(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力する信号光と同じ光周波数の励起光を発生する励起光源と、
前記信号光と前記励起光を入力し、信号光の平均光位相成分に依存した利得を与える位相感応光増幅部と、
前記励起光の光位相を前記信号光の光位相に同期させる励起光位相制御手段とを備えた光増幅器において、
前記信号光を直線偏光に変換して前記位相感応光増幅部に入力する信号光偏波制御手段と、
前記励起光を楕円偏光または円偏光に変換して前記位相感応光増幅部に入力する励起光偏波制御手段とを備え、
前記励起光位相制御手段は、前記信号光と励起光を合波して得られる２つの合波光から特定の偏波成分を分離する偏波分離手段と、２つの合波光から分離された特定の偏波成分をバランスド検波して信号光と励起光の光位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、前記位相誤差検出手段から出力される誤差信号をフィルタリングして前記励起光源に帰還するフィルタ手段とを備えた
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅器を２組備え、
前記各光増幅器の信号光偏波制御手段に代えて、前記信号光を２つの偏波成分に分離して各光増幅器に入力する偏波分離手段を備え、
前記各光増幅器の励起光位相制御手段は、それぞれ入力する信号光の偏波成分に対して励起光の光位相を同期させる構成であり、
前記各光増幅器から出力される増幅された信号光を偏波合成して出力する偏波合成手段を備えた
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光増幅器において、
前記位相感応光増幅部は、２入力２出力の第１の光合波器の２つの出力ポートと、２入力２出力の第２の光合波器の２つの入力ポートとをそれぞれ３次の光非線形媒質（光カー媒質）を介して接続した非線形マッハツェンダ干渉計を備え、前記第１の光合波器の一方の入力ポートに前記信号光を入力し、他方の入力ポートに前記信号光に光位相同期した励起光を入力し、前記第２の光合波器の２つの出力ポートから増幅された信号光と残留励起光をそれぞれ分離して出力する構成であり、
前記励起光位相制御手段の偏波分離手段は、前記第１の光合波器の２つの出力ポートから出力される２つの合波光から特定の偏波成分を分離する構成である
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光増幅器において、
前記位相感応光増幅部は、２入力２出力の光合波器の２つの出力ポートを３次の光非線形媒質（光カー媒質）を介してループ状に接続した非線形ループミラーを備え、前記光合波器の一方の入力ポートに光サーキュレータを介して前記信号光を入力し、他方の入力ポートに前記信号光に光位相同期した励起光を入力し、前記光合波器の２つの入力ポートから増幅された信号光および残留励起光をそれぞれ分離して出力し、さらに増幅された信号光を前記光サーキュレータを介して出力する構成であり、
前記励起光位相制御手段の偏波分離手段は、前記光合波器の２つの出力ポートから出力される２つの合波光から特定の偏波成分を分離する構成である
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の光増幅器において、
前記位相感応光増幅部は、２入力２出力の第１の光合波器の２つの出力ポートと、２入力２出力の第２の光合波器の２つの入力ポートとをそれぞれ２次の光非線形媒質を介して接続した非線形マッハツェンダ干渉計を備え、前記第１の光合波器の一方の入力ポートに前記信号光を入力し、他方の入力ポートに前記信号光に光位相同期した励起光を入力し、前記第２の光合波器の２つの出力ポートから増幅された信号光と残留励起光をそれぞれ分離して出力する構成であり、
前記励起光位相制御手段の偏波分離手段は、前記第１の光合波器の２つの出力ポートから出力される２つの合波光から特定の偏波成分を分離する構成である
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の光増幅器において、
