(57)【要約】【課題】従来技術の位相感応増幅器の前段で光信号に損失があると、その損失分がそのままＳ／Ｎ比の劣化に繋がる。光源および変調器の間に光分岐手段が必要になり、光源および変調器を別個の素子とする必要があったため、より安価で小型な、光源および変調器を集積化した変調器集積化光源を用いることができない問題があった。【解決手段】本発明の光送信装置は、光源および変調器として、ＤＦＢレーザーからの連続光を励起光として利用し、光分岐手段を不要とすることによって位相感応増幅器前段の損失を最小限に抑えた変調器集積化ＤＦＢレーザーを備える。低雑音増幅器前段の損失を最小化して、増幅器全体のＳ／Ｎ比を改善する。ＬＤ光源およびＥＡ変調器が一体になっていることで、これらを別個の構成とするよりも結合損を小さく抑える。１つのパッケージに収めた、小型で安価な光源および変調器を利用できる。信号光の低損失化と、励起基本波光の抽出とを両立する光送信装置の新たな構成を実現する。【選択図】図７
2014081578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を生成する半導体レーザー光源と、
同一導波路上に、該半導体レーザー光源と隣接して形成された光変調手段と、
励起基本波光を増幅する光ファイバレーザー増幅器、
周期的に分極反転された二次非線形光学材料から成り、前記励起基本波光から和周波光を発生させる光導波路を有する第１の二次非線形光学素子、
前記励起基本波光および前記和周波光から、前記和周波光のみを分離する第１のフィルタ、
前記信号光および励起光である前記和周波光を合波する合波器、
周期的に分極反転された二次非線形光学材料から成り、前記励起光を用いて前記信号光のパラメトリック増幅を行う光導波路を有する第２の二次非線形光学素子、
前記増幅された信号光および前記励起光である前記和周波光を分離する第２のフィルタ、ならびに、
前記増幅された信号光の位相および前記光ファイバレーザー増幅器へ入力される励起光の位相を同期する手段
から構成された位相感応型光増幅器と
を備えた光送信装置であって、
前記励起基本波が、前記光半導体レーザー光源の共振器を形成する対となる反射鏡のうち、前記光変調手段が接続されていない側の反射鏡から取り出され、前記光ファイバレーザー増幅器に入力されることを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
前記光変調手段は、電界吸収型の光強度変調器を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
前記光変調手段は、少なくとも１つのマッハツェンダー干渉計型の光変調器を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項４】
前記和周波光は、第２高調波であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光送信装置。
【請求項５】
前記基本波光および前記和周波光から、前記和周波光を分離する第１のフィルタ、ならびに、前記信号光と、前記和周波光とを合波する合波器は、誘電体膜を用いたダイクロックミラーであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光送信装置。
【請求項６】
前記周期的に分極反転された二次非線形光学材料は、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１）、ＫＴｉＯＰＯ４、または、それらにＭｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有していることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光送信装置。
【請求項７】
前記第１の二次非線形光学素子の前記光導波路および前記第２の二次非線形光学素子の前記光導波路は、非線形光学効果を有する第１の基板と、該第１の基板に比べ屈折率の小さい第２の基板とを直接貼り合わせることによって作製された直接接合光導波路であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、本発明は光通信システムにおいて用いられる光送信装置に関する。
【０００２】
従来の光伝送システムにおける光送信装置では、長距離の光ファイバで光信号を伝搬させるため、生成した光信号を、光増幅器によって増幅してから送信している。光送信装置における光増幅器としては、従来、エルビウムやプラセオジム等の希土類元素を添加した光ファイバに励起光を入射して信号光を増幅するファイバレーザー増幅器や、半導体レーザー増幅器が用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、これらのレーザー増幅器は、劣化した信号光パルス波形を整形する機能を持っていない。またこれらのレーザー増幅器においては、不可避的かつランダムに発生する自然放出光が、信号成分とは全く無関係に混入される。このため、信号光のＳ／Ｎ比が増幅の前後で少なくとも３ｄＢ低下する。これらは、デジタル信号伝送時における伝送符号誤り率の上昇につながり、伝送品質を低下させる要因になっている。
【０００４】
このような従来技術のレーザー増幅器の限界を打開する手段として、位相感応光増幅器（Ｐｈａｓｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＰＳＡ）が検討されている。この位相感応光増幅器は、伝送ファイバの分散の影響によって劣化した信号光パルス波形を整形するための機能を持っている。また、信号光とは無関係の直交位相を持つ自然放出光を抑圧できるために、原理的に、増幅の前後で信号光のＳ／Ｎ比を劣化させることなく同一に保つことができる。
【０００５】
図１は、従来の位相感応光増幅器の基本的な構成を示す図である。この光増幅器は、位相感応光増幅部１０１と、励起光源１０２と、励起光位相制御部１０３と、２つの光分岐部１０４−１、１０４−２とから構成される。
【０００６】
この光増幅器は、位相感応光増幅部１０１における信号光の位相と励起光の位相とが一致すると入力信号光１１０が増幅され、両者の位相が９０度ずれた直交する位相関係になると、入力信号光１１０が減衰する特性を持っている。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光―信号光間の位相を一致させると、信号光と直交する位相の自然放出光を発生させずに、つまりＳ／Ｎ比を劣化させずに信号光を増幅することができる。
【０００７】
信号光および励起光の位相同期を実現するために、光分岐部１０４−１で分岐された入力信号光１１０の位相に同期するように励起光１１１の位相が制御される。励起光位相制御部１０３は、光分岐部１０４−２で分岐された出力信号光１１２の一部を狭帯域の検出器によって検波し、出力信号が最大となるように励起光１１１の位相を制御する。その結果、位相感応光増幅部１０１では、信号光の位相と、励起光の位相とが同期するように制御され、Ｓ／Ｎ比の劣化のない光増幅を実現することができる。
【０００８】
励起光位相制御部１０３は、図１に示したような励起光源１０２の出力側で励起光の位相を制御する構成の他に、励起光源１０２自体の位相を直接制御する構成としても良い。このような位相感応増幅器においては、信号とは無関係の直交位相を持つ自然放出光を抑圧できる。このため、原理的に、増幅の前後で信号光のＳ／Ｎ比を劣化させず同一に保つことができる。さらに、この位相感応光増幅器は、ファイバの分散や変調器のチャープの影響によって劣化した信号光波形を整形するための機能を持っている。
【０００９】
このような低雑音の位相感応光増幅器を光送信装置における光増幅器として用いることによって、光信号の伝送特性を改善することができ、光伝送路における中継間隔を延ばすことが期待されている。
【００１０】
上述の従来技術の光送信装置では、以下に述べるような問題が存在していた。図１に示した光送信装置における位相感応光増幅部１０１には、二次または三次の非線形光学効果を有する媒質が用いられる。従来、これらの位相感応光増幅器は主に、光の量子状態を制御するスクィージング等の基礎研究分野で用いられてきた。初期の位相感応光増幅器の研究では二次非線形光学結晶を用いた研究が報告されている。
