(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λのレーザ光が入射されたことに応じて、波長λ＋αのラマン散乱光を発生する光発振源と、
第１〜第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された光を前記第２のポートから出力し、前記第３のポートに入力された光を前記第１のポートから出力する、光サーキュレータと、
前記光サーキュレータを介して前記光発振源に光結合され、前記波長λ＋αのラマン散乱光を励起光として、波長λ＋α＋βの信号光を入射したことに応じてその信号光を増幅して出力する信号光増幅部とを備え、
前記光発振源は、
前記波長λのレーザ光に基づいて、波長λ＋αのラマン散乱光を発生する散乱光発生用光ファイバと、
前記散乱光発生用光ファイバの第１の端部の側から前記波長λのレーザ光を前記散乱光発生用光ファイバに入射する入射部と、
前記散乱光発生用光ファイバの第２の端部と前記光サーキュレータの前記第１のポートとの間の光路に設けられ、前記波長λのレーザ光を反射する第１のファイバブラッググレーティングと、
前記散乱光発生用光ファイバの前記第１の端部と前記入射部との間の光路に設けられ、前記散乱光発生用光ファイバで発生した前記波長λ＋αのラマン散乱光を反射する第２のファイバブラッググレーティングと、
前記入射部と前記光サーキュレータの前記第１のポートとの間の光路で前記散乱光発生用光ファイバの両側に一対で設けられ、前記散乱光発生用光ファイバで発生した波長λとλ＋αとの間の波長を有するラマン散乱光を反射する１対または複数対の第３のファイバブラッググレーティングとを含み、
前記信号光増幅部は、
前記波長λ＋α＋βの信号光を入力する入力部と、
前記入力部から入力された前記波長λ＋α＋βの信号光を増幅する信号光増幅用光ファイバと、
前記信号光増幅用光ファイバによって増幅された前記波長λ＋α＋βの信号光を出力する出力部とを含み、
前記光サーキュレータの前記第２のポート、前記出力部、前記信号光増幅用光ファイバ、前記入力部、および前記光サーキュレータの前記第３のポートは、この順でループ状に接続される、ラマン光増幅器。
【請求項２】
前記入射部は、波長λの光と波長λ＋α＋βの光とを合分波するカプラであり、
前記入力部および前記出力部の各々は、波長λ＋αの光と波長λ＋α＋βの光とを合分波するカプラである、請求項１に記載のラマン光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ラマン光増幅器に関し、特に、誘導ラマン散乱を利用して光増幅を行うようなラマン光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、誘導ラマン散乱を利用して光増幅を行う方法が知られている。この光増幅方法ではラマン散乱光発生用光ファイバ（以下、光ファイバと称する）に波長λの励起光が入射され、この励起光によって誘導ラマン散乱が生じ、光ファイバ内で波長λ＋ａに付近に利得帯ができる。このような状態の光ファイバに、たとえばλ＋ａの信号光を入射させることにより、その信号光を増幅させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、波長λの励起光は、光源の制約により任意の波長をとることができず、増幅可能波長域が限られ、増幅率が低いという課題があり、実用化の範囲が狭められていた。最近、複数種類のファイバ型カプラを組合せ、あるいは複数種類のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）をつなぎ合わせることにより、ラマン散乱光を光ファイバ内に閉じ込めて増幅率の向上を図る方法も提案されているが、光利得かつ低雑音な信号光の増幅は困難であった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、広い波長域で励起光波長を設定できるようにし、適用波長の大幅な拡大を可能にし、励起光発生用の光ファイバを分離し、かつ高い増幅率を維持する構造により、高利得かつ低雑音な信号光の増幅を実現するラマン光増幅器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ラマン光増幅器であって、波長λのレーザ光が入射されたことに応じて、波長λ＋αのラマン散乱光を発生する光発振源と、光サーキュレータと、光サーキュレータを介して光発振源に光結合され、波長λ＋αのラマン散乱光を励起光として、波長λ＋α＋βの信号光を入射したことに応じてその信号光を増幅して出力する信号光増幅部とを備えて構成される。