前記位相感応光増幅部は、２入力２出力の光合波器の２つの出力ポートを２次の光非線形媒質を介してループ状に接続した非線形ループミラーを備え、前記光合波器の一方の入力ポートに光サーキュレータを介して前記信号光を入力し、他方の入力ポートに前記信号光に光位相同期した励起光を入力し、前記光合波器の２つの入力ポートから増幅された信号光および残留励起光をそれぞれ分離して出力し、さらに増幅された信号光を前記光サーキュレータを介して出力する構成であり、
前記励起光位相制御手段の偏波分離手段は、前記光合波器の２つの出力ポートから出力される２つの合波光から特定の偏波成分を分離する構成である
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の光増幅器において、
前記励起光源は、前記信号光の２次の高調波にあたる光周波数を有する励起光を発生する構成であり、
前記励起光位相制御手段の偏波分離手段は、前記２次の光非線形媒質を通過した信号光と励起光の合波光から特定の偏波成分を分離する構成である
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の光増幅器において、
前記励起光位相制御手段の偏波分離手段は、前記合波光の一部を分岐する光カプラと、分岐した合波光から特定の偏波成分のみを透過させる検光子とを備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の光増幅器において、
前記励起光位相制御手段の偏波分離手段は、前記合波光から特定の偏波成分を分離する偏波ビームスプリッタを備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項１０】
請求項１に記載の光増幅器において、
前記信号光偏波制御手段は、前記信号光の入力偏波状態に関わらず一定の直線偏波に維持する手段を含むことを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光の低雑音光増幅を行う光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光伝送システムでは、光信号を電気信号に変換し、ディジタル信号を識別した後に光信号を再生する識別再生光中継器が用いられていた。この識別再生光中継器では、光信号を電気信号に変換する電子部品の応答速度に制限があるので、１０Ｇｂｉｔ／ｓ  以上の大容量光伝送システムに適用することが困難であった。
【０００３】
この問題を解決する増幅手段として、エルビウム、プラセオジム、ツリウ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増幅器や、半導体レーザ増幅器がある。また、光信号処理回路においても、光分岐損失や光回路の減衰を補償する手段として半導体レーザ増幅器を用いることが検討されている。いずれの場合でも、媒質中の電子状態を反転分布状態にさせ、誘導放出により信号光を増幅する構成になっている。
【０００４】
このようなファイバレーザ増幅器や半導体レーザ増幅器は、信号光を光のままで増幅することができるので、識別再生光中継器で問題になっていた電気的な処理速度の制限が存在しない。加えて、機器構成も比較的単純である利点を有する。しかし、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ので、信号光の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が増幅前後で少なくとも３ｄＢ低下する。これらは、ディ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。
【０００５】