【００１１】
二次の非線形光学効果を利用する場合は、非特許文献１に示されるように、光学結晶等を非線形媒質として用い、信号光の第二高調波に相当する波長を励起光として用いる。励起光および信号光を、非線形媒質に入射し、三光波混合を利用した縮退パラメトリック増幅（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＯＰＡ）を行うことによって、位相感応光増幅が実現される。
【００１２】
図２は、従来技術の二次非線形光学効果を利用した位相感応光増幅器の構成を説明する図である。図２に示すように、従来技術では、レーザー光源２０１からの比較的高い強度を持つレーザー光を分岐する。分岐光の一方をＳＨＧ（Second Harmonic Generation）結晶２０２に入射し、他方を信号光２１０として用いる。第二高調波に変換された励起光２１１および信号光２１０を、縮退光パラメトリック増幅の可能な非線形光学結晶２０３に入射して、位相感応光増幅を行う。
【００１３】
位相感応光増幅器においては、信号と位相の合った光のみを増幅するために、上述のように信号光および励起光の位相が一致するか、または、πラジアンだけずれている必要がある。すなわち二次の非線形光学効果を用いる場合は、第二高調波に相当する波長である励起光の位相φ２ωｓと、信号光の位相φωｓとが、次式（１）の関係を満たすことが必要となる。
Δφ＝φ２ωｓ／２−φωｓ＝ｎπ（ただし、ｎは整数）      式（１）
【００１４】
図３は、従来の二次非線形光学効果を利用した位相感応光増幅器における、入力信号光‐励起光間の位相差Δφと、利得（ｄＢ）との関係を示すグラフである。横軸のΔφが−π、０またはπのときに、利得が最大となっていることがわかる。
【００１５】
図２に示した二次非線形光学効果を利用した位相感応光増幅器の構成においても、図１で示したように出力信号光の一部を分岐して狭帯域の検出器で検波し、出力信号が最大となるように励起光の位相を制御して、信号光および励起光の位相同期を実現することができる。
【００１６】
詳細は後に述べるが、上述の縮退パラメトリック増幅は、非縮退パラメトリック増幅において、信号光の波長とアイドラ光の波長とが一致した特別な場合である。二次の非線形光学効果を用いる場合は、第二高調波に相当する波長である励起光の位相φＳＨと、信号光の位相φＳ、アイドラ光の位相φｉが以下の（式２）の関係を満たすことで、非縮退パラメトリック増幅による位相感応増幅を行うことが可能である。
Δφ＝φＳＨ／２−（φＳ＋φｉ）／２＝ｎπ（ただし、ｎは整数）    式（２）
【００１７】
近年光通信の高度化が進むにつれて、図１および図２に示したような位相感応光増幅器の光通信への応用が注目を集めつつある。光通信の分野では通信用光部品との親和性が高い光ファイバの三次非線形光学効果を利用した構成の報告がある。三次の非線形光学効果を用いる場合は、光ファイバ等を非線形媒質として用い、非特許文献２に示されるように、信号光と同じ波長の１つの励起光を用いる。励起光および信号光を、非線形媒質に入射し、四光波混合を利用した縮退パラメトリック増幅を行うことにより位相感応光増幅を実現することができる。
【００１８】
三次の非線形媒質を用い、信号光と同じ波長の１つの励起光を用いる場合は、励起光の位相φωｐと、信号光の位相φωｓとが、次の式（３）の関係を満たすことが必要となる。
Δφ＝φωｐ−φωｓ＝ｎπ（ただし、ｎは整数）        式（３）
【００１９】
信号光と同じ波長の１つの励起光の代わりに、非特許文献３に示されるように、信号光の光周波数をωｓとするときに次式（４）を満たす光周波数ωｐ１，ωｐ２をそれぞれ有する２つの励起光を用いても良い。
２ωｓ＝ωｐ１＋ωｐ２                                式（４）
【００２０】
三次の非線形媒質を用い、２つの光周波数ωｐ１，ωｐ２に相当する波長の２つの励起光を用いる場合は、励起光の位相φωp１，φωp２と信号光の位相φωｓとが、次式（５）の関係を満たすことが必要となる。
Δφ＝(φωｐ１＋φωｐ２)／２−φωｓ＝ｎπ（ただし、ｎは整数）    （式５）
【００２１】
三次の非線形媒質を用いる場合でも、二次の非線形光学効果を用いる場合と同様に出力信号光の一部を分岐して狭帯域の検出器で検波し、出力信号が最大となるように励起光の位相を制御して、信号光および励起光の位相同期を実現することができる。
【００２２】
前述のように、光ファイバを用いた方式には、信号光と同じ波長の１つの励起光を用いる第１の方式、または、信号光とは異なる２つの波長の励起光を用いる第２の方式がある。１つの励起光を用いる第１の方式の場合は、励起光を信号光から分離する必要がある。このために、非特許文献２に示されるようにループ型のファイバ干渉計を用いて、信号光と励起光とを分離する。しかし、この方式では、光ファイバ中のＧＡＷＢＳ(guided acoustics wave Brillouin scattering)による位相変調がファイバをそれぞれ逆方向へ伝搬する光に相関のない形で加わる。このために、雑音特性が劣化してしまう。この問題を避けるために、近年は非特許文献３に示されるような２つの励起光を用いる第２の方式が良く研究されている。
【００２３】
図４は、従来技術の三次非線形光学効果を利用した位相感応光増幅器の構成を説明する図である。光ファイバおよび２つの励起光を用いた場合の構成を示す。非特許文献３に示されるように、まず、光ファイバ中の四光波混合等の手段を用いて、入射する信号４１０の平均的な位相と同期した第１の励起光４１１−１および第２の励起光４１１−２を生成する。次に、２つの励起光（４１１−１、４１１−２）および信号光４１０をエルビウム添加ファイバレーザー増幅器（ＥＤＦＡ）４０２にて増幅し、高非線形性光ファイバ４０３に入射する。図４では信号光４１０および２つの励起光（４１１−１、４１１−２）を合波してＥＤＦＡで増幅する構成となっているが、２つの励起光だけをＥＤＦＡで増幅し、信号光と合波してから光ファイバ４０３に入射しても同様の効果が得られる。信号光と２つの励起光との間に上述の式（５）で示した関係が成立するように位相を調整することによって、四光波混合による位相感応光増幅を実現することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】J. A. Levenson, I. Abram, T. Rivera, and P. Grainger, "Reduction of quantum noise in optical parametric amplification," J. Opt. Soc. Am. B, vol. 10, pp. 2233-2238 (1993)
【非特許文献２】W. Imajuku, and A. Takada, "Gain characteristics of coherent optical amplifiers using a Mach-Zehnder interferometer with Kerr Media," IEEE J. Quantum Electron., vol. 35, no. 11, pp. 1657-1665 (1999)
【非特許文献３】R. Slavik et al., "All-optical phase and amplitude regenerator for next-generation telecommunications system," Nature Photonics., vol. 4, pp. 690-695 (2010)
【非特許文献４】T. Umeki, O. Tadanaga, and M. Asobe, "Highly efficient wavelength converter using direct-bonded PPZnLN ridge waveguide," IEEE J. Quantum Electron., vol. 46, no. 8, pp. 1003-1008 (2010).
