(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路である光ファイバの複数箇所に光中継増幅器を備えた光中継伝送システムにおいて、
初段の前記光中継増幅器を位相不感応光増幅器とした状態で、初段から最終段までの前記光中継増幅器として、位相不感応光増幅器と位相感応光増幅器を交互に配置したことを特徴とする光中継伝送システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記位相不感応光増幅器と前記位相感応光増幅器を合わせた配置数は、偶数個であることを特徴とする光中継伝送システム。
【請求項３】
請求項１において、
初段の前記位相不感応光増幅器の前段に、更に別の位相感応光増幅器を備えることを特徴とする光中継伝送システム。
【請求項４】
請求項１において、
最終段の前記位相感応光増幅器の後段に、更に別の位相不感応光増幅器を備えることを特徴とする光中継伝送システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記位相感応光増幅器は、非縮退型位相感応光増幅器であることを特徴とする光中継伝送システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記位相感応光増幅器における光パラメトリック増幅媒体が、周期分極反転構造を有するＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）又はＫＴｉＯＰＯ4、或いはそれらにＭｇ、Ｚｎ、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材料からなる光導波路を用いていることを特徴とする光中継伝送システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
前記位相不感応光増幅器が、ＥＤＦＡ、ラマン増幅器または半導体光増幅器のいずれか一つであることを特徴とする光中継伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送路である光ファイバの複数箇所に、光増幅器を備えた光中継伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光中継伝送システムでは、光ファイバを伝搬することにより減衰した光信号を再生するために、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は、光信号を電気信号に変換し、ディジタル信号（電気信号）を識別した後に、光信号を再生するものである。
しかしながら、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ことや、伝送する光信号のスピードが速くなると、消費電力が大きくなること、などの問題があった。
【０００３】
この問題を解決する光増幅手段として、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光信号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。
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、光信号を光のままで増幅することができるため、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。
【０００４】
しかしながら、これらのレーザ増幅器は劣化した光信号波形を整形する機能は有していない。また、これらのレーザ増幅器においては、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ので、光信号の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】
このような従来のレーザ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ＰＳＡは、伝送ファイバの分散の影響による劣化した光信号波形や位相信号を整形する機能を有する。また、信号とは無関係の直交位相をもった自然放出光を抑圧でき、同相の自然放出光も最小限で済むために、増幅前後で光信号のＳ／Ｎを劣化させず同一に保つことが原理的に可能である。
【０００６】
図４は、従来のＰＳＡの基本的な構成を示す。図４に示されるように、ＰＳＡ１００は、光パラメトリック増幅を用いた位相感応光増幅部１０１と、励起光源１０２と、励起光位相制御部１０３と、第１の光分岐部１０４−１及び第２の光分岐部１０４−２とを備える。
図４に示されるように、ＰＳＡ１００に入力された光信号１１０は、光分岐部１０４−１で２分岐されて、一方は位相感応光増幅部１０１に入射し、他方は励起光源１０２に入射する。励起光源１０２から出射した励起光１１１は、励起光位相制御部１０３を介して位相が調整されて、位相感応光増幅部１０１に入射する。位相感応増幅部１０１は、入力した光信号１１０及び励起光１１１に基づいて出力光信号１１２を出力する。
【０００７】