この伝送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（文献例：Ａ．Ｔａｋａｄａ  ａｎｄ  Ｗ．Ｉｍａｊｕｋｕ、１９９６年エレクトリックレターズ誌、３２号、６７７  頁）  。この位相感応光増幅器は低雑音であり、入出力間のＳ／Ｎ劣化を０ｄＢまで抑圧できることが理論的に示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際に位相感応光増幅器を実現するには、適切な手段で励起光と信号光の光位相および光周波数を同期させる必要がある。これを実現する技術として光位相同期ループ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋ  ｌｏｏｐ  ：以下「光ＰＬＬ」という）が研究されており、バランスドレシーバＰＬＬ（文献例：Ｊ．Ｍ．Ｋａｈｎ  ｅｔ  ａｌ．、１９８９年エレクトリックレターズ誌、２５号、  ６２７頁）等が検討されている。これは、位相検出器として用いられるフォトダイオードのＤＣ近傍の出力成分を位相誤差信号として光位相同期光源に帰還させる構成になっている。
【０００７】
したがって、これらの光ＰＬＬを位相感応光増幅器の励起光源として用いると、励起光と信号光の光位相差がπ／２〔ｒａｄ  〕の状態で同期される。しかし、位相感応光増幅器では、励起光と信号光の位相差が０〔ｒａｄ  〕またはπ〔ｒａｄ  〕の状態で同期させることが増幅動作を実現する条件となる。
【０００８】
これを実現する手段として、ヘテロダイン光ＰＬＬを用いた位相感応光増幅器（文献例：特願平９−１５４０３４号）等が検討されている。しかし、当該構成はヘテロダイン光ＰＬＬ構成であり、ヘテロダイン差周波数に相当する周波数発振源を内部に用意する必要などがあり、必ずしも経済性および安定性が十分とは言えなかった。
【０００９】
本発明は、ホモダイン光ＰＬＬ系で励起光と信号光の光位相差が０〔ｒａｄ  〕またはπ〔ｒａｄ  〕の状態で安定に同期させることができる経済的な構成を実現し、位相感応光増幅部における低雑音光増幅を可能にする光増幅器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の光増幅器に用いる励起光位相制御手段の基本構成を示す。
図において、ディジタル変調された信号光Ｅｓ  は、偏波制御器１１に入力して偏波角度δの直線偏光に変換される。励起光源１２から出力された励起光Ｅｐ  は、偏波制御器１３に入力して主軸角度δの楕円偏光（または円偏光）に変換される。直線偏光の信号光Ｅｓ  と楕円偏光の励起光Ｅｐ  は、位相感応光増幅部１４の光合波器１５に入力して合波され、合波光Ｅ１  ，Ｅ２  が出力される。合波光Ｅ１  ，Ｅ２  は、それぞれ偏波ビームスプリッタ１６−１，１６−２に入力してｘ偏波成分とｙ偏波成分に分離され、ここでは各ｙ偏波成分が励起光位相制御手段（光ＰＬＬ）に入力される。
【００１１】
合波光Ｅ１  ，Ｅ２  の各ｙ偏波成分は、バランスドレシーバ１７に入力してバランスド検波され、信号光と励起光の位相誤差成分が検出される。この位相誤差信号は、余剰成分のフィルタリングおよび増幅を行うフィルタ・増幅器１８を介して励起光源１２に帰還してその発振周波数を制御し、励起光の光位相を信号光の光位相に同期させる。
【００１２】
以上の動作を数式を用いて説明する。直線偏光の信号光Ｅｓ  と楕円偏光の励起光Ｅｐ  を  Ｊｏｎｅｓベクトルで表現すると、
【００１３】
【数１】
0003545977.tif 000002
となる。ここで、Ｅｓ  ，  Ｅｐ  は信号光および励起光の電界強度、ωＳ  ，ωＰ  は信号光および励起光の光角周波数、θＳ（ｔ），θＰ（ｔ）  は信号光および励起光の光位相、δは偏波角度である。
【００１４】
光合波器１５から出力される合波光Ｅ１  ，Ｅ２  は、
【００１５】
【数２】
0003545977.tif 000003
となる。したがって、得られた合波光Ｅ１  ，Ｅ２  は、ｘ偏波成分に対して、
【００１６】
【数３】
0003545977.tif 000004
となり、ｙ偏波成分に対して、
【００１７】
【数４】
0003545977.tif 000005
となる。
【００１８】
ここで、合波光Ｅ１  ，Ｅ２  のｘ偏波成分とｙ偏波成分が、それぞれ励起光と信号光の位相関係が互いに９０度異なっていることに注目し、偏波ビームスプリッタ１６−１，１６−２でｘ偏波成分とｙ偏波成分に分離し、ｙ偏波成分をバランスドレシーバ１７に入力する。すると、バランスドレシーバ１７の出力電圧は、