【非特許文献５】M. Asobe et al., "Chirp reduction utilizing phase squeezing property in PPLN-based phase sensitive amplifier," In Proceedings of the European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2011, Geneva, Switzerland) We.10.P1.32
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、上述の従来技術の位相感応光増幅器を含む光送信装置では、未だ以下に述べるような問題点が存在していた。二次非線形光学結晶を用いた従来の位相感応光増幅器では、主にＳＨＧまたはパラメトリック増幅を起こすのに十分な、高い出力のパルスレーザ光源を用いて動作させる構成しか示されていない。一般的に微弱な光を扱う光通信システムに適用できるような光送信装置の構成は、未だ提案されていなかった。
【００２６】
光ファイバを用いた従来技術の位相感応光増幅では、光通信システムに適用可能な構成は示されているものの、四光波混合を用いるため、信号光の波長と、励起光の波長とが近接する構成となっている。図４に示した構成では、光ファイバ中の非線形光学効果を利用できるようにＥＤＦＡなどの光ファイバ増幅器によって必要なパワーを得る構成が示されている。しかしながら、図４に示した構成では、ＥＤＦＡで光増幅を行う際に増幅自然放出光(ＡＳＥ光)が雑音として励起光に重畳してしまう。励起光の波長と信号光の波長とが接近しているために、ＡＳＥ光を取り除くことは困難であり、信号光の近傍の波長にもＥＤＦＡから発生するＡＳＥ光が重畳してしまう。結果として、信号光のＳ／Ｎ比が劣化し、低雑音で光増幅を行うことができない。そこで、この問題点を解決する位相感応光増幅器を含む光送信装置として、非特許文献４によって新しい構成が提案されている。
【００２７】
図５は、非特許文献４に示された、パラメトリック増幅効果を利用して信号光の特定の位相成分だけを増幅する位相感応光増幅器を含む光送信装置を備えた光通信システムの構成図である。光通信システムは、伝送路である光ファイバ５０７−２の左側にある光送信装置と、光ファイバ５０７−２の右側にある光受信装置から構成されている。この光送信装置は、分極反転された二次非線形光学材料から成る導波路を備えた二次非線形光学素子から構成される位相感応光増幅器５００を備えている。図５に示した光送信装置の構成についてはさらに後で述べるが、この構成によると、光通信で用いる微弱な光パワーからパラメトリック光増幅を利用するのに十分なパワーを得るために光ファイバ増幅器を用いていながら、光増幅に伴って発生するＡＳＥ光を信号光に重畳させずに位相感応光増幅を実現できる。図４に示した従来技術の位相感応光増幅器を含む光送信装置では実現されなかった、光信号のＳ／Ｎ比を劣化させない光送信装置を構成することが可能である。
【００２８】
図６は、従来技術の位相感応光増幅で用いられる信号光・励起光のスペクトルを模式的に示す図である。図６の（ａ）は、図４で示した従来技術のファイバレーザー増幅器および非線形媒質として光ファイバを利用した構成を用いた場合のスペクトルを、図６の（ｂ）は、図５で示した非特許文献４による位相感応光増幅器を含む光送信装置の構成を用いた場合のスペクトルを、それぞれ模式的に示した図である。
【００２９】
図４に示したような従来技術の光ファイバを用いた位相感応光増幅器は、四光波混合を利用する。パラメトリック光増幅を行うための励起光の波長と、信号光の波長とが位相整合条件を満たすためには、これらの波長は近接した波長にならざるを得ない。図６の（ａ）で示したように、信号光６０１および２つの励起光は、それぞれ同じ１．５５μｍ帯の波長を有している。２つの励起光６０２−１、６０２−２を用いる場合、光送信装置全体の構成を簡略化するために２つの励起光を１つの光ファイバ増幅器で増幅することが望ましい。しかし励起光を増幅する際、励起光波長の近傍に光ファイバ増幅器によって発生するＡＳＥ光６０３が重畳されてしまう。
【００３０】
信号波長帯域にＡＳＥ光を発生させないために、信号光が光ファイバ増幅器を通らないような構成にすることも不可能ではない。しかしながら、励起光を信号光と合波する際に両者の波長が接近しているため、波長選択性の良い光フィルタを実現することは困難であり、ＡＳＥ光を完全に除去することができない。この結果、信号波長帯域に発生しているＡＳＥ光が信号光に重畳し、ＡＳＥ光の混入によって信号光のＳ／Ｎ比が劣化することとなる。
【００３１】
一方、図５に示した光送信装置の構成においては、図６の（ｂ）に示すように、信号光６０１の波長と励起基本波光６０４の波長とは同一である。光通信で用いられる微弱な光パワーから、パラメトリック光増幅を利用するのに十分なパワーを得るために、励起基本波光６０４を光ファイバ増幅器によって増幅する。このときに励起基本波光６０４の波長近傍にＡＳＥ光６０３が重畳する。
【００３２】
ここで、図５に示した光送信装置の構成によれば、図６の（ｂ）に示すように、光増幅を行ったのちに、ＡＳＥ光６０３が重畳された励起基本波光６０４を、第１の二次非線形光学素子（図５の５０２−１）に入射して、第二高調波６０５を発生させる。このときに励起光として使用される第二高調波６０５の波長帯域には、わずかなレベルでＡＳＥ光６０３の第二高調波が発生する以外には雑音となる広帯域のＡＳＥ光は発生しない。第二高調波６０５の波長は励起基本波光６０４の波長の半分であり、励起基本波光および第二高調波の各波長は十分に離れている。従って、励起基本波光および第二高調波から第二高調波のみを分離するような高い消光比を持ったフィルタをダイクロイックミラー等で実現することは、比較的容易である。そのようなフィルタを第１の二次非線形光学素子（図５の５０２−１）の出力に接続することにより、励起光波長帯域の励起基本波光６０４とＡＳＥ光６０３とを完全に取り除くことができる。次いで、信号光６０１および第二高調波６０５のみを合波して第２の二次非線形光学素子（図５の５０２−２）に入射し、縮退パラメトリック増幅による位相感応増幅を実現することができる。
【００３３】
再び図５に戻ると、図５に示した光送信装置は、位相感応光増幅器５００を含んでいる。光通信に用いられる微弱なレーザー光から非線形光学効果を得るのに十分なパワーを得るために、ファイバレーザー増幅器５０１−１を用いて励起基本波光５２１を増幅する。増幅された励起基本波光を第１の二次非線形光学素子５０２−１に入射させて第二高調波５２２を発生させる。ＥＤＦＡ５０１−１から発生する広帯域なＡＳＥ光が第１の二次非線形光学素子５０２−１により変換されることを防ぐために、ＥＤＦＡ５０１−１と第１の二次非線形光学素子５０２−１との間にバンドパスフィルタ５０４−１を挿入し、不必要なＡＳＥ光をカットした。第２の二次非線形光学素子５０２−２に、信号光５２０と第二高調波５２２とを入射して縮退パラメトリック増幅を行うことによって、光送信装置内の位相感応増幅を行う構成としている。本構成では、二次非線形光学素子５０２−１は、周期的に分極反転されたニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）から成る光導波路５０５−１を備え、二次非線形光学素子５０２−２は、ＰＰＬＮから成る光導波路５０５−２をそれぞれ備えている。
