は、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２ｎ（ｎは１以上の整数）の２ｎ個の光パルスであり、該２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）番目のパルス位相は、ｊ番目のパルス位相よりＴ／２ｎだけ遅れている前記光パルスを２ｎ個生成する光源を備える。この光源は、入力光に対して所定の強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する光強度変調器９を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器に関し、より詳細には、長距離光伝送を可能とする光中継器において、光ファイバ伝送技術における信号光を直接増幅、または波長変換する光増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光信号を直接光励起する光増幅器として、希土類イオンを光ファイバに添加したＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）のような希土類添加光ファイバ増幅器や、非線形媒質中に誘起される高次の非線形効果によって光信号を増幅する光ラマン増幅器や光パラメトリック増幅器などがある。
【０００３】
光信号について、上記光ファイバ増幅器を用いて励起する場合、高強度の励起光をファイバ媒質中に入射する必要がある。この励起光の入射によって、光ファイバ増幅器中では様々な非線形効果が誘起される。そのうち、３次の非線形現象である誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ、Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）は、入力光電力が制限されてしまうため大きな問題であった。
【０００４】
この問題点を改善するために、励起光を直接位相変調しスペクトルを広げることによってＳＢＳのしきい値を上げた光増幅器が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
音響フォノンが非線形媒質中でｅｘｐ（−ｔ／ＴＢ）で減衰するものとすれば、ブリルアン利得ｇＢ（ν）はローレンツ型のプロファイルを持ち[数１]のように表せる。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ΔνＢはブリルアン利得の半値全幅、ｇＢ（νＢ）はブリルアン利得のピークを示す。ここで励起光の半値全幅Δνｐを考慮するとブリルアン利得ｇＢＰｅａｋは[数２]のように表せる。
【０００８】
【数２】
【０００９】
となる。よって励起光のスペクトルを広げることでブリルアン利得ｇＢＰｅａｋは下がり、結果的にＳＢＳのしきい値が上がることがわかる。
【００１０】
図１は、従来の光位相変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す。図1において、1はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光源、７は光位相変調器、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、ＰＳは信号光である。従来の光ファイバ増幅器は、励起光ＰＰを光位相変調器7によってスペクトルを広げた後、信号光ＰＳと励起光ＰＰとを光合波器4で合波し、該合波された光を光ファイバ５に入力する構成となっており、励起光ＰＰによって信号光ＰＳは増幅される。そこで、光ファイバ５の出力段に信号光ＰＳのみを透過する光フィルタ６を備えれば、信号光ＰＳに対する光増幅器として機能する。
【００１１】
【非特許文献１】Y. Aoki, K. Tajima, and I. Mito, ”Input Power Limits of Single-Mode Optical Fibers due to Stimulated Brillouin Scattering in Optical Communication Systems” J.Lightwave Technol. 6, pp. 710-719 (1988)
【非特許文献２】K.K.Y. Wong, K. Shimizu, M.E. Marhic, K. Uesaka, G. Kalogerakis, and L.G. Kazovsky, ”Continuous-wave fiver optical parametric wavelength converter with 140-dB conversion efficiency and a 3.8-dB noise figure” Opt. Lett. 28, pp. 692-694 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、前述の励起光に位相変調を施した光増幅器では、ＳＢＳの抑制に効果はあるものの、ファイバ中によりハイパワーな励起光を入力するためには複数段の光位相変調器に異なる変調周波数で位相変調をかけるなどの工夫が必要であり装置が複雑になる（非特許文献２参照）。そのうえ、波長変換光（アイドラ光）にも位相変調がかかってしまうという問題がある。
【００１３】
励起光としてＣＷ光を用いるのに対して、励起光の光源としてパルス光源を用いてパルス光により励起すると、励起光のスペクトルが広いことからＳＢＳを抑圧できる上、ピーク強度が高いのでＣＷ励起と比べ非常に大きな増幅効果が得られる。
【００１４】
しかしながら、パルス励起型の増幅器の場合、信号のビット位相と励起光のパルス位相とを一致させなければならず、しかも、ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）フォーマットの光信号しか増幅することができない。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＳＢＳの発生を抑え、信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、信号光を、励起光により増幅する光増幅器において、前記励起光は、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２ｎ（ｎは１以上の整数）の２ｎ個の光パルスであり、該２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）番目のパルス位相は、ｊ番目のパルス位相よりＴ／２ｎだけ遅れている前記光パルスを２ｎ個生成する光源を備え、該光源は、入力光に対して所定の強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する光強度変調手段を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも２つの出力ポートを有する光強度変調器を備え前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも２つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを有する光強度変調器を備え前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記光強度変調器は、光位相変調器を含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記光強度変調器は、光周波数変調器を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、大幅にＳＢＳのしきい値を上げることができ、かつ、信号フォーマットやビットレートに依存しない増幅が可能である。また、高強度な励起光源を用いた光増幅器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
（本発明を実施するにあたって実施した検討事項）
上述のように、従来の位相変調器を用いた光増幅器では、ＳＢＳを抑制できるものの、その装置構成が複雑になっていた。
この点を考慮して、光強度変調器と位相シフタとを用いることによって信号のビットレートや信号フォーマットに依存せずにＳＢＳを抑制する。
【００２４】
図２は、光強度変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す図である。図２において、１Ａ、１ＢはそれぞれＣＷ光源、２Ａ、２Ｂはそれぞれ光強度変調器、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、８は位相シフタ（τ＝Ｔ／２）、ＰＳは信号光である。また、Ｓ１は周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号、およびＳ２はＳ１とはパルス位相が半周期（τ＝Ｔ／２）ずれた周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号で、これらの信号で光強度変調器２を駆動する。