Ｖｅｒｒ  ＝｜Ｅｓ｜｜Ｅｐ｜ｓｉｎ（θＳ（ｔ）−θＰ（ｔ））  ｓｉｎδ          …（９）
となる。
【００１９】
（９）  式は、信号光と励起光の位相誤差であるので、ｙ偏波成分の信号光と励起光の位相誤差が０度となるときに、位相誤差出力が０となる信号が励起光源１２に帰還される。したがって、位相感応光増幅部１４で処理されるｘ偏波成分に関しては、信号光と励起光の位相差が０度で同期し、最大の位相感応利得を得ることができる。
【００２０】
なお、偏波ビームスプリッタ１６を用いる代わりに、合波光を例えば１０：１に分岐する光カプラと、分岐した一方の合波光から特定の偏波成分のみを透過させる検光子を用い、検光子の出力をバランスドレシーバ１７に入力するようにしてもよい。
【００２１】
位相感応光増幅部１４は、例えば非線形マッハツェンダ干渉計あるいは非線形ループミラー（ＮＯＬＭ、非線形サニャック干渉計）により構成される。また、非線形マッハツェンダ干渉計あるいは非線形ループミラーを構成する光非線形媒質としては、３次（χ（３）  ）  の非線形屈折率を有する光カー媒質、あるいは２次（χ（２）  ）  の非線形屈折率を有する光パラメトリック結晶を用いることができる。前者の場合には信号光と励起光間の縮退四光波混合を利用し、後者の場合には光カスケーディングを利用する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：請求項１，３，８）
図２は、本発明の光増幅器の第１の実施形態を示す。本実施形態は、位相感応光増幅部を非線形マッハツェンダ干渉計により構成し、３次の非線形屈折率を有する光非線形媒質（光カー媒質）としてＣｄＳＳｅ添加ガラスを用いる例を示す。信号光波長は  ０．８μｍである。
【００２３】
図において、入力信号光Ｅｓ  は、偏波制御器２１により偏波角度δの直線偏光に変換される。半導体レーザ光源（ＬＤ）２２は電源２３により駆動され、入力信号光と同じ光周波数の励起光を出力する。この励起光Ｅｐ  は、偏波制御器２４により主軸角度δの楕円偏光（または円偏光）に変換される。直線偏光の信号光Ｅｓ  と楕円偏光の励起光Ｅｐ  は、偏波保持型の位相感応光増幅部３０に入力される。
【００２４】
位相感応光増幅部３０は、２入力２出力の光合波器３１−１，３１−２の間の２つの光経路にＣｄＳＳｅ添加ガラス（光カー媒質）３２−１，３２−２を挿入した非線形マッハツェンダ干渉計を構成している。位相感応光増幅部３０に入力された信号光Ｅｓ  と励起光Ｅｐ  は光合波器３１−１で合波され、合波光がそれぞれＣｄＳＳｅ添加ガラス３２−１，３２−２に入力され、励起光パワーが非線形光学過程（縮退四光波混合）により信号光に移って信号光が増幅される。ＣｄＳＳｅ添加ガラス３２−１，３２−２の出力光は光合波器３１−２で合波され、増幅された信号光Ｅｓ’と残留励起光Ｅｐ’が分離して出力される。
【００２５】
一方、ＣｄＳＳｅ添加ガラス３２−１，３２−２の出力光の一部は、光カプラ２５−１，２５−２で分岐され、そのｙ偏波成分のみを透過させる検光子２６−１，２６−２を介してバランスドレシーバ２７に入力され、信号光と励起光の位相誤差が検出される。その位相誤差信号は、フィルタ・増幅器２８でフィルタリングおよび増幅されて半導体レーザ光源２２に帰還され、上記の原理に従って励起光の光位相を信号光の光位相に同期させる。
【００２６】
これにより、ＣｄＳＳｅ添加ガラス３２−１，３２−２内部では、信号光と励起光との間で安定的に非線形光学過程が生じ、励起光成分から信号光成分に効率よくエネルギーが移る。ここで、ＣｄＳＳｅ添加ガラスのカー屈折率はｎ２  ＝２×１０−１５〔ｍ２／Ｗ〕、有効断面積２０〔μｍ〕の光導波路でカー係数はγ＝４〔／ｃｍ／Ｗ〕となる。したがって、励起光パワーＰ＝５００  〔ｍＷ〕とすると、長さＬ＝３〔ｃｍ〕のＣｄＳＳｅ添加ガラス３２−１，３２−２内部における信号光利得Ｇは、
Ｇ＝１０×ｌｏｇ［（γＬＰ）２／２］  ＝１５．５〔ｄＢ〕      …（１０）
となる。
【００２７】