【００３４】
図５の光通信システムの光受信装置側の構成を簡単に説明すれば、アッテネータ５１２、光増幅器５０１−２、フィルタ５０４−２、検出器５３４、誤り検出器（ＥＤ）５３６およびクロックデータリカバリ（ＣＤＲ）回路５３５から成る。
【００３５】
図５に示した光通信システムの光送信装置は、その信号源として、外部共振器レーザー（ＥＣＬ）５３０、電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）５３１およびパルスパターン発生器（ＰＰＧ）５３２を備えている。しかしながら、図５に示した非特許文献４による光送信装置の構成では、光源である外部共振器レーザー（ＥＣＬ）５３０によって生成される信号光５２０のパワーを光分岐手段５０３−１によって分岐するため、分岐損失の分だけ、信号品質が損なわれてしまう問題があった。位相感応増幅器では、ＥＤＦＡとは異なり、増幅の前後での信号のＳ／Ｎ比の劣化を原理的にゼロにすることができる。しかし、位相感応増幅器の前段で光信号に損失があると、その損失分がそのままＳ／Ｎ比の劣化に繋がってしまう。また、図５の従来技術の構成においては、光源と変調器との間に分岐手段が必要になるため、光源および変調器を別個の素子とする必要があった。このため、より安価で小型に実現できる、光源および変調器を集積化した変調器集積化光源を用いることができない問題があった。
【００３６】
本発明の目的は、上述のような従来技術の光送信装置の問題に鑑みてなされたもので、光通信に適用可能であり、十分な送信パワーが得られ、かつ信号品質の高い光送信装置を、小型で安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、信号光を生成する半導体レーザー光源と、同一導波路上に、該半導体レーザー光源と隣接して形成された光変調手段と、励起基本波光を増幅する光ファイバレーザー増幅器、周期的に分極反転された二次非線形光学材料から成り、前記励起基本波光から和周波光を発生させる光導波路を有する第１の二次非線形光学素子、前記励起基本波光および前記和周波光から、前記和周波光のみを分離する第１のフィルタ、前記信号光および励起光である前記和周波光を合波する合波器、周期的に分極反転された二次非線形光学材料から成り、前記励起光を用いて前記信号光のパラメトリック増幅を行う光導波路を有する第２の二次非線形光学素子、前記増幅された信号光および前記励起光である前記和周波光を分離する第２のフィルタ、ならびに、前記増幅された信号光の位相および前記光ファイバレーザー増幅器へ入力される励起光の位相を同期する手段から構成された位相感応型光増幅器とを備えた光送信装置であって、前記励起基本波が、前記光半導体レーザー光源の共振器を形成する対となる反射鏡のうち、前記光変調手段が接続されていない側の反射鏡から取り出され、前記光ファイバレーザー増幅器に入力されることを特徴とする光送信装置である。
【００３８】
請求項２に記載の発明は、請求項１の光送信装置であって、前記光変調手段は、電界吸収型の光強度変調器を含んでいることを特徴とする。
【００３９】
請求項３に記載の発明は、請求項１の光送信装置であって、前記光変調手段は、少なくとも１つのマッハツェンダー干渉計型の光変調器を含んでいることを特徴とする。
【００４０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの光送信装置であって、前記和周波光は、第２高調波であることを特徴とする。
【００４１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかの光送信装置であって、前記基本波光および前記和周波光から、前記和周波光を分離する第１のフィルタ、ならびに、前記信号光と、前記和周波光とを合波する合波器は、誘電体膜を用いたダイクロックミラーであることを特徴とする。
【００４２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの光送信装置であって、前記周期的に分極反転された二次非線形光学材料は、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１）、ＫＴｉＯＰＯ４、または、それらにＭｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有していることを特徴とする。
【００４３】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの光送信装置であって、前記第１の二次非線形光学素子の前記光導波路および前記第２の二次非線形光学素子の前記光導波路は、非線形光学効果を有する第１の基板と、該第１の基板に比べ屈折率の小さい第２の基板とを直接貼り合わせることによって作製された直接接合光導波路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、光増幅器と非線形光学効果であるパラメトリック増幅効果を利用して信号光の特定の位相成分だけを増幅する位相感応光増幅器を備えた光送信装置において、従来技術の構成では利用することの出来なかった、安価で小型な、光源および変調器を集積した変調器集積化光源を用いることが可能となる。信号光のＳ／Ｎ比劣化を抑圧した信号品質の高い光送信装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、従来技術の位相感応光増幅器の構成を説明する図である。
【図２】図２は、従来技術の二次非線形光学効果を利用した位相感応光増幅器の構成を説明する図である。
【図３】図３は、従従来技術の二次非線形光学効果を利用した位相感応光増幅器における、入力信号光‐励起光間の位相差Δφおよび利得の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、従来技術の三次非線形光学効果を利用した位相感応光増幅器の構成を説明する図である。
【図５】図５は、分極反転された二次非線形光学材料から成る導波路を備えた二次非線形光学素子から構成される位相感応光増幅器を用いた従来技術の光送信装置を含む光通信システムの構成図である。
【図６】図６は、従来技術の光送信装置における位相感応光増幅動作を説明する図であり、（ａ）は図４の構成を用いた場合を、（ｂ）は図５の構成を用いた場合を示す。
【図７】図７は、本発明の実施例１の光送信装置を含む光通信システムの構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例１の光送信装置によって出力された信号の時間波形の説明図であり、（ａ）は励起光を入射しないときの出力波形を、（ｂ）は励起光の位相および信号光の位相が同位相であるときの出力波形を、（ｃ）は励起光の位相および信号光の位相が９０度ずれたときの出力波形をそれぞれ示す。