光サーキュレータは、第１〜第３のポートを有し、第１のポートに入力された光を第２のポートから出力し、第３のポートに入力された光を第１のポートから出力する。光発振源は、波長λのレーザ光に基づいて、波長λ＋αのラマン散乱光を発生する散乱光発生用光ファイバと、散乱光発生用光ファイバの第１の端部の側から波長λのレーザ光を散乱光発生用光ファイバに入射する入射部と、散乱光発生用光ファイバの第２の端部と光サーキュレータの第１のポートとの間の光路に設けられ、波長λのレーザ光を反射する第１のファイバブラッググレーティングと、散乱光発生用光ファイバの第１の端部と入射部との間の光路に設けられ、散乱光発生用光ファイバで発生した波長λ＋αのラマン散乱光を反射する第２のファイバブラッググレーティングと、入射部と光サーキュレータの第１のポートとの間の光路で散乱光発生用光ファイバの両側に一対で設けられ、散乱光発生用光ファイバで発生した波長λとλ＋αとの間の波長を有するラマン散乱光を反射する１対または複数対の第３のファイバブラッググレーティングとを含む。信号光増幅部は、波長λ＋α＋βの信号光を入力する入力部と、入力部から入力された波長λ＋α＋βの信号光を増幅する信号光増幅用光ファイバと、信号光増幅用光ファイバによって増幅された波長λ＋α＋βの信号光を出力する出力部とを含む。光サーキュレータの第２のポート、出力部、信号光増幅用光ファイバ、入力部、および光サーキュレータの第３のポートは、この順でループ状に接続される。
【０００６】
好ましくは、入射部は、波長λの光と波長λ＋α＋βの光とを合分波するカプラであり、入力部および出力部の各々は、波長λ＋αの光と波長λ＋α＋βの光とを合分波するカプラである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、この発明の原理について説明する。光ファイバに波長λの光を入射した際には、この入射光を励起光として波長λ＋ａ１の波長域に散乱光（ラマン散乱光という）が発生する。このような状態のファイバに、波長λ＋ａ１周辺の信号光が入射すれば、信号光は増幅を受ける。また、この波長に信号光がない場合、波長λの光が強ければ波長λ＋ａ１の散乱光は大きくなり、この光を励起光としてλ＋ａ１＋ａ２の散乱光が発生するという連鎖が起きる。
【００１２】
このときには、該ファイバは波長λ＋ａ１＋ａ２周辺で利得域を持つことになり、もとの励起光とかなり離れた波長の増幅が可能となる。この発明は、このラマン増幅の効率化を行うものである。
【００１３】
図１はこの発明の一実施形態のラマン光増幅器を示す図である。図１において、レーザ１から波長λ１の光が励起光としてλ１／λ５カプラ２に入力される。この励起光は、ラマン散乱波長λ１〜λ４を反射波長とするファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）３と、ラマン散乱光発生用光ファイバ４とで構成されたレーザ発振部５に入力され、さらに光サーキュレータ６を介してλ４／λ５カプラ７，８と信号光増幅用光ファイバ９とで構成される信号光増幅部１０に入力される。
【００１４】
次に、図１に示したラマン光増幅器の動作について説明する。λ１の励起光はＦＢＧ３で折り返されてラマン散乱光発生用光ファイバ４を往復し、ラマン散乱光λ２を発生する。ラマン散乱光λ２はＦＢＧ３で折り返され、ラマン散乱光発生用光ファイバ４に閉じ込められ、ラマン散乱光λ３が発生される。同様にしてラマン散乱光λ４はＦＢＧ３と、ラマン散乱光発生用光ファイバ４と、光サーキュレータ６と、λ４／λ５カプラ７，８と、信号光増幅用光ファイバ９とで構成されるループを周回する。このとき、入力ポートから波長λ４とλ５の光を合分波するλ４／λ５カプラ８を介して信号光増幅用光ファイバ９にλ５信号光を入力すると、λ４／λ５カプラ７から出力ポートに増幅された信号光が出力される。
