(57)【要約】【課題】信号光に重畳される雑音成分を低減することができる光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法を提供する。【解決手段】光信号雑音抑圧装置１は、光ファイバ９０の第１端側から第２端側へ信号光が伝搬する際に発生する誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する装置であって、光源部１０，光減衰器２０，光サーキュレータ３０および光アイソレータ４０を備える。光源部１０から出力され光減衰器２０を経た対向光は、光サーキュレータ３０を経て、光ファイバ９０に導入される。光ファイバ９０に導入された対向光は、光アイソレータ４０により遮断され、信号光源部に達することはない。対向光は、信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有し、光ファイバ９０において信号光の伝搬方向と逆の方向に伝搬する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの第１端側から第２端側へ信号光が伝搬する際に発生する誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する装置であって、
前記光ファイバにおける前記信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有する対向光を出力する光源部と、
前記光源部から出力された対向光を前記信号光に対して対向して前記光ファイバに導入して、前記対向光を前記光ファイバの前記第２端側から前記第１端側へ向けて伝搬させる第１結合器と、
前記第１結合器により前記光ファイバに導入されて前記光ファイバの前記第１端から出射する対向光を遮断する遮断部と
を備えることを特徴とする光信号雑音抑圧装置。
【請求項２】
前記光源部が広帯域光を出力する広帯域光源であることを特徴とする請求項１記載の光信号雑音抑圧装置。
【請求項３】
前記光ファイバは、全長が１ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光信号雑音抑圧装置。
【請求項４】
前記光ファイバは、非線形定数が１０Ｗ−１・ｋｍ−１以上であることを特徴とする請求項１記載の光信号雑音抑圧装置。
【請求項５】
前記信号光の伝搬経路上であって前記第１結合器の後段に設けられ、前記光ファイバにおける前記対向光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光を遮断する光フィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の光信号雑音抑圧装置。
【請求項６】
前記光源部と前記第１結合器との間の光路上に光減衰器を備えることを特徴とする請求項１記載の光信号雑音抑圧装置。
【請求項７】
前記遮断部は、前記光ファイバにおいて信号光からの誘導ブリルアン散乱によって増幅した対向光を取り出す第２結合器と、
前記第２結合器により取り出された対向光を受光して前記対向光のパワーを検出する受光器と
を備え、
前記光源部が、前記受光器により検出されたパワーに基づいて、出力する対向光の強度または波長を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光信号雑音抑圧装置。
【請求項８】
光ファイバの第１端側から第２端側へ信号光が伝搬する際に発生する誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する方法であって、
前記光ファイバにおける前記信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有する対向光を前記信号光に対して対向して前記光ファイバに導入し、前記対向光を前記光ファイバの前記第２端側から前記第１端側へ向けて伝搬させて、前記信号光に重畳される誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する
ことを特徴とする光信号雑音抑圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを信号光が伝搬する際に発生する誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高パワーの光が光ファイバを伝搬する際に生じる非線形光学効果を利用して信号光の波長変換や波形整形等を高速に処理する技術が提案されている。しかし、このような技術を用いるにあたって信号光の強度が大きすぎると誘導ブリルアン散乱が発生する。誘導ブリルアン散乱は、伝搬光が光ファイバ中の結合に音響的振動を誘起することにより、その伝搬光自身が後方への散乱効果を受ける現象である。散乱光が種となって次の散乱を促す効果もあるので、伝搬光の強度がある閾値を超えると、指数関数的に散乱光が増大する。
【特許文献１】特開平８−５４６５３号公報
【非特許文献１】G. P. Agrawal “Nonlinear FiberOptics”, Academic Press