【図９】図９は、本発明の実施例２の光送信装置を含む光通信システムの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の光送信装置において、（ａ）は位相感応光増幅器によって増幅されていない信号の時間波形を、（ｂ）は増幅後の信号をシングルモードファイバ中で所定距離伝送させた後の時間波形を、それぞれ説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例１の光送信装置で使用されるＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザーの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の光送信装置は、光源および変調器として、ＤＦＢレーザーからの連続光を励起光に利用し、光分岐手段を不要として位相感応増幅器の前段側の損失を最小限に抑えた、変調器を集積化したＤＦＢレーザーを備える。これによって、低雑音増幅器における前段の損失を最小化して、直接的に増幅器全体のＳ／Ｎ比の改善に繋げることができる。ＬＤ光源およびＥＡ変調器が一体になっていることで、これらを別個の構成とするよりも結合損を小さく抑えることができる。さらに、ＬＤ光源およびＥＡ変調器を１つのパッケージに収めて、小型で安価に光源および変調器を実現できる。集積化した光源および変調器における信号光の低損失化すること、および、励起基本波光を抽出することを両立するための、光送信装置の新たな構成を提案する。
【００４７】
本発明の光送信装置は、信号光を生成する半導体レーザー光源と、同一導波路上に、該半導体レーザー光源と隣接して形成された光変調手段と、位相感応型光増幅器とを備える。位相感応型光増幅器は、励起基本波光を増幅する光ファイバレーザー増幅器、周期的に分極反転された二次非線形光学材料から成り、前記励起基本波光から和周波光を発生させる光導波路を有する第１の二次非線形光学素子、前記励起基本波光および前記和周波光から、前記和周波光のみを分離する第１のフィルタ、前記信号光および励起光である前記和周波光を合波する合波器、周期的に分極反転された二次非線形光学材料から成り、前記励起光を用いて前記信号光のパラメトリック増幅を行う光導波路を有する第２の二次非線形光学素子、前記増幅された信号光および前記励起光である前記和周波光を分離する第２のフィルタ、ならびに、前記増幅された信号光の位相および前記光ファイバレーザー増幅器へ入力される励起光の位相を同期する手段から構成される。
【００４８】
本発明の光送信装置は、前記励起基本波が、前記光半導体レーザー光源の共振器を形成する対となる反射鏡のうち、前記光変調手段が接続されていない側の反射鏡から取り出され、前記光ファイバレーザー増幅器に入力されることを特徴とする。上述の和周波光は、第二高調波を含む。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４９】
本発明の光送信装置の第１の実施形態について説明する。本実施例では、光源および変調器として、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザーおよび電界吸収型（ＥＡ）変調器が一体に集積されたＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザー７３１を用いている。
【００５０】
図７は、本発明の実施例１の光送信装置を含む光通信システムの構成を示す図である。光通信システムは、伝送路である光ファイバ８０７−２の左側にある光送信装置と、光ファイバ８０７−２の右側にある光受信装置から構成されている。光受信装置側の構成は、図５で説明をした従来技術の構成と全く同じである。本発明に特徴的な光送信装置について説明する前に、その構成要素である位相感応光増幅器（ＰＳＡ）７００の基本的な動作および特性について述べる。
【００５１】
位相感応光増幅器７００では、光通信に用いられる微弱なレーザー光から非線形光学効果を得るのに必要な十分なパワーを得るために、ファイバレーザー増幅器（ＥＤＦＡ）７０１−１を用いて、励起基本波光７２１を増幅する。増幅した励起基本波光７２１は、第１の二次非線形光学素子７０２−１に入射され、第１の二次非線形光学素子７０２−１において第二高調波７２２を発生させる。第２の二次非線形光学素子７０２−２に対して、信号光７２０および第二高調波７２２を入射され、縮退パラメトリック増幅を行うことによって、位相感応増幅が行われる。
【００５２】
より具体的には、波長が１．５４μｍの信号光７２０を増幅するために、信号光７２０の一部がＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザー７３１から得られ、位相感応光増幅器７００の励起基本波光７２１として用いている。励起基本波光７２１は、エルビウム添加ファイバレーザー増幅器（ＥＤＦＡ）７０１−１を用いて増幅される。増幅された励起基本波光７２１は、第１の二次非線形光学素子７０２−１に入力される。ＥＤＦＡ７０１−１から発生する広帯域なＡＳＥ光が第１の二次非線形光学素子７０２−１により変換されることを防ぐために、ＥＤＦＡ７０１−１と第１の二次非線形光学素子７０２−１との間にバンドパスフィルタ７０４−１を挿入し、不必要なＡＳＥ光が除去される。
【００５３】
二次非線形光学素子７０２−１は、周期的に分極反転されたニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）から成る光導波路７０５−１を備える。ＰＰＬＮ導波路７０５−１は擬似位相整合によりニオブ酸リチウムの最も高い非線形光学定数ｄ３３を利用することが可能である。さらに、光導波路構造により高い光パワー密度が得られるので、図７のような構成にすることで高い波長変換効率を得ることができる。ＰＰＬＮ導波路７０５−１に高レベルのパワーを入射した場合、フォトリフラクティブ効果による光損傷により位相整合波長が変化する場合がある。しかし、本実施例ではそのような問題が生じないように、非特許文献５に示された直接接合により作製された導波路を用いている。
【００５４】
本実施例の位相感応光増幅器７００では、光損傷耐性に優れたＺｎを添加したニオブ酸リチウムをコアに用いた直接接合導波路を使用することによって、位相整合波長の変動を抑制した。また、ドライエッチング加工を使用してコア径を４μｍ程度まで小さくすることによって、高い波長変換効率を実現した。第１のＰＰＬＮ導波路７０５−１から出射した第二高調波７２２および励起基本波光７２１は、ダイクロイックミラー７０６−２を用いて分離した。ダイクロイックミラー７０６−２で反射された０．７７μｍの第二高調波７２２は、この波長０．７７μｍにおいてシングルモード伝搬特性をもつ偏波保持ファイバ７０７−１を介して、第２の二次非線形光学素子７０２−２へと導かれる。
【００５５】
このとき、ダイクロイックミラー７０６−２で完全には取り除けなかった波長１．５４μｍ付近の基本波励起光７２１およびＡＳＥ光も、偏波保持ファイバ７０７−１に入射されることになる。しかし、０．７７μｍにおいてシングルモードであるこの偏波保持ファイバは、波長１．５４μｍの光に対しては光の閉じ込めが弱いために、１ｍ程度の長さを伝搬させることにより、これらの不要な光を効果的に減衰させることができる。