【００２５】
励起光は周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２で構成されており、パルス位相が半周期（τ＝Ｔ／２）ずれた構成にすることによって平均パワーが一定になり、信号ビットレートに依存せずしかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００２６】
このような光増幅器では、上述の通り、ＳＢＳの発生を抑えつつ、信号に対する制限も抑えた良好な光増幅を提供できるが、励起光を強度変調するために励起光毎に光強度変調器が必要であり、さらにそれぞれの光強度変調器によって変調されたパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの形が異なってしまうことから光パルスの位相制御が非常に困難になる。
【００２７】
本発明の一実施形態は、上記により説明した検討事項に鑑みてなされたものであり、本発明の幾つかの実施形態を以下に説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
本実施形態では、ＣＷ光源からの光について強度変調を１段行う場合（ｎ＝１）の光変調器の構成および動作について説明する。
【００２９】
図３は、本実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。図３において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）は、光増幅に用いられる励起光であるＣＷ光を発振する光源であり、光合波器４ＡにＣＷ光を入力できるように配置されている。具体的には、光合波器４Ａの入力ポートに接続された入力コネクタからＣＷ光を入力すればよい。なお、ＣＷ光源１Ａおよび１Ｂは、信号光の利得が同じになるように波長及び強度が設定されている。光合波器４Ａの出力ポートには、１つの入力ポートおよび２つの出力ポート（１入力２出力）を有し、入力された電気信号に応じて入力光を変調する手段としての１入力２出力光強度変調器（単に、２出力光強度変調器とも呼ぶ）２が接続されている。２出力強度変調器２の第１の出力ポートには光フィルタ６Ａ（透過波長：λａ）が、第２の出力ポートには光フィルタ６Ｂ（透過波長：λｂ）が接続されている。なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光ファイバ等の光導波路により光学的に接続されている（単に、光学的に接続される、とも呼ぶ）。
【００３０】
また、２出力光強度変調器２には、２出力強度変調器２の駆動を制御する信号を発信する手段としての信号発生器３が、導線等により電気的に接続されている（単に、電気的に接続されている、とも呼ぶ）。
【００３１】
上述の２出力光強度変調器２は、信号発生器３より入力される電気信号に応じて、入力される光をパルス化し、かつ一方の出力ポートから出力される光パルスを他方の出力ポートから出力される光パルスに対して反転させる機能を有する。
【００３２】
ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）から発振されたＣＷ光はそれぞれ、光合波器４Ａに入力されて合波される。光合波器４Ａから出力された合波されたＣＷ光は、２出力光強度変調器２に入力される。このとき、信号発生器３から、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンを示す電気信号が光強度変調器２に入力されることにより、入力されたＣＷ光は、互いにパルス位相の反転した２つのパルス光（周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２）となり出力される。これら２つの光パルスのうち、パルス位相が反転されていない光パルスは、光フィルタ６Ａに、またパルス位相が反転された光パルスは光フィルタ６Ｂにそれぞれ入力される。光フィルタ6Ａおよび６Ｂによってそれぞれの波長の光を取り出すことによってパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光パルスを生成することができる。よって、図３に示した構成を、パルス位相が互いにＴ／２ずれた２つの光パルスの光源とすることができる。
【００３３】
図４は、図３に示した２出力光強度変調器を用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
図４において、ＣＷ光源１Ａおよび１Ｂ、２出力光強度変調器２、信号発生器３、光合波器４Ａ、光フィルタ６Ａおよび６Ｂの構成については、図３と同様であるのでその説明は省略する。
【００３４】
図４において、光フィルタ６Ａは光合波器４Ｂの第１の入力ポートに、また光フィルタ６Ｂは光合波器４Ｂの第２の入力ポートに接続されている。光合波器４Ｂの出力ポートは、光合波器４Ｃの第１の入力ポートに接続されている。一方、光合波器４Ｃの第２の入力ポートには、入力コネクタ（不図示）が接続されており、該入力コネクタを介して第２の入力ポートから信号光ＰＳ（波長：λＳ）は入力することになる。これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００３５】
また、光合波器４Ｃの出力ポートには、光ファイバ５の一方端が接続されており、該光ファイバ５の他方端には、光フィルタ６（透過波長：λｓ）が接続されている。
【００３６】
なお、本実施形態では、光ファイバ５を増幅媒質として用いているが、光ファイバに限定されるものではなく、半導体増幅器（ＳＯＡ、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）やＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ−ｐｌｏｅｄ ＬｉＮｂＯ３）のような酸化物強誘電体導波路でも良い。
【００３７】
このような構成で、光フィルタ６Ａから出力された光パルス（λａ）と光フィルタ６Ｂから出力された光パルス（λｂ）とは、光合波器４Ｂにて合波され、該合波された光パルスと信号光ＰＳとは、光合波器４Ｃにて合波されて、光ファイバ５に入力される。光ファイバ５に入力された信号光ＰＳは、励起光である、互いにパルス位相が反転した光パルスの合波光により増幅され、光フィルタ６Ｃにて濾波されて出力される。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、励起光を光変調するために励起光毎に光強度変調器やパルス位相の遅延を調整することを必要とせずに、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの波形が同形のｔ＝Ｔ／２ずれた光源で増幅媒質である光ファイバを励起することによって平均パワー一定に励起することができることから、信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ｎ＝１の場合について説明した。本実施形態では、ｎ≧２の場合について説明する。
【００４０】
図５は、本実施形態に係るｎ＝２の場合の、パルス位相がｔ＝Ｔ／４ずれた励起光の生成方法について説明するための図である。図５において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）、ＣＷ光源１Ｄ（波長：λｄ）は、第１の実施形態と同様に、光合波器４ＡにＣＷ光を入力できるように配置されている。
なお、ＣＷ光源１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄは、信号光の利得が同じになるように波長及び強度が設定されている。
【００４１】
光合波器４Ａの出力ポートには、２出力光強度変調器２Ａが接続されている。２出力光強度変調器２Ａの第１の出力ポートには、２出力光強度変調器２Ｂが、また第２の出力ポートには、２出力光強度変調器２Ｃがそれぞれ接続されている。すなわち、後述のように、ｔ＝Ｔ／４ずれた光源の４つの出力を得るために、図のように２出力光強度変調器をツリー構造に配置する。２出力光強度変調器２Ｂの第１の出力ポートには光フィルタ６Ａ（透過波長：λａ）が、第２の出力ポートには光フィルタ６Ｂ（透過波長：λｂ）が接続されており、一方、２出力光強度変調器２Ｃの第１の出力ポートには光フィルタ６Ｃ（透過波長：λｃ）が、第２の出力ポートには光フィルタ６Ｄ（透過波長：λｄ）が接続されている。なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００４２】
また、２出力光強度変調器２Ａには、信号発生器３が、電気的に接続されている。一方、２出力光強度変調器２Ｂおよび２出力光強度変調器２Ｃは、信号発生器３から出力されたパルスパターンについてＴ／４だけ位相を進める（シフトする）手段としての位相シフタ８（位相シフトτ＝Ｔ／４）を介して信号発生器３に電気的に接続されている。