【非特許文献２】P. O. Hedekvist et al., “Noisecharacteristics of fiber-based optical phase conjugators”, Journal oflightwave technology, vol.17, no.1, Jan, 1999.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、誘導ブリルアン散乱の最初の種となるものは熱的雑音に起因するものであることから、散乱光自体も非常に雑音成分を多く含んだものであり、散乱されずに光ファイバを通過した光についても雑音成分がのってしまう。このことから、誘導ブリルアン散乱によって信号光の品質が低下することになる。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信号光に重畳される雑音成分を低減することができる光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光信号雑音抑圧装置は、光ファイバの第１端側から第２端側へ信号光が伝搬する際に発生する誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する装置であって、(1) 光ファイバにおける信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有する対向光を出力する光源部と、(2) 光源部から出力された対向光を光ファイバに導入して、該対向光を光ファイバの第２端側から第１端側へ向けて伝搬させる第１結合器と、(3)第１結合器により光ファイバに導入されて光ファイバの第１端から出射された対向光を遮断する遮断部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、光源部から出力される対向光は、光ファイバにおける信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有するものであり、第１結合器により光ファイバに導入されて、光ファイバの第２端側から第１端側へ向けて伝搬する。これにより、強制的に誘導ブリルアン散乱が発生して、信号光に重畳される誘導ブリルアン散乱に起因する雑音が抑圧され得る。
【０００７】
本発明に係る光信号雑音抑圧装置は、光源部が広帯域光を出力する広帯域光源であるのが好適である。この場合には、信号光のパワーの高い周波数成分が複数あるいは周波数可変である場合にも、その信号光に重畳される雑音成分が低減され得る。この広帯域光源は、信号光に対するブリルアン散乱光の帯域以上の範囲を有する光源であり、例えば、Ｃバンドを含む広帯域の光を出力するものであるのが好適であり、或いは、帯域が１００ＧＨｚ以上の広帯域の光を出力するものであるのも好適である。
【０００８】
本発明に係る光信号雑音抑圧装置では、光ファイバの全長が１ｋｍ以下であるのが好適であり、また、光ファイバの非線形定数が１０Ｗ−１／ｋｍ−１以上であるのが好適である。
【０００９】
本発明に係る光信号雑音抑圧装置は、信号光の伝搬経路上であって第１結合器の後段に設けられ、光ファイバにおける対向光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光を遮断する光フィルタを更に備えるのが好適である。この場合には、光ファイバにおける対向光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光は光フィルタにより遮断されるので、この誘導ブリルアン散乱による雑音が信号光に重畳されるのが抑制される。
【００１０】
本発明に係る光信号雑音抑圧装置は、光源部と第１結合器との間の光路上に設けられた光減衰器を更に備えるのが好適である。この場合には、光源部から出力された対向光は、光減衰器によりパワーが調整された後に、第１結合器により光ファイバに導入される。
【００１１】
本発明に係る光信号雑音抑圧装置は、光ファイバにおいて信号光からの誘導ブリルアン散乱によって増幅した対向光を取り出す第２結合器と、第２結合器により取り出された対向光を受光して該対向光のパワーを検出する受光器と、を更に備え、光源部が、受光器により検出されたパワーに基づいて、出力する対向光の強度または波長を制御するのが好適である。この場合には、光ファイバにおいて信号光からの誘導ブリルアン散乱によって増幅した対向光は、第２結合器により取り出され、受光器により受光されてパワーが検出される。そして、光源部において、受光器により検出されたパワーに基づいて、出力する対向光の強度または波長が制御される。
【００１２】
本発明に係る光信号雑音抑圧方法は、光ファイバの第１端側から第２端側へ信号光が伝搬する際に発生する誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する方法であって、光ファイバにおける信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有する対向光を光ファイバに導入し、該対向光を光ファイバの第２端側から第１端側へ向けて伝搬させて、信号光に重畳される誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法によれば、信号光に重畳される雑音成分を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１実施形態）
【００１６】
先ず、本発明に係る光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光信号雑音抑圧装置１の構成図である。この図に示される光信号雑音抑圧装置１は、光ファイバ９０の第１端側から第２端側へ信号光が伝搬する際に発生する誘導ブリルアン散乱に起因する雑音を抑圧する装置であって、光源部１０，光減衰器２０，光サーキュレータ（第１結合器）３０および光アイソレータ（遮断部）４０を備える。
【００１７】
光ファイバ９０では光アイソレータ４０から光サーキュレータ３０へ向かって信号光が伝搬する。この信号光の光周波数は、単一であってもよいし、複数であってもよい。光周波数が単一である場合としては、自己位相変調を利用した信号処理があり、光周波数が複数である場合としては、相互位相変調は四光波混合を利用した信号処理がある。なお、光ファイバ９０は、全長が１ｋｍ以下であるのが好ましく、非線形定数が１０Ｗ-１・ｋｍ-１以上であるのがこのましい。