位相感応光増幅部１０１は、入射した光信号１１０の位相と励起光１１１の位相とが一致すると光信号１１０を増幅し、両者の位相が９０度ずれた直交位相関係になると、光信号１１０を減衰する特性を有している。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１１１と光信号１１０との間の位相を一致させると、光信号１１０と直交位相の自然放出光が発生せず、また同相の成分に関しても光信号１１０のもつ雑音以上に過剰な自然放出光を発生しないため、Ｓ／Ｎ比を劣化させずに光信号１１０の増幅が可能になる。
【０００８】
このような光信号１１０と励起光１１１の位相同期を達成するために、励起光位相制御部１０３は、第１の光分岐部１０４−１で分岐された光信号１１０の位相と励起光１１１の位相が同期するように、励起光１１１の位相を制御する。加えて、励起光位相制御部１０３は第２の光分岐部１０４−２で分岐された出力光信号１１２の一部を狭帯域の光検出器で検波し、出力光信号１１２の増幅利得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、上記の原理に基づいてＳ／Ｎ比の劣化のない光増幅が実現される。
【０００９】
なお、励起光位相制御部１０３は、励起光源１０２の出力側で励起光１１１の位相を制御する構成の他に、励起光源１０２の位相を直接制御する構成としてもよい。また光信号１１０を発生する光源が位相感応光増幅部１０１の近くに配置されている場合は、光信号用光源の一部を分岐して励起光として用いることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−１８２１４０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０９８９１１号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】T. Umeki, O. Tadanaga, A. Takada and M. Asobe, "Phase sensitive degenerate parametric amplification using directly-bonded PPLN ridge waveguides," Optics Express, 2011年, Vol.19, No.7, p.6326-6332
【非特許文献２】M. Asobe, T. Umeki, H. Takenouchi, and Y. Miyamoto, "In-line phase-sensitive amplifier for QPSK signal using multiple QPM LiNbO3 waveguide," In Proceedings of the OptoElectronics and Communications Conference, OECC, 2013年, PDP paper PD2-3
【非特許文献３】T. Umeki, O. Tadanaga, M.Asobe, Y. Miyamoto and H. Takenouchi., "First demonstration of high-order QAM signal amplification in PPLN-based phase sensitive amplifier," Optics Express, 2014年2月, Vol.22, No.3, p.2473-2482
【非特許文献４】Takeshi Umeki, Masaki Asobe, and Hirokazu Takenouchi, "In-line phase sensitive amplifier based on PPLN waveguides," Optics Express, 2013年5月, Vol.21, No.10, p.12077-12084
【非特許文献５】R. Slavik et al., "All-optical phase and amplitude regenerator for next-generation telecommunications systems," Nature Photonics., vol. 4, pp. 690-695 (2010).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した従来技術では以下に述べるような問題点がある。上述の光パラメトリック増幅を行う非線形光学媒質としては、周期分極反転ＬｉＮｂＯ3（ＰＰＬＮ）導波路に代表される二次非線形光学材料を用いる方法と、石英ガラスファイバに代表される三次非線形光学材料を用いる方法がある。
【００１３】
図５は、非特許文献１等に開示されているＰＰＬＮ導波路を用いた従来のＰＳＡの構成を例示する。図５に示されるＰＳＡ２００は、エルビウム添加ファイバレーザ増幅器（ＥＤＦＡ）２０１と、第１の二次非線形光学素子２０２及び第２の二次非線形光学素子２０４と、第１の光分岐部２０３−１及び第２の光分岐部２０３−２と、位相変調器２０５と、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)による光ファイバ伸長器２０６と、偏波保持ファイバ２０７と、光検出器２０８と、位相同期ループ（ＰＬＬ）回路２０９とを備える。