【００４３】
ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）およびＣＷ光源１Ｄ（波長：λｄ）から発振されたＣＷ光はそれぞれ、光合波器４Ａに入力されて合波される。光合波器４Ａから出力された合波されたＣＷ光は、２出力光強度変調器２Ａに入力される。このとき、第１の実施形態と同様に、信号発生器３からのパルスパターン（周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２）を示す電気信号により、入力されたＣＷ光は、互いにパルス位相の反転した２つのパルス光（周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２）となり出力される。これら２つの光パルスのうち、パルス位相が反転されていない光パルスは、２出力光強度変調器２Ｂに、またパルス位相が反転された光パルスは２出力光強度変調器２Ｃにそれぞれ入力される。
【００４４】
このとき、２出力光強度変調器２Ｂを、位相シフタ８によりパルス位相がＴ／４だけ進んだ信号発生器３からのパルスパターンを示す電気信号により駆動することによって、２出力光強度変調器２Ｂの第１の出力ポートからは、２出力光強度変調器２Ａから出力された光パルスに対してｔ＝Ｔ／４だけパルス幅が小さくなった光パルスを出力し、２出力光強度変調器２Ｂの第２の出力ポートからは、第１の出力ポートから出力される光パルスに対してパルス位相が反転した光パルスを出力する。２出力光強度変調器２Ｃについても、位相シフタ８を介した電気信号により駆動することで、上記と同様に変調された光パルスを出力する。
【００４５】
これら出力された光パルスは、光フィルタ６Ａ〜６Ｄに入力され濾波されて所望の波長の光パルスが抽出される。よって、図５に示した構成を、パルス位相が互いにＴ／４ずれた４つの光パルスの光源とすることができる。
【００４６】
このように、上記２出力光強度変調器の１段目と２段目とではパルス位相がｔ＝Ｔ／４進んで駆動していることを表している。また、それぞれのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの形はｔ＝Ｔ／４ずれたパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの形と同じ波形となる。
【００４７】
次に、ｎ＞２の場合について説明する。図６は、本実施形態に係る、２出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
図６において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）〜ＣＷ光源１Ｋ（波長：λｋであり、２ｎ番目の光源）の後段には、光合波器４Ａを介して入力されたＣＷ光に対して対応する電気信号によって強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する手段としての光強度変調器９が配置されている。この光強度変調器９は、２ｎ−１個の２出力光強度変調器（２Ａ〜２Ｊ）、信号発生器３、位相シフタ８Ａ〜８ｎを備えており、２ｎ−１個の２出力光強度変調器（２Ａ〜２Ｊ）はツリー構造を形成して配置されている。
【００４８】
上記ツリー構造は、図５に示したツリー構造と同様である。すなわち、図５と同様にツリー構造で接続された２出力光強度変調器２Ｂのそれぞれの出力ポートには、２出力光強度変調器２Ｄおよび２Ｅが、また、２出力光強度変調器２Ｃのそれぞれの出力ポートには２出力光強度変調器２Ｆおよび２Ｇが接続されている。このようにして２出力光強度変調器の２つの出力ポートのそれぞれには、後段に配置された対応する２出力光強度変調器がツリー状に接続され、２ｎ−１個の２出力光強度変調器はツリー構造を構成する。このようなツリー構造では、最終段（ｎ段目）の２出力強度変調器の出力ポートの合計は、２ｎ個となるので、２ｎ個の光パルスを出力することができる。
【００４９】
上記ツリー構造の最終段の２出力光強度変調器のそれぞれの出力ポートにはそれぞれ図５と同様に、光フィルタ６Ａ〜６Ｋ（光フィルタ６Ｋの透過波長：λｋ）が対応するポートに１個ずつ接続されている。なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００５０】
また、２出力光強度変調器２Ａには、信号発生器３が、電気的に接続されている。一方、２出力光強度変調器２Ｂおよび２出力光強度変調器２Ｃは、信号発生器３から出力されたパルスパターンについてＴ／４だけ位相を進める（シフトする）手段としての位相シフタ８Ａ（位相シフトτ＝Ｔ／４）を介して信号発生器３に電気的に接続されている。位相シフタ８Ａにはさらに、位相シフタ８Ａによって位相がシフトされた電気信号に対してＴ／８だけ位相が進むようにシフト量（シフト量：Ｔ／８）が設定された位相シフタ８Ｂが電気的に接続されており、２出力光強度変調器２Ｄ〜２Ｇは、位相シフタ８Ｂに電気的に接続されている。位相シフタ８Ｂにはさらに、位相シフタ８Ｂによって位相がシフトされた電気信号に対してＴ／１６だけ位相が進むようにシフト量（シフト量：Ｔ／１６）が設定された位相シフタ８Ｃが電気的に接続されており、位相シフタ８Ｃは、２出力光強度変調器２Ｄ〜２Ｇの後段にツリー状に接続された、対応するそれぞれの２出力光強度変調器に電気的に接続されている。
【００５１】
このようにしてツリー構造の各段の２出力光強度変調器の各々には、対応する位相シフタが電気的に接続されており、ツリー構造の最終段の２出力光強度変調器の各々には、位相シフタ８ｎ−１によって位相がシフトされた電気信号に対してＴ／２ｎだけ位相が進むようにシフト量（シフト量：Ｔ／２ｎ）が設定された位相シフタ８ｎが電気的に接続されている。
【００５２】
このように位相シフタをｎ個配置することで、ｎ個目の位相シフタにより、前段（ｎ−１個目）の位相シフタからの電気信号について、Ｔ／２ｎだけ位相を進めることが可能となる。
【００５３】
本実施形態では、２出力光強度変調器をツリー構造に配置する場合、上記ツリー構造の各段の２出力光強度変調器において、入力されたＣＷ光または光パルスに対して、対応する電気信号に応じて強度変調するので、ｉ段目（iは２〜ｎのいずれかの整数）の２出力光強度変調器のパルス位相は、i−１段目の２出力光強度変調器のパルス位相に対してｔ＝Ｔ／２ｉ進んでいる（i＝１、すなわちｎ＝１の場合については、第１の実施形態で説明した）。また、出力される２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１番目（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）の光パルスのパルス位相は、ｊ番目の光パルスのパルス位相よりもｔ＝Ｔ／２ｎ遅れている。
【００５４】
以上の構成により２ｎ−１個の２出力光強度変調器をツリー構造に接続することでパルス位相がt＝Ｔ／２ｎずれた２ｎ個の出力を得ることができる。これを励起光として光信号を増幅することによって信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、２ｎ−１個の２出力光強度変調器２Ａ〜２Ｊ、光合波器４Ａ、４Ｂおよび光フィルタ６Ａ〜６Ｋを用いることによってパルス位相のｔ＝Ｔ／２ｎずれた２ｎ個の出力を得ることができる。
【００５６】
本実施形態では、２つの入力ポートおよび１つの出力ポート（２入力１出力）を有し、入力された電気信号に応じて入力光を変調する手段としての２入力１出力光強度変調器（単に、１出力光強度変調器とも呼ぶ）を２ｎ−１個（ｎ≧１）用いることによって、光合波器、光フィルタを用いずにパルス位相がｔ＝Ｔ／２ｎずれた光源を作りだすことができる。
【００５７】
なお、本実施形態に係る１出力光強度変調器は、信号発生器より入力される電気信号に応じて、入力される光をパルス化し、かつ一方の入力ポートから入力される光パルスを他方の入力ポートから入力される光パルスに対して反転させる機能を有する。
【００５８】
まず、ＣＷ光源からの光について強度変調を１段行う場合（ｎ＝１）の光変調器の構成および動作について説明する。
【００５９】
図７は、本実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。図７において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）は、１出力光強度変調器１０にＣＷ光を入力できるように配置されている。具体的には、１出力光強度変調器１０の２つの入力ポートに接続された入力コネクタからＣＷ光をそれぞれ入力すればよい。
また、１出力光強度変調器１０には、信号発生器３が、導線等により電気的に接続されている。
【００６０】
ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）から発振されたＣＷ光はそれぞれ、１出力光強度変調器の第１の入力ポートおよび第２の入力ポートから１出力光強度変調器に入力される。このとき、信号発生器３から、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンを示す電気信号が１出力光強度変調器１０に入力されることにより、それぞれの波長の光がパルス位相を反転されて出力される。
【００６１】
次に、ｎ＞２の場合について説明する。図８は、本実施形態に係る、１出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
図８において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）〜ＣＷ光源１Ｋ（波長：λｋであり、２ｎ番目の光源）の後段には、入力されたＣＷ光に対して対応する電気信号によって強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する手段としての光強度変調器１１が配置されている。この光強度変調器１１は、２ｎ−１個の１出力光強度変調器、信号発生器３、位相シフタ８Ａ〜８ｎを備えており、２ｎ−１個の１出力光強度変調器はツリー構造を形成して配置されている。
【００６２】
上記ツリー構造は、第１段目の各々の１出力光強度変調器の２つの入力ポートに、対応するＣＷ光源を接続することにより始まる。１段目の各々の１出力光強度変調器の出力ポートは、２段目の対応する１出力光強度変調器の入力ポートにツリー状に接続される。このようなツリー状の接続により上記ツリー構造が形成される。すなわち、１出力光強度変調器の２つの入力ポートのそれぞれには、前段に配置された対応する１出力光強度変調器の出力ポートがツリー状に接続され、２ｎ−１個の１出力光強度変調器はツリー構造を構成する。
なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００６３】
また、１段目の１出力光強度変調器の各々には、信号発生器３が、電気的に接続されている。一方、２段目の１出力光強度変調器の各々には、位相シフタ８Ａ（位相シフトτ＝Ｔ／４）を介して信号発生器３に電気的に接続されている。位相シフタ８Ａにはさらに、位相シフタ８Ｂが電気的に接続されており、３段目の１出力光強度変調器の各々は、位相シフタ８Ｂに電気的に接続されている。
【００６４】
このようにしてツリー構造の各段の２出力光強度変調器の各々には、対応する位相シフタが電気的に接続されており、ツリー構造の最終段の１出力光強度変調器には、位相シフタ８ｎが電気的に接続されている。
【００６５】
このように位相シフタをｎ個配置することで、ｎ個目の位相シフタにより、前段（ｎ−１個目）の位相シフタからの電気信号について、Ｔ／２ｎだけ位相を進めることが可能となる。
【００６６】
本実施形態では、１出力光強度変調器をツリー構造に配置する場合、上記ツリー構造の各段の１出力光強度変調器において、入力されたＣＷ光または光パルスに対して、対応する電気信号に応じて強度変調するので、ｉ段目(ｉは２〜ｎのいずれかの整数）の２出力光強度変調器のパルス位相は、ｉ−１段目の２出力光強度変調器のパルス位相に対してｔ＝Ｔ／２ｉ進んでいる。また、出力される２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１番目（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）の光パルスのパルス位相は、ｊ番目の光パルスのパルス位相よりもｔ＝Ｔ／２ｎ遅れている。
【００６７】
以上の構成により２ｎ−１個の１出力光強度変調器をツリー構造に接続することでパルス位相がt＝Ｔ／２ｎずれた２ｎ個の出力を得ることができる。これを励起光として光信号を増幅することによって信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００６８】
（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、２ｎ−１個（ｎ≧１）の光強度変調器を用いた励起方法について説明したが、これに限定されない。すなわち、光強度変調器と、光位相変調器や光周波数変調器とを組み合わせることによって、励起光のスペクトル幅を広げ、ＳＢＳを抑制することができる。
【００６９】
さらに、励起光を強度変調する際、キャリア周波数のピーク強度を抑制できる変調フォーマット（ＣＳ−ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）変調、デュオバイナリ（Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ）変調など）に位相を変調することによってピーク強度が下がりＳＢＳを抑圧することができる。
【００７０】
なお、本発明の一実施形態では、１入力２出力光強度変調器として、１つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するものを用いているが、これに限定されず、光強度変調器が２つ以上の入力ポートおよび３つ以上の出力ポートを有する場合でも、複数の入力ポートのうちの１つの入力ポートから光を入力し、かつ複数の出力ポートのうちの２つの出力ポートから光を出力するようにすればよい。すなわち、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも２つの出力ポートを有する光強度変調器（１入力２出力光強度変調器）であればいずれのものを用いても良い。
【００７１】
また、本発明の一実施形態では、２入力１出力光強度変調器として、２つの入力ポートおよび１つの出力ポートを有するものを用いているが、これに限定されず、光強度変調器が３つ以上の入力ポートおよび２つ以上の出力ポートを有する場合でも、複数の入力ポートのうちの２つの入力ポートから光を入力し、かつ複数の出力ポートのうちの１つの出力ポートから光を出力するようにすればよい。すなわち、少なくとも２つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを有する光強度変調器（２入力１出力光強度変調器）であればいずれのものを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来の光位相変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す図である。
【図２】光強度変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。
【図４】図３に示した２出力光強度変調器を用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態係るｎ＝２の場合の、パルス位相がｔ＝Ｔ／４ずれた励起光の生成方法について説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、２出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、１出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
２、２Ａ〜２Ｇ ２出力光強度変調器
９、１１ 光強度変調器
１０ １出力光強度変調器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器に関し、より詳細には、長距離光伝送を可能とする光中継器において、光ファイバ伝送技術における信号光を直接増幅、または波長変換する光増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光信号を直接光励起する光増幅器として、希土類イオンを光ファイバに添加したＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）のような希土類添加光ファイバ増幅器や、非線形媒質中に誘起される高次の非線形効果によって光信号を増幅する光ラマン増幅器や光パラメトリック増幅器などがある。
【０００３】
光信号について、上記光ファイバ増幅器を用いて励起する場合、高強度の励起光をファイバ媒質中に入射する必要がある。この励起光の入射によって、光ファイバ増幅器中では様々な非線形効果が誘起される。そのうち、３次の非線形現象である誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ、Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）は、入力光電力が制限されてしまうため大きな問題であった。
【０００４】
この問題点を改善するために、励起光を直接位相変調しスペクトルを広げることによってＳＢＳのしきい値を上げた光増幅器が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