【００５６】
偏波保持ファイバ７０７−１によって導かれた第二高調波７２２は、第２の二次非線形光学素子７０２−２のダイクロイックミラー７０６−３を用いて波長１．５４μｍの信号光７２０と合波される。ダイクロイックミラー７０６−３は、第二高調波７２２のみを反射させる。したがって、第１のＰＰＬＮ導波路７０５−１から出射され、ダイクロイックミラー７０６−２および偏波保持ファイバ７０７−１を通ってくる波長１．５４μｍ付近の励起基本波光７２１ならびにＡＳＥ光の残留成分を効果的に取り除くことができる。
【００５７】
信号光７２０および第二高調波７２２は合波され、第２のＰＰＬＮ導波路７０５−２に入射される。第２のＰＰＬＮ導波路７０５−２は、第１のＰＰＬＮ導波路７０５−１と同等の性能、位相整合波長を有しており、縮退パラメトリック増幅によって、信号光を位相感応増幅することができる。
【００５８】
本実施例の光送信装置では、２つのＰＰＬＮ導波路７０５−１、７０５−２はそれぞれ、個別の温度調節器によって一定の温度となるように制御されている。２つのＰＰＬＮ導波路の作製誤差のために同一温度において位相整合波長が一致しない場合が考えられる。しかし、そのような場合であっても、２つのＰＰＬＮ導波路を個々に温度制御することによって、両者の位相整合波長を一致させることができる。第２のＰＰＬＮ導波路７０５−２から出射された光は、ダイクロイックミラー７０６−４により励起光である第二高調波と増幅された信号光とに分離される。このときも第二高調波および増幅された信号光は、波長が全く異なるために、出力において不必要な第二高調波成分を効果的に取り除くことができる。
【００５９】
尚、本実施例の光送信装置における位相感応光増幅器７００では、第二高調波７２２を例としているが、偏波保持ファイバ７０７−１およびダイクロイックミラー７０６−４によって分離が容易な、基本励起光に基づいた和周波光を利用する限り、第二高調波に限定されない。すなわち、第１のＰＰＬＮ導波路７０５−１で生成される、基本励起光に基づいた和周波光を利用できる。
【００６０】
位相感応増幅では、励起光の位相および信号光の位相を同期させることが必要である。本実施例の位相感応増幅器７００では出力した増幅信号光の一部を光分岐部７０３−３で分岐して光検出器７０８で受光したのちに、位相同期ループ回路（ＰＬＬ）７０９により位相同期を行った。ＥＤＦＡ７０１−１の前段側に配置した位相変調器７１０を用いて、正弦波により微弱な位相変調を励起基本波光７２１に施す。光検出器７０８およびＰＬＬ回路７０９によって、その位相変調の位相ずれを検出して、この誤差信号が、ＥＤＦＡ７０１−１の前段側に配置したＰＺＴによる光ファイバ伸長器７１１の駆動電圧および位相変調器７１０のバイアス電圧にフィードバックされる。このフィードバック動作によって、光ファイバ部品の振動や温度変動による光位相の変動を吸収して、安定的に位相感応増幅をできるようにした。
【００６１】
後述するように、本実施例の光送信装置における位相感応光増幅器７００は、波形整形効果を持っている。この波形整形効果を利用することによって、チャープを持つような変調器を用いてもチャープ成分を除去して信号を伝送路ファイバへ送り出すことができる。
【００６２】
本発明の光送信装置では、従来技術の構成と異なり、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザーおよび電界吸収型（ＥＡ）変調器が一体に集積されたＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザー７３１を光源および変調器として用いている。ＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザー７３１を用いた場合、図５に示した従来技術の構成のように、光源と変調器との間に光分岐部５０３−１を配置することはできない。分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザーおよび電界吸収型（ＥＡ）変調器を集積化する目的は、損失を減らすことにある。したがって、光源と変調器との間に光分岐部を設けることは、この目的に反するからである。このため、位相感応光増幅器の励起基本波光として用いる光信号７２０の搬送波成分を、光分岐部から取り出すことができない。ここで発明者は、集積化した光源および変調器における信号光の低損失化、および、励起基本波光を抽出することを両立するための新たな着想に至った。
【００６３】
図１１は、本実施例の光送信装置で使用されるＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザーの構成を示す図である。ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザー１１００は、ＤＦＢレーザー部１１０１およびＥＡ変調部１１０２が、接続部１１０７で接合されている。ＤＦＢレーザー部１１０１の端面１１０３からは連続光１１０５が出射し、ＥＡ変調部１１０２の端面１１０４からは変調光信号１１０６が出射する。
【００６４】
ＤＦＢレーザー部１１０１の端面１１０３から出力される連続光１１０５は、通常は光信号出力としては利用せずにフォトダイオードと光結合させ、レーザーの光強度をモニターするために用いられていることが多い。本発明の光送信装置では、この連続波光１１０５に着目し、これをレンズ結合により光ファイバに導入して、位相感応光増幅器７００へ入力する励起基本波光８２１として利用した点に特徴がある。通常は、連続光を出射する端面１１０３側の反射鏡の反射率は、変調光信号を出射する端面１１０７側の反射鏡の反射率よりも高く設定する。このため、端面１１０３から出力する連続光のパワーレベルは、接続部１１０７からの出力光のパワーレベルよりも弱くなる。しかしながら、励起基本波光７２１は、第１の二次非線形光学素子７０２−１に入力される前にＥＤＦＡ８０１−１によって十分に増幅されるため、実用上の問題は発生しない。本発明のように、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザー７３１を利用することで、光分岐部で生じていた光損失をほぼ０とすることができるため、直接的に位相感応増幅器全体のＳ／Ｎ比の改善に繋げることできる。
【００６５】
ＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザー７３１は、半導体技術を用いて作製でき、半導体レーザーと変調器とが一体集積されているため、安価に大量に生産することができる。しかし、電界吸収を利用することから変調信号に周波数チャープ成分が重畳し信号品質を劣化させる。すなわち、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との間を遷移するときに変調器の出力の位相が変動し、ＯＮ状態の時を基準にすると、直交位相成分が生じてしまう。このような周波数チャープ成分が重畳した信号を用いると、伝送路である光ファイバの分散によって波形が劣化するため長距離伝送が難しいことが知られている。しかし、位相感応光増幅器はチャープした光信号の波形整形効果を有するため、チャープを持つ変調器を用いても周波数チャープ成分を除去して信号を送り出すことができる。