なお、ＣｄＳＳｅ添加ガラス３２−１，３２−２は、図３に示すように石英導波路中にＣｄＳＳｅ半導体を添加したＣｄＳＳｅ添加光導波路３３−１，３３−２としてもよい。また、光カー媒質となる添加材料としては、ＣｄＳＳｅの代わりにＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、ＡｌＧａＡｓ  等の半導体材料を用いてもよい。
【００２８】
また、光カプラ２５−１，２５−２と検光子２６−１，２６−２は、図３に示すように偏波ビームスプリッタ２９−１，２９−２に置き換え、信号光と励起光の合波光からｙ偏波成分を分離してバランスドレシーバ２７に入力するようにしてもよい（請求項９）。
【００２９】
また、ＣｄＳＳｅ添加ガラス３２−１，３２−２（ＣｄＳＳｅ添加光導波路３３−１，３３−２）と、光カプラ２５−１，２５−２（偏波ビームスプリッタ２９−１，２９−２）の位置を入れ替えてもよい。
【００３０】
（第２の実施形態：請求項１，４，８）
図４は、本発明の光増幅器の第２の実施形態を示す。本実施形態は、位相感応光増幅部を非線形ループミラー（非線形サニャック干渉計）により構成し、３次の非線形屈折率を有する光カー媒質としてカルコゲナイドファイバを用いる例を示す。信号光波長は１．５５μｍである。
【００３１】
図において、入力信号光Ｅｓ  は、偏波制御器２１により偏波角度δの直線偏光に変換される。半導体レーザ光源２２は電源２３により駆動され、入力信号光と同じ光周波数の励起光を出力する。この励起光Ｅｐ  は、偏波制御器２４により主軸角度δの楕円偏光（または円偏光）に変換される。直線偏光の信号光Ｅｓ  と楕円偏光の励起光Ｅｐ  は、偏波保持型の位相感応光増幅部４０に入力される。
【００３２】
位相感応光増幅部４０は、２入力２出力の光合波器４１の２つの出力ポートをカルコゲナイドファイバ４２を介してループ状に接続した非線形ループミラーを構成している。位相感応光増幅部４０に入力された信号光Ｅｓ  は光サーキュレータ４３を介して光合波器４１の一方の入力ポートに入力され、励起光Ｅｐ  は光アイソレータ（または光サーキュレータ）４４を介して光合波器４１の他方の入力ポートに入力され、合波される。この合波光は、右回りと左回りに別れてカルコゲナイドファイバ４２を伝搬して再び光合波器４１に戻り、信号光と励起光に分離してそれぞれの入力ポートから出力される。出力信号光は光サーキュレータ４３を介して入力信号光から分離して出力され、出力励起光は光アイソレータ４４により遮断される。
【００３３】
一方、光合波器４１から右回りおよび左回りに出力される合波光の一部は光カプラ２５−１，２５−２で分岐され、そのｙ偏波成分のみを透過させる検光子２６−１，２６−２を介してバランスドレシーバ２７に入力され、信号光と励起光の位相誤差が検出される。その位相誤差信号は、フィルタ・増幅器２８を介して半導体レーザ光源２２に帰還され、上記の原理に従って励起光の光位相を信号光の光位相に同期させる。
【００３４】
これにより、カルコゲナイドファイバ４２では、信号光と励起光との間で安定的に非線形光学過程が生じ、励起光成分から信号光成分に効率よくエネルギーが移る。ここで、カルコゲナイドファイバのカー屈折率はｎ２  ＝３×１０−１８〔ｍ２／Ｗ〕、有効断面積５０〔μｍ〕の光導波路でカー係数はγ＝０．３  〔／ｍ／Ｗ〕となる。したがって、励起光パワーＰ＝３００  〔ｍＷ〕とすると、長さＬ＝１００  〔ｍ〕のカルコゲナイドファイバ４２内部における信号光利得Ｇは、
Ｇ＝１０×ｌｏｇ［（γＬＰ）２／２］  ＝１６〔ｄＢ〕      …（１１）
となる。
【００３５】
なお、カルコゲナイドファイバ４２は、図５に示すように通常の光ファイバと同じ石英系ファイバを用いた高非線形ファイバ４５としてもよい。この場合のカー屈折率はｎ２  ＝２×１０−１５〔ｍ２／Ｗ〕、光導波路の有効断面積が１／４以下となり、カー係数はγ＝０．０１６  〔／ｍ／Ｗ〕となる。したがって、励起光パワーＰ＝３００  〔ｍＷ〕とすると、長さＬ＝３〔ｋｍ〕の高非線形ファイバ４５内部における信号光利得Ｇは、
Ｇ＝１０×ｌｏｇ［（γＬＰ）２／２］  ＝２０〔ｄＢ〕      …（１２）
となる。
【００３６】
また、光カプラ２５−１，２５−２と検光子２６−１，２６−２は、図５に示すように偏波ビームスプリッタ２９−１，２９−２に置き換え、信号光と励起光の合波光からｙ偏波成分を分離してバランスドレシーバ２７に入力するようにしてもよい（請求項９）。