音響フォノンが非線形媒質中でｅｘｐ（−ｔ／ＴＢ）で減衰するものとすれば、ブリルアン利得ｇＢ（ν）はローレンツ型のプロファイルを持ち[数１]のように表せる。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ΔνＢはブリルアン利得の半値全幅、ｇＢ（νＢ）はブリルアン利得のピークを示す。ここで励起光の半値全幅Δνｐを考慮するとブリルアン利得ｇＢＰｅａｋは[数２]のように表せる。
【０００８】
【数２】
【０００９】
となる。よって励起光のスペクトルを広げることでブリルアン利得ｇＢＰｅａｋは下がり、結果的にＳＢＳのしきい値が上がることがわかる。
【００１０】
図１は、従来の光位相変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す。図1において、1はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光源、７は光位相変調器、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、ＰＳは信号光である。従来の光ファイバ増幅器は、励起光ＰＰを光位相変調器7によってスペクトルを広げた後、信号光ＰＳと励起光ＰＰとを光合波器4で合波し、該合波された光を光ファイバ５に入力する構成となっており、励起光ＰＰによって信号光ＰＳは増幅される。そこで、光ファイバ５の出力段に信号光ＰＳのみを透過する光フィルタ６を備えれば、信号光ＰＳに対する光増幅器として機能する。
【００１１】
【非特許文献１】Y. Aoki, K. Tajima, and I. Mito, ”Input Power Limits of Single-Mode Optical Fibers due to Stimulated Brillouin Scattering in Optical Communication Systems” J.Lightwave Technol. 6, pp. 710-719 (1988)
【非特許文献２】K.K.Y. Wong, K. Shimizu, M.E. Marhic, K. Uesaka, G. Kalogerakis, and L.G. Kazovsky, ”Continuous-wave fiver optical parametric wavelength converter with 140-dB conversion efficiency and a 3.8-dB noise figure” Opt. Lett. 28, pp. 692-694 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、前述の励起光に位相変調を施した光増幅器では、ＳＢＳの抑制に効果はあるものの、ファイバ中によりハイパワーな励起光を入力するためには複数段の光位相変調器に異なる変調周波数で位相変調をかけるなどの工夫が必要であり装置が複雑になる（非特許文献２参照）。そのうえ、波長変換光（アイドラ光）にも位相変調がかかってしまうという問題がある。
【００１３】
励起光としてＣＷ光を用いるのに対して、励起光の光源としてパルス光源を用いてパルス光により励起すると、励起光のスペクトルが広いことからＳＢＳを抑圧できる上、ピーク強度が高いのでＣＷ励起と比べ非常に大きな増幅効果が得られる。
【００１４】
しかしながら、パルス励起型の増幅器の場合、信号のビット位相と励起光のパルス位相とを一致させなければならず、しかも、ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）フォーマットの光信号しか増幅することができない。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＳＢＳの発生を抑え、信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、信号光を、励起光により増幅する光増幅器において、前記励起光は、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２ｎ（ｎは１以上の整数）の２ｎ個の光パルスであり、該２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）番目のパルス位相は、ｊ番目のパルス位相よりＴ／２ｎだけ遅れている前記光パルスを２ｎ個生成する光源を備え、該光源は、入力光に対して所定の強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する光強度変調手段を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも２つの出力ポートを有する光強度変調器を備え前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも２つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを有する光強度変調器を備え前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記光強度変調器は、光位相変調器を含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記光強度変調器は、光周波数変調器を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、大幅にＳＢＳのしきい値を上げることができ、かつ、信号フォーマットやビットレートに依存しない増幅が可能である。また、高強度な励起光源を用いた光増幅器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
（本発明を実施するにあたって実施した検討事項）
上述のように、従来の位相変調器を用いた光増幅器では、ＳＢＳを抑制できるものの、その装置構成が複雑になっていた。
この点を考慮して、光強度変調器と位相シフタとを用いることによって信号のビットレートや信号フォーマットに依存せずにＳＢＳを抑制する。
【００２４】
図２は、光強度変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す図である。図２において、１Ａ、１ＢはそれぞれＣＷ光源、２Ａ、２Ｂはそれぞれ光強度変調器、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、８は位相シフタ（τ＝Ｔ／２）、ＰＳは信号光である。また、Ｓ１は周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号、およびＳ２はＳ１とはパルス位相が半周期（τ＝Ｔ／２）ずれた周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号で、これらの信号で光強度変調器２を駆動する。
【００２５】
励起光は周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２で構成されており、パルス位相が半周期（τ＝Ｔ／２）ずれた構成にすることによって平均パワーが一定になり、信号ビットレートに依存せずしかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００２６】
このような光増幅器では、上述の通り、ＳＢＳの発生を抑えつつ、信号に対する制限も抑えた良好な光増幅を提供できるが、励起光を強度変調するために励起光毎に光強度変調器が必要であり、さらにそれぞれの光強度変調器によって変調されたパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの形が異なってしまうことから光パルスの位相制御が非常に困難になる。
【００２７】
本発明の一実施形態は、上記により説明した検討事項に鑑みてなされたものであり、本発明の幾つかの実施形態を以下に説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
本実施形態では、ＣＷ光源からの光について強度変調を１段行う場合（ｎ＝１）の光変調器の構成および動作について説明する。
【００２９】
図３は、本実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。図３において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）は、光増幅に用いられる励起光であるＣＷ光を発振する光源であり、光合波器４ＡにＣＷ光を入力できるように配置されている。具体的には、光合波器４Ａの入力ポートに接続された入力コネクタからＣＷ光を入力すればよい。なお、ＣＷ光源１Ａおよび１Ｂは、信号光の利得が同じになるように波長及び強度が設定されている。光合波器４Ａの出力ポートには、１つの入力ポートおよび２つの出力ポート（１入力２出力）を有し、入力された電気信号に応じて入力光を変調する手段としての１入力２出力光強度変調器（単に、２出力光強度変調器とも呼ぶ）２が接続されている。２出力強度変調器２の第１の出力ポートには光フィルタ６Ａ（透過波長：λａ）が、第２の出力ポートには光フィルタ６Ｂ（透過波長：λｂ）が接続されている。なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光ファイバ等の光導波路により光学的に接続されている（単に、光学的に接続される、とも呼ぶ）。