【００６６】
本実施例の光送信装置では、ＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザー８３１のＥＡ変調部において４０Ｇｂ/ｓの変調速度でＮＲＺ強度変調を施した後、位相感応光増幅器７００により変調信号を増幅するよう構成した。
【００６７】
図８は、本実施例の光送信装置によって増幅された信号の時間波形を説明する図である。図８の（ａ）は位相感応光増幅器へ励起光が入射しないときの入射信号光の出力波形を、図８の（ｂ）はＰＬＬによって励起光および信号光の位相を式（１）の関係を満たすように設定したときの出力波形を、図８の（ｃ）はＰＬＬによって励起光の位相および信号光の位相を式（１）の関係から９０度ずれるように設定したときの出力波形をそれぞれ示している。
【００６８】
本実施例の光送信装置では、励起光の位相および信号光の位相が式（１）の関係を満たすように同期させることによって、第２のＰＰＬＮ導波路７０５−２に入射した第二高調波７２２のパワーが３００ｍＷという条件下で、約１１ｄＢの利得を得ることができた。一方、励起光の位相および信号光の位相を式（１）の関係から９０度ずれるように設定したときは、図８の（ｃ）に示すように、ＮＲＺ信号のＯＮレベルおよびＯＦＦレベルの間の過渡的な部分のみが増幅された波形が観測された。この現象は、ＮＲＺ信号を生成するのにＥＡ変調器を用いているため、データ変調器によるチャープが生じることを反映している。すなわち、信号光が変調によってＯＮ状態とＯＦＦ状態との間を遷移するときに変調器の出力の位相が変動し、ＯＮ状態の時を基準にすると、直交位相成分が生じる。信号光の位相および励起光の位相を、式（１）の関係から９０度ずれるように設定した場合、位相チャープ成分のみが位相感応増幅され、図８の（ｃ）のような出力波形が得られる結果となる。
【００６９】
本実施例の光送信装置の構成を採ることにより、図４に示した従来技術の光送信装置に対して、図５に示した従来技術における光送信装置光ファイバ増幅器を用いることの利点をそのまま維持して、光ファイバ増幅器から発生するＡＳＥ光の混入を防ぐことができる。このため、Ｓ／Ｎ比の劣化を防ぎながら、送信する光信号の増幅を行うことが可能になる。また、位相感応光増幅器が持っている波形整形効果を利用することによって、入力信号に位相チャープが含まれるような場合でも、チャープ成分を除去して、チャープのない信号として整形された光信号を送信できる光送信装置を実現する。
【００７０】
さらに、図５に示した従来技術の構成の光送信装置と比べて、図７に示した本発明の構成の光送信装置は、信号光の経路上に配置された、損失の原因となる信号光分岐手段を使用せずに、安価で小型な集積化したＥＡ−ＤＦＢレーザーを用いることができる。位相感応増幅器は、従来技術のＥＤＦＡとは異なり、増幅の前後での信号のＳ／Ｎ比の劣化を原理的にゼロにできる。すなわち、ＮＦ(Noise Figure)を０ｄＢとすることができる。しかし、位相感応増幅器の前段で光信号に損失があると、その損失分がそのまま増幅器のＳ／Ｎ比の劣化に繋がってしまう。位相感応増幅器の前段の損失を出来る限り減らすことが増幅器の雑音特性の観点から重要である。信号光分岐手段の実際の損失は１〜２ｄＢ程度ではあるが、低雑音増幅器で前段の損失を１〜２ｄＢ改善できれば、そのまま直接的に増幅器全体のＳ／Ｎ比の改善に繋げることできる。本発明のように分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザーおよび電界吸収型（ＥＡ）変調器が一体に集積されたＥＡ−ＤＦＢレーザーを使用することによって、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制しながら送信光信号を生成させることができる。また、図５に示した従来技術の光送信装置の構成と比べて、集積化によって光送信装置のコストおよびサイズを大幅に低減させることができる。
【００７１】
尚、上述の本実施例に係る位相感応光増幅器の構成の説明では、入力信号光として単一の波長（１．５４μｍ）を有する信号光を用いた縮退パラメトリック増幅による位相感応増幅を行う場合について説明した。本発明の光源および変調器の構成は、異なる波長を持つ複数の搬送波を入力信号とする非縮退パラメトリック増幅による位相感応増幅を行う場合に対しても適用することができる。
【００７２】
また本実施例において、周期的に分極反転された二次非線形光学材料としてＺｎを添加したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いたが、これに限定されない。タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムの混晶（ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１−ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１））、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、チタニルリン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４）等に代表される二次非線形光学材料であれば、同様の効果が得られる。また二次非線形光学材料の添加物に関しても、Ｚｎだけに限定されず、Ｚｎの代わりにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｆｅを用いても良い。また、添加物を添加しなくても良い。
【００７３】
本発明の光送信装置によって、光通信に適用可能であり、十分な送信パワーが得られ、かつ信号品質の高い光送信装置を、小型で安価に提供することができる。
【実施例２】
【００７４】
上述の本発明の実施例１の光送信装置では、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザーおよぶＥＡ変調器が一体に集積されたＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザーを用いる場合の構成とその効果について説明した。本実施例は、ＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザーの代わりに、マッハツェンダー（ＭＺ）干渉計型の光強度変調器を利用する点で、実施例１の構成と相違している。
【００７５】
図９は、本発明の実施例１の光送信装置を含む光通信システムの構成を示す図である。光通信システムは、伝送路である光ファイバ９０７−２の左側にある光送信装置と、光ファイバ９０７−２の右側にある光受信装置から構成されている。光受信装置側の構成は、図５で説明をした従来技術の構成と全く同じである。本実施例における位相感応光増幅器９００は、第１の実施形態と同様に、１．５４μｍの信号光９２０を増幅するように装置を構成した。２つのＰＰＬＮ導波路９０５−１、９０５−２を用いること、および、第二高調波９２２を発生させて縮退パラメトリック増幅を行うことも、実施例１と同じである。