【００３７】
（第３の実施形態：請求項１，５，８）
図６は、本発明の光増幅器の第３の実施形態を示す。本実施形態は、位相感応光増幅部を非線形マッハツェンダ干渉計により構成し、２次の非線形屈折率を有する光非線形媒質を用いる例を示す。
【００３８】
図において、基本的な構成は図２に示す第１の実施形態と同様であり、光カー媒質に代えて２次の光非線形媒質である光パラメトリック結晶を用いるところが異なる。ここでは、光パラメトリック結晶基板３４に疑似位相整合光導波路３５−１，３５−２を作りこむ。疑似位相整合は、プロトン注入によるドメイン反転により実現される。これにより、光導波路長を長くしても、励起光と信号光間の位相整合条件を満足させることができる。
【００３９】
この２次の光非線形媒質では、光カスケーディングにより光カー媒質と等価な機能が実現される。光カスケーディングとは、信号光と同じ波長帯の励起光を光非線形媒質に入力し、光非線形媒質中で励起光が一旦２倍波に変換された後に、再び信号光との光パラメトリック過程でそのエネルギーが信号光に移る現象である。この２次の光非線形媒質となる光パラメトリック結晶には、ＡＡＮＰ結晶、ＭＭＡポリマ、ＤＡＮ結晶等の有機材料、ＬｉＮｂＯ３  、ＬｉＴａＯ３  、ＫＴＰ  （ＫＬｉＯＰＯ４）、ＫＤＰ  （ＫＨ２ＰＯ４）、ＫＮｂＯ３等の無機結晶がある。
【００４０】
ここで、ＬｉＮｂＯ３  疑似位相整合導波路を用いた場合には、ＬｉＮｂＯ３  の２次の非線形係数はｄ＝４０〔ｐｍ／Ｖ〕であり、有効断面積Ａ＝５０〔μｍ〕、長さＬ＝６〔ｃｍ〕の光導波路における信号光利得ηは、励起光パワーＰ＝５００  〔ｍＷ〕として
η＝（ω２／ε０３ｃ３ｎ３Ａ）２ｄ４Ｌ４Ｐ２／１６≒１６．６〔ｄＢ〕  …（１３）
となる。なお、真空誘電率をε０  〔Ｆｍ−２〕、励起光の光角周波数をω〔  ｒａｄ／ｓ〕、光速をｃ〔ｍ／ｓ〕、光非線形媒質の屈折率をｎとした。
【００４１】
また、同様の構成において、励起光を信号光の２倍波とし、光カスケーディングではなく励起光からの光パラメトリック過程により信号光を直接増幅する構成としてもよい（請求項７）。この場合に、例えばＬｉＴａＯ３  疑似位相整合導波路を用いると、信号光利得η１／２  ≒１２〔ｄＢ〕を得ることができる。
【００４２】
また、光カプラ２５−１，２５−２と検光子２６−１，２６−２は、図３に示すように偏波ビームスプリッタ２９−１，２９−２に置き換え、信号光と励起光の合波光からｙ偏波成分を分離してバランスドレシーバ２７に入力するようにしてもよい（請求項９）。
【００４３】
（第４の実施形態：請求項１，６，８）
図７は、本発明の光増幅器の第４の実施形態を示す。本実施形態は、位相感応光増幅部を非線形ループミラー（非線形サニャック干渉計）により構成し、２次の非線形屈折率を有する光非線形媒質を用いる例を示す。
【００４４】
図において、基本的な構成は図４に示す第２の実施形態と同様であり、光カー媒質のカルコゲナイドファイバに代えて２次の光非線形媒質である光パラメトリック結晶を用いるところが異なる。ここでは、光パラメトリック結晶基板３４に疑似位相整合光導波路３５を作りこむ。ここで、第３の実施形態と同様のＬｉＮｂＯ３  疑似位相整合導波路を用いると、信号光利得η≒１８〔ｄＢ〕を得ることができる。
【００４５】
また、同様の構成において、励起光を信号光の２倍波とし、光カスケーディングではなく励起光からの光パラメトリック過程により直接信号光を増幅する構成としてもよい。ただし、この場合には、図８に示すように、光パラメトリック結晶を通過した光の一部を光カプラ２５−１，２５−２で分岐し、検光子２６−１，２６−２を介してバランスドレシーバ２７に入力するようにする（請求項７）。
【００４６】
また、光カプラ２５−１，２５−２と検光子２６−１，２６−２は、図５に示すように偏波ビームスプリッタ２９−１，２９−２に置き換え、信号光と励起光を光パラメトリック結晶で合波した光からｙ偏波成分を分離してバランスドレシーバ２７に入力するようにしてもよい（請求項９）。
【００４７】
（第５の実施形態：請求項１０）