【００３０】
また、２出力光強度変調器２には、２出力強度変調器２の駆動を制御する信号を発信する手段としての信号発生器３が、導線等により電気的に接続されている（単に、電気的に接続されている、とも呼ぶ）。
【００３１】
上述の２出力光強度変調器２は、信号発生器３より入力される電気信号に応じて、入力される光をパルス化し、かつ一方の出力ポートから出力される光パルスを他方の出力ポートから出力される光パルスに対して反転させる機能を有する。
【００３２】
ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）から発振されたＣＷ光はそれぞれ、光合波器４Ａに入力されて合波される。光合波器４Ａから出力された合波されたＣＷ光は、２出力光強度変調器２に入力される。このとき、信号発生器３から、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンを示す電気信号が光強度変調器２に入力されることにより、入力されたＣＷ光は、互いにパルス位相の反転した２つのパルス光（周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２）となり出力される。これら２つの光パルスのうち、パルス位相が反転されていない光パルスは、光フィルタ６Ａに、またパルス位相が反転された光パルスは光フィルタ６Ｂにそれぞれ入力される。光フィルタ6Ａおよび６Ｂによってそれぞれの波長の光を取り出すことによってパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光パルスを生成することができる。よって、図３に示した構成を、パルス位相が互いにＴ／２ずれた２つの光パルスの光源とすることができる。
【００３３】
図４は、図３に示した２出力光強度変調器を用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
図４において、ＣＷ光源１Ａおよび１Ｂ、２出力光強度変調器２、信号発生器３、光合波器４Ａ、光フィルタ６Ａおよび６Ｂの構成については、図３と同様であるのでその説明は省略する。
【００３４】
図４において、光フィルタ６Ａは光合波器４Ｂの第１の入力ポートに、また光フィルタ６Ｂは光合波器４Ｂの第２の入力ポートに接続されている。光合波器４Ｂの出力ポートは、光合波器４Ｃの第１の入力ポートに接続されている。一方、光合波器４Ｃの第２の入力ポートには、入力コネクタ（不図示）が接続されており、該入力コネクタを介して第２の入力ポートから信号光ＰＳ（波長：λＳ）は入力することになる。これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００３５】
また、光合波器４Ｃの出力ポートには、光ファイバ５の一方端が接続されており、該光ファイバ５の他方端には、光フィルタ６（透過波長：λｓ）が接続されている。
【００３６】
なお、本実施形態では、光ファイバ５を増幅媒質として用いているが、光ファイバに限定されるものではなく、半導体増幅器（ＳＯＡ、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）やＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ−ｐｌｏｅｄ ＬｉＮｂＯ３）のような酸化物強誘電体導波路でも良い。
【００３７】
このような構成で、光フィルタ６Ａから出力された光パルス（λａ）と光フィルタ６Ｂから出力された光パルス（λｂ）とは、光合波器４Ｂにて合波され、該合波された光パルスと信号光ＰＳとは、光合波器４Ｃにて合波されて、光ファイバ５に入力される。光ファイバ５に入力された信号光ＰＳは、励起光である、互いにパルス位相が反転した光パルスの合波光により増幅され、光フィルタ６Ｃにて濾波されて出力される。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、励起光を光変調するために励起光毎に光強度変調器やパルス位相の遅延を調整することを必要とせずに、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの波形が同形のｔ＝Ｔ／２ずれた光源で増幅媒質である光ファイバを励起することによって平均パワー一定に励起することができることから、信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ｎ＝１の場合について説明した。本実施形態では、ｎ≧２の場合について説明する。
【００４０】
図５は、本実施形態に係るｎ＝２の場合の、パルス位相がｔ＝Ｔ／４ずれた励起光の生成方法について説明するための図である。図５において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）、ＣＷ光源１Ｄ（波長：λｄ）は、第１の実施形態と同様に、光合波器４ＡにＣＷ光を入力できるように配置されている。
なお、ＣＷ光源１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄは、信号光の利得が同じになるように波長及び強度が設定されている。
【００４１】
光合波器４Ａの出力ポートには、２出力光強度変調器２Ａが接続されている。２出力光強度変調器２Ａの第１の出力ポートには、２出力光強度変調器２Ｂが、また第２の出力ポートには、２出力光強度変調器２Ｃがそれぞれ接続されている。すなわち、後述のように、ｔ＝Ｔ／４ずれた光源の４つの出力を得るために、図のように２出力光強度変調器をツリー構造に配置する。２出力光強度変調器２Ｂの第１の出力ポートには光フィルタ６Ａ（透過波長：λａ）が、第２の出力ポートには光フィルタ６Ｂ（透過波長：λｂ）が接続されており、一方、２出力光強度変調器２Ｃの第１の出力ポートには光フィルタ６Ｃ（透過波長：λｃ）が、第２の出力ポートには光フィルタ６Ｄ（透過波長：λｄ）が接続されている。なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００４２】
また、２出力光強度変調器２Ａには、信号発生器３が、電気的に接続されている。一方、２出力光強度変調器２Ｂおよび２出力光強度変調器２Ｃは、信号発生器３から出力されたパルスパターンについてＴ／４だけ位相を進める（シフトする）手段としての位相シフタ８（位相シフトτ＝Ｔ／４）を介して信号発生器３に電気的に接続されている。
【００４３】
ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）およびＣＷ光源１Ｄ（波長：λｄ）から発振されたＣＷ光はそれぞれ、光合波器４Ａに入力されて合波される。光合波器４Ａから出力された合波されたＣＷ光は、２出力光強度変調器２Ａに入力される。このとき、第１の実施形態と同様に、信号発生器３からのパルスパターン（周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２）を示す電気信号により、入力されたＣＷ光は、互いにパルス位相の反転した２つのパルス光（周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２）となり出力される。これら２つの光パルスのうち、パルス位相が反転されていない光パルスは、２出力光強度変調器２Ｂに、またパルス位相が反転された光パルスは２出力光強度変調器２Ｃにそれぞれ入力される。
【００４４】
このとき、２出力光強度変調器２Ｂを、位相シフタ８によりパルス位相がＴ／４だけ進んだ信号発生器３からのパルスパターンを示す電気信号により駆動することによって、２出力光強度変調器２Ｂの第１の出力ポートからは、２出力光強度変調器２Ａから出力された光パルスに対してｔ＝Ｔ／４だけパルス幅が小さくなった光パルスを出力し、２出力光強度変調器２Ｂの第２の出力ポートからは、第１の出力ポートから出力される光パルスに対してパルス位相が反転した光パルスを出力する。２出力光強度変調器２Ｃについても、位相シフタ８を介した電気信号により駆動することで、上記と同様に変調された光パルスを出力する。
【００４５】
これら出力された光パルスは、光フィルタ６Ａ〜６Ｄに入力され濾波されて所望の波長の光パルスが抽出される。よって、図５に示した構成を、パルス位相が互いにＴ／４ずれた４つの光パルスの光源とすることができる。
【００４６】
このように、上記２出力光強度変調器の１段目と２段目とではパルス位相がｔ＝Ｔ／４進んで駆動していることを表している。また、それぞれのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの形はｔ＝Ｔ／４ずれたパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの形と同じ波形となる。