【００７６】
図７に示した実施例１の構成と、図９に示した本実施例の構成との相違点は、光変調部のために、ＥＡ変調器ではなくマッハツェンダー（ＭＺ）干渉計型の光強度変調器９３１を用いた点と、本発明の光送信装置における分散耐性を比較するために長尺のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）９０７−２を備えた点にある。
【００７７】
ＭＺ干渉計型の光強度変調器を集積した、ＭＺ変調器集積ＤＦＢレーザー９３１は、半導体レーザーおよび変調器が一体集積されているため、安価に大量に生産することができる。しかしながら、通常のＭＺ干渉計の片方のアームに対して変調を行う場合には、変調信号に周波数チャープ成分が重畳し信号品質を劣化させる要因となる。本実施例の光送信装置においても実施例１と同様に、位相感応光増幅器の有する波形整形効果を利用することができる。入力信号に位相チャープが含まれるＭＺ変調器集積ＤＦＢレーザーからの光信号９２０であっても、そのチャープ成分を除去して、チャープのない信号として整形して送信可能な光送信装置を実現することができる。本実施例では、さらに、位相感応光増幅器に入る前の信号と、位相感応光増幅器を通った後の信号とを、長尺のＳＭＦ９０７−２中を伝送させて、分散耐性の比較を行った。
【００７８】
図１０は、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）中を伝送させた後の信号の時間波形を説明する図である。図１０の（ａ）は、増幅前の変調信号をそれぞれ１．２ｋｍ、２．４ｋｍ、３．６ｋｍ、４．８ｋｍの長さを持つＳＭＦ９０７−２中を伝送させた後の出力波形を示す。図１０の（ｂ）は、本発明の光送信装置の位相感応光増幅器９００を通過した後、それぞれ１．２ｋｍ、２．４ｋｍ、３．６ｋｍ、４．８ｋｍの長さを持つＳＭＦ９０７−２中を伝送させた後の出力波形を示す。
【００７９】
分散耐性を定量的に比較するために、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すそれぞれの条件において、ビット誤り率を測定した。位相感応光増幅器９００を通す前の信号を２．４ｋｍよりも長いＳＭＦ中を伝送させると、ビット誤り率は非常に大きくなった。一方、本発明の位相感応光増幅器９００を通した後では、信号を４．８ｋｍのＳＭＦ中を伝送させても、位相感応光増幅器を通す前の信号を２．４ｋｍ伝送させた信号と同程度のビット誤り率が得られた。本実施例の光送信装置の構成を用いることによって、ＳＭＦ中の伝送に対する分散耐性は、伝送距離に関して２倍にすることができた。
【００８０】
なお、本実施例においては、光源および光変調器として、単一のＭＺ干渉計型の光強度変調器を集積したＤＦＢレーザーを用いたが、光変調器の種類はこれに限定されない。変調器として、例えば光位相変調器や、複数のＭＺ干渉計を組み合わせた複合光変調器などを用いても同様の効果が得られる。本発明の光送信装置は、光源および変調器として、ＤＦＢレーザーからの連続光を励起光に利用することで、光分岐手段を不要として位相感応増幅器前段の損失を最小限に抑えた、変調器を集積化したＤＦＢレーザーを利用する点に特徴がある。これによって、低雑音増幅器における前段の損失を最小化して、そのまま直接的に増幅器全体のＳ／Ｎ比の改善に繋げることできる。ＬＤ光源およびＥＡ変調器が一体になっていることで、これらを別体にするよりも結合損が小さく抑えることができる。さらに、ＬＤ光源およびＥＡ変調器を一つのパッケージに収めて、小型で安価に光源および変調器を実現できる。集積化した光源および変調器における信号光の低損失化と、励起基本波光の抽出とを両立するための光送信装置の新たな構成を実現した。
【００８１】
尚、上述の本実施例に係る位相感応光増幅器の構成の説明では、入力信号光として単一の波長（１．５４μｍ）を有する信号光を用いた縮退パラメトリック増幅による位相感応増幅を行う場合について説明した。しかしながら、異なる波長を持つ複数の搬送波を入力信号とする非縮退パラメトリック増幅による位相感応増幅を行う場合に対しても適用することができる。
【００８２】
また、本実施形態においては、周期的に分極反転された二次非線形光学材料としてＺｎを添加したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を例として用いたが、これだけに限定されない。タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムの混晶（ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１−ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１））、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、チタニルリン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４）等に代表される二次非線形光学材料であれば、同様の効果が得られる。また、二次非線形光学材料の添加物に関しても、Ｚｎだけに限定されず、Ｚｎの代わりにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｆｅを用いても良い。また、添加物を添加しなくても良い。
【００８３】
以上詳細に述べたように、本発明の光送信装置によって、集積化した光源および変調器における信号光の低損失化と、励起基本波光の抽出とを両立するための光送信装置の新たな構成を実現した。本発明の光送信装置によって、光通信に適用可能であり、十分な送信パワーが得られ、かつ信号品質の高い光送信装置を、小型で安価に提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、本発明は光通信システムにおいて用いられる光送信装置に利用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１０１、５００、７００、９００  位相感応光増幅器
１０２、４１１−１、４１１−２  励起光源
１０３  励起光位相制御部
１０４−１、１０４−２、５０３−１  光分岐部
４０３、５０７−２、７０７−２、９０７−２、伝送ファイバ
５０１−１、７０１−１、９０１−１  ファイバレーザー増幅器
５０２−１、５０２−２、７０２−１、７０２−２、９０２−１、９０２−２  二次非線形光学素子
５０７−１、７０７−１、９０７−１  偏波保持ファイバ
５３１  ＥＡ変調器
５３２、７３２、９３２  パルスパターン発生器
７３１  ＥＡ変調器集積ＤＦＢ（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザー
９３１  ＭＺ変調器集積ＤＦＢレーザー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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