【００１５】
この発明の実施形態では、各ラマン散乱光が閉ループに閉じ込められるため、高効率でラマン散乱光を発生できる。また、信号光増幅用のラマン散乱光λ４は、信号光増幅用光ファイバ９を単一方向に通過するため、ラマン散乱光の強度揺らぎによる信号光増幅の揺らぎが抑えられること、信号光増幅用光ファイバ９で発生するλ５雑音光は光源用のカプラで除去できることにより、低雑音の増幅器を構成できる。
【００１６】
より具体的な実施形態として、ファイバを光分散シフト光ファイバとし、λ１：１．０６μｍ、λ２：１．１２μｍ、λ３：１．１７μｍ、λ４：１．２３μとすれば、λ５：１．３μｍ帯の増幅器が構成できる。励起光波長の変更は可能であり、ラマン散乱のさらなる連鎖により、さらに長波長帯の増幅にも対応できる。
【００１７】
図２はこの発明の他の実施形態を示す図である。この実施形態は、波長λ１の光を励起光としてラマン散乱光を連鎖させて波長λ４のラマンレーザ光を作り、これによって波長λ５の信号光を増幅させる方法を示している。波長λ１のレーザ１はラマン散乱波長λ１〜λ３を反射波長とするＦＢＧ３と、ラマン散乱光発生用光ファイバ４と、３ｄＢカプラ１１を含む第１ループに接続され、この第１のループは、３ｄＢカプラ１１を介してλ４／λ５カプラ７，８と、信号光増幅用光ファイバ９とを含む第２ループに接続される。
【００１８】
λ１の励起光はＦＢＧ３によりラマン散乱光発生用光ファイバ４を往復し、ラマン散乱光λ２を発生する。ラマン散乱光λ２はＦＢＧ３で折り返され、ラマン散乱光発生用光ファイバ４に閉じ込められ、ラマン散乱光λ３が発生される。同様にして発生したラマン散乱光λ４は、第１ループを周回すると同じに３ｄＢカプラ１１を介して第２ループも周回する。このとき、入力ポートから波長λ４とλ５の光を合分波するλ４／λ５カプラ８を介して信号光増幅用光ファイバ９にλ５信号光を入力すると、λ４／λ５カプラ７から出力ポートに増幅された信号光が出力される。
【００１９】
この実施形態においても、各ラマン散乱光が閉ループに閉じ込められるため、高効率でラマン散乱光を発生できる。また、簡易な光部品のみで構成することが可能となる。
【００２０】
より具体的な実施形態として、図１に示したファイバや波長λ１〜λ５を用いて１．３μｍ帯の増幅器を構成できる。
【００２１】
図３はこの発明のさらに他の実施形態を示す図である。この実施形態は、波長λ１の光を励起光としてラマン散乱光をλ２，λ３で連鎖発生させて波長λ４のラマンレーザ光を発生させ、これによって波長λ５の信号光を増幅させる。このために、図３（ａ）に示すλ１／λ３カプラ２１と、カプラ２２と、ラマン散乱光発生用光ファイバ２４と、カプラ２３とでλ１λ３ループである第１のループが構成され、この第１のループにレーザ１から波長λ１の光が励起光として入力される。カプラ２２，２３は図３（ｂ）に示すように、λ１，λ３と、λ２，λ４とを選択的に合分波する。
【００２２】
第１のループを周回して分波されたλ２，λ４は、カプラ２２と、ラマン散乱光発生用光ファイバ２４と、カプラ２３と、カプラ２５と、カプラ２６とからなるλ２ループである第２のループを周回する。カプラ２５，２６は図３（ｃ）に示すように、λ２とλ４とを選択的に合分波する。
【００２３】
第２のループを周回して分波されたλ４は、カプラ２２と、ラマン散乱光発生用光ファイバ２４と、カプラ２３と、カプラ２５と、カプラ２７と、カプラ２８と、カプラ２６，光ファイバ２９とからなるλ４ループである第３のループを周回する。カプラ２７，２８はλ４／λ５カプラである。
【００２４】
次に、動作について説明する。λ１の励起光は、λ１／λ３カプラ２１から第１のループであるλ１λ３ループを周回し、ラマン散乱光発生用光ファイバ２４でラマン散乱光λ２が生じる。この散乱光λ２はカプラ２３から第２のル−プであるλ２ループに入り周回し、ラマン散乱光発生用光ファイバ２４でラマン散乱光λ３が生じる。この散乱光λ３はカプラ２３により第１のループであるλ１λ３ループに入り、ラマン散乱光発生用光ファイバ２４でラマン散乱光λ４が生じる。
【００２５】