【００１８】
光源部１０は、光ファイバ９０における信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有する対向光を出力する。すなわち、信号光の光周波数をｆｐとし、誘導ブリルアン散乱の際のブリルアン周波数シフト量をΔνＢとすると、光源部１０は、光周波数（ｆｐ−ΔνＢ）の対向光を出力する。なお、信号光の光周波数が複数である場合には、最も光強度が高い信号光の光周波数をｆｐとするのが適当である。
【００１９】
光減衰器２０は、光源部１０から出力された対向光を入力し、この対向光に対して所定の損失を与えて所望のパワーとし、その対向光を光サーキュレータ３０へ出力する。光サーキュレータ３０は、光源部１０から出力され光減衰器２０を経た対向光を光ファイバ９０に導入して、該対向光を光ファイバ９０の第２端側から第１端側へ向けて伝搬させる。光アイソレータ４０は、光サーキュレータ３０により光ファイバ９０に導入されて光ファイバ９０の第１端から出射された対向光を遮断する。
【００２０】
次に、第１実施形態に係る光信号雑音抑圧装置１の動作について説明するとともに、第１実施形態に係る光信号雑音抑圧方法について説明する。光源部１０から出力され光減衰器２０を経た対向光は、光サーキュレータ３０を経て、光ファイバ９０に導入される。光ファイバ９０に導入された対向光は、光アイソレータ４０により遮断され、信号光源部に達することはない。対向光は、信号光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光と同じ光周波数成分を有し、光ファイバ９０において信号光の伝搬方向と逆の方向に伝搬する。
【００２１】
これにより、光ファイバ９０において誘導ブリルアン散乱が強制的に発生する。誘導ブリルアン散乱が強制的に発生する場合、種となる散乱光の強度が一定であるので、誘導ブリルアン散乱は安定する。その結果、信号光は、散乱による損失が増えるものの、誘導ブリルアン散乱の不安定性による雑音成分が極力抑えられることになる。このように、信号光に重畳される誘導ブリルアン散乱に起因する雑音が抑圧され得る。
【００２２】
図２は、誘導ブリルアン散乱を強制的に発生させた場合の信号光入力パワーと信号光出力パワーとの関係を示すグラフである。この図には、対向光の強度が種々の場合について、信号光入力パワーと信号光出力パワーとの関係の計算結果が示されている。ここで想定した光ファイバ９０は、非線形性が高いものであり、実効断面積が１０μｍ２であり、伝送損失が０.９ｄＢ／ｋｍであり、ブリルアンゲインが５×１０−１１ｍ／Ｗであり、長さが０.１ｋｍである。計算は、文献「G.P. Agrawal, "Nonlinear Fiber Optics"」に記載されたものに従い、対向光自体の誘導ブリルアン散乱については考慮していない。図２に示されるように、入力光強度が高くなると出力光強度が飽和している。また、この出力光強度の飽和するレベルは対向光の強度に依存している。
【００２３】
このように入力光強度に対して出力光強度は１対１で決まるので、誘導ブリルアン散乱の過程によって信号光に雑音が生じることはない。また、対向光はその名のとおり信号光に対して反対方向に伝搬しているので、信号光と対向光との間に生じる誘導ブリルアン散乱以外の非線形光学効果は小さいか又は一定であり、信号光には余計な変調は加わることはない。
【００２４】
また、この特性から、光ファイバ９０へ入力される信号光が元々雑音成分の多い信号である場合は、対向光を入射させることで高いパワーレベルでの雑音成分を抑圧することになるので、２Ｒ（信号の１/０レベルの雑音除去）としての効果が期待できる。この２Ｒの飽和レベルは対向光強度に依存するので、光減衰器２０により対向光の強度を調整することにより、様々な信号形式の２Ｒに対応することができる。
【００２５】
また、この特性から、光信号雑音抑圧装置１は、光サーキュレータ３０の後段にある信号光伝搬経路上の光デバイスに対し、光パワーの過剰な入力を抑制する為の光リミッタとしても用いられ得る。誘導ブリルアン散乱自体は、通常の光ファイバでは非常に高速な現象であるが、信号光と対向光との間のパワーの受け渡しによる過渡的な強度変化は、光ファイバ中の伝搬時間の数倍から１０倍に及ぶ。このことから、光信号雑音抑圧装置１を光リミッタとして用いる場合は、光ファイバ９０のファイバ長が短い（１００ｍで数μｓの反応時間に相当）のが望ましい。また、リミッタ機能を強める上で光ファイバ９０の実効断面積が小さいのも望ましい。
【００２６】
このように、本実施形態では、フィードバック回路を作ることなく、対向光強度のレベルに応じて信号光強度が調整されるので、高速動作が可能である。また、誘導ブリルアン散乱を用いているので、飽和特性が顕著であり、余分な光も集められることから安全性も保証しやすい。
【００２７】
（第２実施形態）
【００２８】
次に、本発明に係る光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る光信号雑音抑圧装置２の構成図である。図１に示された第１実施形態の構成と比較すると、この図に示される第２実施形態に係る光信号雑音抑圧装置２は、光源部１０に替えて光源部１０Ａを備える点で相違する。なお、この第２実施形態においても、光源部１０Ａと光サーキュレータ３０との間に光減衰器２０が設けられてもよい。
【００２９】