【００４７】
次に、ｎ＞２の場合について説明する。図６は、本実施形態に係る、２出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
図６において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）〜ＣＷ光源１Ｋ（波長：λｋであり、２ｎ番目の光源）の後段には、光合波器４Ａを介して入力されたＣＷ光に対して対応する電気信号によって強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する手段としての光強度変調器９が配置されている。この光強度変調器９は、２ｎ−１個の２出力光強度変調器（２Ａ〜２Ｊ）、信号発生器３、位相シフタ８Ａ〜８ｎを備えており、２ｎ−１個の２出力光強度変調器（２Ａ〜２Ｊ）はツリー構造を形成して配置されている。
【００４８】
上記ツリー構造は、図５に示したツリー構造と同様である。すなわち、図５と同様にツリー構造で接続された２出力光強度変調器２Ｂのそれぞれの出力ポートには、２出力光強度変調器２Ｄおよび２Ｅが、また、２出力光強度変調器２Ｃのそれぞれの出力ポートには２出力光強度変調器２Ｆおよび２Ｇが接続されている。このようにして２出力光強度変調器の２つの出力ポートのそれぞれには、後段に配置された対応する２出力光強度変調器がツリー状に接続され、２ｎ−１個の２出力光強度変調器はツリー構造を構成する。このようなツリー構造では、最終段（ｎ段目）の２出力強度変調器の出力ポートの合計は、２ｎ個となるので、２ｎ個の光パルスを出力することができる。
【００４９】
上記ツリー構造の最終段の２出力光強度変調器のそれぞれの出力ポートにはそれぞれ図５と同様に、光フィルタ６Ａ〜６Ｋ（光フィルタ６Ｋの透過波長：λｋ）が対応するポートに１個ずつ接続されている。なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００５０】
また、２出力光強度変調器２Ａには、信号発生器３が、電気的に接続されている。一方、２出力光強度変調器２Ｂおよび２出力光強度変調器２Ｃは、信号発生器３から出力されたパルスパターンについてＴ／４だけ位相を進める（シフトする）手段としての位相シフタ８Ａ（位相シフトτ＝Ｔ／４）を介して信号発生器３に電気的に接続されている。位相シフタ８Ａにはさらに、位相シフタ８Ａによって位相がシフトされた電気信号に対してＴ／８だけ位相が進むようにシフト量（シフト量：Ｔ／８）が設定された位相シフタ８Ｂが電気的に接続されており、２出力光強度変調器２Ｄ〜２Ｇは、位相シフタ８Ｂに電気的に接続されている。位相シフタ８Ｂにはさらに、位相シフタ８Ｂによって位相がシフトされた電気信号に対してＴ／１６だけ位相が進むようにシフト量（シフト量：Ｔ／１６）が設定された位相シフタ８Ｃが電気的に接続されており、位相シフタ８Ｃは、２出力光強度変調器２Ｄ〜２Ｇの後段にツリー状に接続された、対応するそれぞれの２出力光強度変調器に電気的に接続されている。
【００５１】
このようにしてツリー構造の各段の２出力光強度変調器の各々には、対応する位相シフタが電気的に接続されており、ツリー構造の最終段の２出力光強度変調器の各々には、位相シフタ８ｎ−１によって位相がシフトされた電気信号に対してＴ／２ｎだけ位相が進むようにシフト量（シフト量：Ｔ／２ｎ）が設定された位相シフタ８ｎが電気的に接続されている。
【００５２】
このように位相シフタをｎ個配置することで、ｎ個目の位相シフタにより、前段（ｎ−１個目）の位相シフタからの電気信号について、Ｔ／２ｎだけ位相を進めることが可能となる。
【００５３】
本実施形態では、２出力光強度変調器をツリー構造に配置する場合、上記ツリー構造の各段の２出力光強度変調器において、入力されたＣＷ光または光パルスに対して、対応する電気信号に応じて強度変調するので、ｉ段目（iは２〜ｎのいずれかの整数）の２出力光強度変調器のパルス位相は、i−１段目の２出力光強度変調器のパルス位相に対してｔ＝Ｔ／２ｉ進んでいる（i＝１、すなわちｎ＝１の場合については、第１の実施形態で説明した）。また、出力される２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１番目（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）の光パルスのパルス位相は、ｊ番目の光パルスのパルス位相よりもｔ＝Ｔ／２ｎ遅れている。
【００５４】
以上の構成により２ｎ−１個の２出力光強度変調器をツリー構造に接続することでパルス位相がt＝Ｔ／２ｎずれた２ｎ個の出力を得ることができる。これを励起光として光信号を増幅することによって信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、２ｎ−１個の２出力光強度変調器２Ａ〜２Ｊ、光合波器４Ａ、４Ｂおよび光フィルタ６Ａ〜６Ｋを用いることによってパルス位相のｔ＝Ｔ／２ｎずれた２ｎ個の出力を得ることができる。
【００５６】
本実施形態では、２つの入力ポートおよび１つの出力ポート（２入力１出力）を有し、入力された電気信号に応じて入力光を変調する手段としての２入力１出力光強度変調器（単に、１出力光強度変調器とも呼ぶ）を２ｎ−１個（ｎ≧１）用いることによって、光合波器、光フィルタを用いずにパルス位相がｔ＝Ｔ／２ｎずれた光源を作りだすことができる。
【００５７】
なお、本実施形態に係る１出力光強度変調器は、信号発生器より入力される電気信号に応じて、入力される光をパルス化し、かつ一方の入力ポートから入力される光パルスを他方の入力ポートから入力される光パルスに対して反転させる機能を有する。
【００５８】
まず、ＣＷ光源からの光について強度変調を１段行う場合（ｎ＝１）の光変調器の構成および動作について説明する。
【００５９】
図７は、本実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。図７において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）は、１出力光強度変調器１０にＣＷ光を入力できるように配置されている。具体的には、１出力光強度変調器１０の２つの入力ポートに接続された入力コネクタからＣＷ光をそれぞれ入力すればよい。
また、１出力光強度変調器１０には、信号発生器３が、導線等により電気的に接続されている。
【００６０】
ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）およびＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）から発振されたＣＷ光はそれぞれ、１出力光強度変調器の第１の入力ポートおよび第２の入力ポートから１出力光強度変調器に入力される。このとき、信号発生器３から、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンを示す電気信号が１出力光強度変調器１０に入力されることにより、それぞれの波長の光がパルス位相を反転されて出力される。
【００６１】
次に、ｎ＞２の場合について説明する。図８は、本実施形態に係る、１出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
図８において、ＣＷ光源１Ａ（波長：λａ）、ＣＷ光源１Ｂ（波長：λｂ）、ＣＷ光源１Ｃ（波長：λｃ）〜ＣＷ光源１Ｋ（波長：λｋであり、２ｎ番目の光源）の後段には、入力されたＣＷ光に対して対応する電気信号によって強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する手段としての光強度変調器１１が配置されている。この光強度変調器１１は、２ｎ−１個の１出力光強度変調器、信号発生器３、位相シフタ８Ａ〜８ｎを備えており、２ｎ−１個の１出力光強度変調器はツリー構造を形成して配置されている。
【００６２】
上記ツリー構造は、第１段目の各々の１出力光強度変調器の２つの入力ポートに、対応するＣＷ光源を接続することにより始まる。１段目の各々の１出力光強度変調器の出力ポートは、２段目の対応する１出力光強度変調器の入力ポートにツリー状に接続される。このようなツリー状の接続により上記ツリー構造が形成される。すなわち、１出力光強度変調器の２つの入力ポートのそれぞれには、前段に配置された対応する１出力光強度変調器の出力ポートがツリー状に接続され、２ｎ−１個の１出力光強度変調器はツリー構造を構成する。
なお、これらの構成要素間は、それぞれ、光学的に接続されている。
【００６３】
また、１段目の１出力光強度変調器の各々には、信号発生器３が、電気的に接続されている。一方、２段目の１出力光強度変調器の各々には、位相シフタ８Ａ（位相シフトτ＝Ｔ／４）を介して信号発生器３に電気的に接続されている。位相シフタ８Ａにはさらに、位相シフタ８Ｂが電気的に接続されており、３段目の１出力光強度変調器の各々は、位相シフタ８Ｂに電気的に接続されている。
【００６４】