散乱光λ４はカプラ２３よりλ２ループに入り、さらにカプラ２５により第３のループであるλ４ループに入り周回し、ラマン散乱光発生用光ファイバ２４でラマン散乱光λ５が生じる条件を形成する。このとき、入力ポートから波長λ４とλ５の光を合分波するλ４／λ５カプラ２８を介して信号光を入力すると、λ４／λ５カプラ２７から出力ポートに増幅された信号光が出力される。
【００２６】
この実施形態においても、各ラマン散乱光が閉ループに閉じ込められているため、高効率でラマン散乱を発生することができる。
【００２７】
また、具体的な実施形態として、ファイバを光分散シフト光ファイバとし、λ１：１．０６μｍ、λ２：１．１２μｍ、λ３：１．１７μｍ、λ４：１．２３μとすれば、λ５：１．３μｍ帯の増幅器が構成できる。
【００２８】
図４はこの発明のさらに他の実施形態を示す図である。この実施形態は、ファイバリングレーザにより波長λ１の励起光を得て、これにより波長λ２の信号光を増幅させるものである。すなわち、λ１／λ２カプラ３１と、信号光増幅用光ファイバ３３と、λ１／λ２カプラ３２と、波長可変光フィルタ３４と、広帯域の光増幅器３５とによって光ループが構成されている。λ１／λ２カプラ３１，３２は、λ１とλ２とを選択的に合分波する。
【００２９】
光増幅器３５の利得がループの光損を超えるとファイバリングレーザとなり、波長可変光フィルタ３４の通過波長λ１にてレーザ発振が生じる。このとき信号光増幅用光ファイバ３３においてラマン散乱光λ２が生じる条件が形成される。ここで、入力ポートよりλ１／λ２カプラを介して信号光増幅用光ファイバ３３にλ２信号光を入力すると、出力ポートより増幅された信号光が出力される。
【００３０】
この実施形態では、ラマン散乱光が閉ループに閉じ込められるため、高効率でラマン散乱を発生することができ、波長可変光フィルタ３４で波長λ１を変化させることにより、光増幅器の特性を容易に変えることも可能となる。
【００３１】
より具体的な実施形態として、光増幅器３５としてツリウムドープ光ファイバ増幅器を用いると、λ１を１．４６μｍ〜１．４８μｍで可変とすることができ、１．５５μｍ帯付近の光増幅器を構成できる。
【００３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、波長λの光が励起光として光発振源に入射されたことに応じて、波長λ＋αのラマン散乱光を発生し、光発振源に光結合されて、波長λ＋αのラマン散乱光が周回し、波長λ＋α周辺の信号光が信号光増幅部入射されたことに応じてその信号光を増幅して出力することができる。
【００３４】
したがって、容易に高出力のレーザ光が得られる１．０６μｍレーザや、ファイバレーザを励起光として、増幅技術が確立されていない１．３μｍ帯、１．４４μｍ帯、１．５２μｍ帯といった波長の信号光について光利得かつ低雑音な増幅を実現できる。その結果、光通信用信号光波長の大幅な拡大を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態のラマン光増幅器を示す図である。
【図２】  この発明の他の実施形態を示す図である。
【図３】  この発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図４】  この発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ、２  λ１／λ５カプラ、３  ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）、４，２４  ラマン散乱光発生用光ファイバ、５  レーザ発振部、６  光サーキュレータ、７，８，２７，２８  λ４／λ５カプラ、９，２９，３３  信号光増幅用光ファイバ、１０  信号光増幅部、２１  λ１／λ３カプラ、２２，２３，２５，２６  カプラ、３１，３２  λ１／λ２カプラ、３４  波長可変光フィルタ、３５  光増幅器。
【図１】
0004612243.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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