光源部１０Ａは、光源１１および高非線形性光ファイバ１２を含む。この光源部１０Ａでは、光源１１から出力された光は高非線形性光ファイバ１２に入力され、その光が高非線形性光ファイバ１２を伝搬する間に生じる非線形光学現象により伝搬光が広帯域化され、この広帯域化された光（Supercontinuum光）が対向光として光サーキュレータ３０へ出力される。なお、このようにして生成された広帯域光は雑音成分が低い。
【００３０】
第２実施形態では、このような広帯域の対向光を、光ファイバ９０において信号光伝搬方向と逆の方向に伝搬させることにより、信号光のパワーの高い周波数成分が複数あるいは周波数可変である場合にも、その信号光に重畳される雑音成分を低減することができる。
【００３１】
（第３実施形態）
【００３２】
次に、本発明に係る光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係る光信号雑音抑圧装置３の構成図である。図１に示された第１実施形態の構成と比較すると、この図に示される第３実施形態に係る光信号雑音抑圧装置３は、光源部１０に替えて光源部１０Ｂを備える点で相違する。なお、この第３実施形態においても、光源部１０Ｂと光サーキュレータ３０との間に光減衰器２０が設けられてもよい。
【００３３】
光源部１０Ｂは、光源１１，位相変調器１３およびトーン信号発生器１４を含む。この光源部１０Ｂでは、トーン信号発生器１４から出力されたトーン信号は位相変調器１３に入力され、光源１１から出力された光は位相変調器１３に入力される。位相変調器１３に入力された光は、位相変調を受けてサブキャリアを含む広帯域の光とされ、この広帯域化された光が対向光として光サーキュレータ３０へ出力される。なお、このようにして生成された広帯域光は雑音成分が低い。
【００３４】
第３実施形態でも、このような広帯域の対向光を、光ファイバ９０において信号光伝搬方向と逆の方向に伝搬させることにより、信号光のパワーの高い周波数成分が複数あるいは周波数可変である場合にも、その信号光に重畳される雑音成分を低減することができる。
【００３５】
（第４実施形態）
【００３６】
次に、本発明に係る光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法の第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態に係る光信号雑音抑圧装置４の構成図である。図１に示された第１実施形態の構成と比較すると、この図に示される第４実施形態に係る光信号雑音抑圧装置４は、光フィルタ５０を更に備える点で相違する。なお、この第４実施形態においても、光源部１０と光サーキュレータ３０との間に光減衰器２０が設けられてもよい。
【００３７】
光フィルタ５０は、信号光の伝搬経路上であって光サーキュレータ３０の後段に設けられており、光ファイバ９０における対向光の伝搬によって発生する誘導ブリルアン散乱光を遮断するものである。
【００３８】
光源１０から出力された光ファイバ９０に導入される対向光のパワーが高い場合は、光ファイバ９０において対向光による誘導ブリルアン散乱が発生する可能性があり、信号光にその散乱光が混じる可能性がある。そこで、対向光による誘導ブリルアン散乱を光フィルタ９０により遮断するのが好ましい。
【００３９】
（第５実施形態）
【００４０】
次に、本発明に係る光信号雑音抑圧装置および光信号雑音抑圧方法の第５実施形態について説明する。図６は、第５実施形態に係る光信号雑音抑圧装置５の構成図である。図１に示された第１実施形態の構成と比較すると、この図に示される第５実施形態に係る光信号雑音抑圧装置５は、光サーキュレータ（第２結合器）６０および受光器７０を更に備える点で相違し、また、光源部１０が受光器７０により検出されたパワーに基づいて出力光の強度または波長を制御する点で相違する。なお、この第５実施形態においても、光源部１０と光サーキュレータ３０との間に光減衰器２０が設けられてもよい。
【００４１】
光サーキュレータ６０は、光ファイバ９０において信号光からの誘導ブリルアン散乱によって増幅した対向光を取り出す。受光器７０は、光サーキュレータ６０により取り出された対向光を受光して該対向光のパワーを検出する。そして、光源部１０は、受光器７０により検出されたパワーに基づいて、出力する対向光の強度または波長を制御する。
【００４２】
第５実施形態では、散乱光を取り出しモニタすることにより、リミッタまたは２Ｒとして用いる際に、状況を確認して光源部１０の強度または波長を最適調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る光信号雑音抑圧装置１の構成図である。
【図２】誘導ブリルアン散乱を強制的に発生させた場合の信号光入力パワーと信号光出力パワーとの関係を示すグラフである。
【図３】第２実施形態に係る光信号雑音抑圧装置２の構成図である。
【図４】第３実施形態に係る光信号雑音抑圧装置３の構成図である。
【図５】第４実施形態に係る光信号雑音抑圧装置４の構成図である。
【図６】第５実施形態に係る光信号雑音抑圧装置５の構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１〜５…光信号雑音抑圧装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ…光源部、１１…光源、１２…高非線形性光ファイバ、１３…位相変調器、１４…トーン信号発生器、２０…光減衰器、３０…光サーキュレータ、４０…光アイソレータ、５０…光フィルタ、６０…光サーキュレータ、７０…受光器、９０…光ファイバ。
【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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