このようにしてツリー構造の各段の２出力光強度変調器の各々には、対応する位相シフタが電気的に接続されており、ツリー構造の最終段の１出力光強度変調器には、位相シフタ８ｎが電気的に接続されている。
【００６５】
このように位相シフタをｎ個配置することで、ｎ個目の位相シフタにより、前段（ｎ−１個目）の位相シフタからの電気信号について、Ｔ／２ｎだけ位相を進めることが可能となる。
【００６６】
本実施形態では、１出力光強度変調器をツリー構造に配置する場合、上記ツリー構造の各段の１出力光強度変調器において、入力されたＣＷ光または光パルスに対して、対応する電気信号に応じて強度変調するので、ｉ段目(ｉは２〜ｎのいずれかの整数）の２出力光強度変調器のパルス位相は、ｉ−１段目の２出力光強度変調器のパルス位相に対してｔ＝Ｔ／２ｉ進んでいる。また、出力される２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１番目（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）の光パルスのパルス位相は、ｊ番目の光パルスのパルス位相よりもｔ＝Ｔ／２ｎ遅れている。
【００６７】
以上の構成により２ｎ−１個の１出力光強度変調器をツリー構造に接続することでパルス位相がt＝Ｔ／２ｎずれた２ｎ個の出力を得ることができる。これを励起光として光信号を増幅することによって信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することができる。
【００６８】
（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、２ｎ−１個（ｎ≧１）の光強度変調器を用いた励起方法について説明したが、これに限定されない。すなわち、光強度変調器と、光位相変調器や光周波数変調器とを組み合わせることによって、励起光のスペクトル幅を広げ、ＳＢＳを抑制することができる。
【００６９】
さらに、励起光を強度変調する際、キャリア周波数のピーク強度を抑制できる変調フォーマット（ＣＳ−ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）変調、デュオバイナリ（Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ）変調など）に位相を変調することによってピーク強度が下がりＳＢＳを抑圧することができる。
【００７０】
なお、本発明の一実施形態では、１入力２出力光強度変調器として、１つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するものを用いているが、これに限定されず、光強度変調器が２つ以上の入力ポートおよび３つ以上の出力ポートを有する場合でも、複数の入力ポートのうちの１つの入力ポートから光を入力し、かつ複数の出力ポートのうちの２つの出力ポートから光を出力するようにすればよい。すなわち、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも２つの出力ポートを有する光強度変調器（１入力２出力光強度変調器）であればいずれのものを用いても良い。
【００７１】
また、本発明の一実施形態では、２入力１出力光強度変調器として、２つの入力ポートおよび１つの出力ポートを有するものを用いているが、これに限定されず、光強度変調器が３つ以上の入力ポートおよび２つ以上の出力ポートを有する場合でも、複数の入力ポートのうちの２つの入力ポートから光を入力し、かつ複数の出力ポートのうちの１つの出力ポートから光を出力するようにすればよい。すなわち、少なくとも２つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを有する光強度変調器（２入力１出力光強度変調器）であればいずれのものを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来の光位相変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す図である。
【図２】光強度変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。
【図４】図３に示した２出力光強度変調器を用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態係るｎ＝２の場合の、パルス位相がｔ＝Ｔ／４ずれた励起光の生成方法について説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、２出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るパルス位相がｔ＝Ｔ／２ずれた光源の生成方法について説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、１出力光強度変調器を２ｎ−１個用いた光パラメトリック増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
２、２Ａ〜２Ｇ ２出力光強度変調器
９、１１ 光強度変調器
１０ １出力光強度変調器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を、励起光により増幅する光増幅器において、
前記励起光は、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２ｎ（ｎは１以上の整数）の２ｎ個の光パルスであり、該２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）番目のパルス位相は、ｊ番目のパルス位相よりＴ／２ｎだけ遅れている前記光パルスを２ｎ個生成する光源を備え、
該光源は、入力光に対して所定の強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する光強度変調手段を有することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも２つの出力ポートを有する光強度変調器を備え
前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも２つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを有する光強度変調器を備え
前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】
前記光強度変調器は、光位相変調器を含むことを特徴とする請求項２または３記載の光増幅器。
【請求項５】
前記光強度変調器は、光周波数変調器を含むことを特徴とする請求項２または３記載の光増幅器。
【請求項１】
信号光を、励起光により増幅する光増幅器において、
前記励起光は、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２ｎ（ｎは１以上の整数）の２ｎ個の光パルスであり、該２ｎ個の光パルスのうち、ｊ−１（ｊは２〜２ｎのいずれかの整数）番目のパルス位相は、ｊ番目のパルス位相よりＴ／２ｎだけ遅れている前記光パルスを２ｎ個生成する光源を備え、
該光源は、入力光に対して所定の強度変調を行って、２ｎ個のパルス位相のずれた光パルスを生成する光強度変調手段を有することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも２つの出力ポートを有する光強度変調器を備え
前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記光強度変調手段は、２ｎ−１個の、少なくとも２つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを有する光強度変調器を備え
前記２ｎ−１個の光強度変調器はツリー構造に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】
前記光強度変調器は、光位相変調器を含むことを特徴とする請求項２または３記載の光増幅器。
【請求項５】
前記光強度変調器は、光周波数変調器を含むことを特徴とする請求項２または３記載の光増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１３５０３３（Ｐ２００６−１３５０３３Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２１１６８（Ｐ２００４−３２１１６８）
【出願日】平成１６年１１月４日（２００４．１１．４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月４日（２００４．１１．４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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