図９は、本発明の光増幅器の第５の実施形態を示す。本実施形態は、以上示した各実施形態において、入力信号光Ｅｓ  を直線偏光に変換する偏波制御器２１を可変構成とし、入力信号光の偏波状態に関わらず偏波角度が一定になるように制御する構成としたものである。
【００４８】
図において、入力信号光は光カプラ５１で可変偏波制御器５２と偏波アナライザ５３に分岐される。偏波アナライザ５３は信号光の偏波状態を解析し、その結果に応じて制御回路５４が可変偏波制御器５２を制御する。可変偏波制御器５２を含む光増幅部５０は、以上示した各実施形態のいずれかの構成となる。
【００４９】
（第６の実施形態：請求項２）
図１０は、本発明の光増幅器の第６の実施形態を示す。本実施形態は、以上示した各実施形態の光増幅器（偏波制御器２１を除く）を２組備え、入力信号光に対して偏波無依存型としたものである。
【００５０】
図において、入力信号光は偏波分離器６１で２つの偏波成分に分離され、各偏波成分が以上示した各実施形態の光増幅部（偏波制御器２１を除く）６０−１，６０−２に入力される。ここで、偏波分離器６１で分離される各偏波成分と、検光子２６の透過する偏波方向には、所定の偏波角度が設定される。すなわち、偏波分離器６１は、以上示した各実施形態における偏波制御器２１と同等の機能を果たす。各光増幅部６０−１，６０−２で増幅された各偏波成分の信号光は、偏波合成器６２により偏波合成して出力される。これにより、入力信号光の偏波状態に依存しない偏波無依存動作を実現することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光増幅器は、励起光と信号光の光位相差を０〔ｒａｄ  〕またはπ〔ｒａｄ  〕の状態で同期させる光ＰＬＬを実現することができる。したがって、励起光と信号光の光位相に依存した利得を与える位相感応光増幅器の動作を安定化させることができ、低雑音光増幅動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅器に用いる励起光位相制御手段の基本構成を示すブロック図。
【図２】本発明の光増幅器の第１の実施形態を示すブロック図。
【図３】本発明の光増幅器の第１の実施形態の変形例を示すブロック図。
【図４】本発明の光増幅器の第２の実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明の光増幅器の第２の実施形態の変形例を示すブロック図。
【図６】本発明の光増幅器の第３の実施形態を示すブロック図。
【図７】本発明の光増幅器の第４の実施形態を示すブロック図。
【図８】本発明の光増幅器の第４の実施形態の変形例を示すブロック図。
【図９】本発明の光増幅器の第５の実施形態を示すブロック図。
【図１０】本発明の光増幅器の第６の実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
１１  偏波制御器
１２  励起光源
１３  偏波制御器
１４  位相感応光増幅部
１５  光合波器
１６  偏波ビームスプリッタ
１７  バランスドレシーバ
１８  フィルタ・増幅器
２１，２４  偏波制御器
２２  半導体レーザ光源（ＬＤ）
２３  電源
２５  光カプラ
２６  検光子
２７  バランスドレシーバ
２８  フィルタ・増幅器
２９  偏波ビームスプリッタ
３０  位相感応光増幅部（非線形マッハツェンダ干渉計）
３１  光合波器
３２  ＣｄＳＳｅ添加ガラス（光カー媒質）
３３  ＣｄＳＳｅ添加光導波路
３４  光パラメトリック結晶基板
３５  疑似位相整合光導波路
４０  位相感応光増幅部（非線形ループミラー）
４１  光合波器
４２  カルコゲナイドファイバ
４３  光サーキュレータ
４４  光アイソレータ
４５  高非線形ファイバ
５０  光増幅部
５１  光カプラ
５２  可変偏波制御器
５３  偏波アナライザ
５４  制御回路
６０  光増幅部
６１  偏波分離器
６２  偏波合成器
【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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