【００１４】
第１の二次非線形光学素子２０２は、第１の空間光学系２１１と、第１のＰＰＬＮ導波路２１２と、第２の空間光学系２１３と、第１のダイクロイックミラー２１４とを備える。第２の二次非線形光学素子２０４は、第３の空間光学系２１５と、第２のＰＰＬＮ導波路２１６と、第４の空間光学系２１７と、第２のダイクロイックミラー２１８と、第３のダイクロイックミラー２１９とを備える。
【００１５】
第１の空間光学系２１１は、第１の二次非線形素子２０２の入力ポートから入力された光を第１のＰＰＬＮ導波路２１２に結合する。第２の空間光学系２１３は、第１のＰＰＬＮ導波路２１２から出力された光を第１のダイクロイックミラー２１４を介して第１の二次非線形光学素子２０２の出力ポートに結合する。
第３の空間光学系２１５は、第２の二次非線形光学素子２０４の入力ポートから入力された光を第２のダイクロイックミラー２１８を介して第２のＰＰＬＮ導波路２１６に結合する。第４の空間光学系２１７は、第２のＰＰＬＮ導波路２１６から出力された光を第３のダイクロイックミラー２１９を介して第２の二次非線形光学素子２０４の出力ポートに結合する。
【００１６】
図５に示される例では、ＰＳＡ２００に入射した光信号２５０は、第１の光分岐部２０３−１によって分岐されて、一方は第２の二次非線形光学素子２０４に入射し、他方は励起基本波光２５１として位相変調器２０５及び光ファイバ伸長器２０６を介して位相制御されてＥＤＦＡ２０１に入射する。光通信に用いられる微弱なレーザ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ＥＤＦＡ２０１は、入射した励起基本波光２５１を増幅し、第１の二次非線形光学素子２０２に入射する。第１の二次非線形光学素子２０２では、入射した励起基本波光２５１から第２高調波（以下、「ＳＨ光」と称する）２５２が発生し、当該発生したＳＨ光２５２は偏波保持ファイバ２０７を介して第２の二次非線形光学素子２０４に入射する。第２の二次非線形光学素子２０４では、入射した光信号２５０とＳＨ光２５２とで縮退パラメトリック増幅を行うことで位相感応増幅を行い、出力光信号２５３を出力する。
【００１７】
ＰＳＡ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、上述のように光信号と励起光の位相が一致、もしくは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、ＳＨ光に相当する波長である励起光の位相φ2ωsと、光信号の位相φωsとが以下の（式１）の関係を満たすことが必要となる。ここで、ｎは整数とする。
Δφ＝１／２（φ2ωs−φωs）＝ｎπ      （式１）
図６は、従来の二次非線形光学効果を利用したＰＳＡにおける、入力光信号と励起光との間の位相差Δφと、利得（ｄＢ）との関係を示すグラフである。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。
【００１８】
図５に示した構成においては、光信号２５０と励起基本波光２５１とを位相同期させるために、位相変調器２０５を用いて微弱なパイロット信号により位相変調を励起基本波光２５１に施した後、出力光信号２５３の一部を分岐して光検出器２０８で検波する。このパイロット信号成分は、図６に示される位相差Δφが最小の位相同期が取れている状態で最小となるので、パイロット信号が最小、つまり増幅出力信号が最大となるようにＰＬＬ回路２０９を用いて、光ファイバ伸長器２０６にフィードバックを行う。励起基本波光２５１の位相を制御して、光信号２５０と励起基本波光２５１の位相同期を達成することができる。
【００１９】
上記のＰＰＬＮ導波路を非線形媒質として用い、光信号２５０とＳＨ光２５２を第２の二次非線形光学素子２０４に入射して縮退パラメトリック増幅を行う構成においては、一旦ＳＨ光２５２を発生してからパラメトリック増幅を行う際に、例えばダイクロイックミラー２１４及びダイクロイックミラー２１８の特性を用いて励起基本波光２５１の成分を取り除くことにより、ＳＨ光２５２と光信号２５０のみを第２の二次非線形光学素子２０４のようなパラメトリック増幅媒質に入射することができる。そのため、ＥＤＦＡ２０１の発生する自然放出光の混入による雑音が防げるので、低雑音な光増幅が可能になる。
【００２０】
上述のようにＰＰＬＮ導波路を非線形光学媒質として用い、ＳＨ光２５２を用いて非線形媒質を励起する構成とすることで、ＥＤＦＡ２０１が発生する雑音の影響を受けることなく低雑音な位相感応増幅を行うことができ、また直交位相成分を減衰させる特性を活かして、位相雑音を低減させることができる。
【００２１】
図６に示すように、上述した従来の構成法では、直交する位相成分を減衰させる特性を有しているため、通常の強度変調信号や二値の位相変調を用いるＩＭＤＤ、ＢＰＳＫまたはＤＰＳＫ等の変調信号の増幅に用いることができる。しかし、さらに多値の変調フォーマットであるＱＰＳＫ（４値）や８ＰＳＫやＱＡＭ等の信号は増幅することができない。
一方、非特許文献２及び非特許文献３等に開示されているように非縮退のパラメトリック増幅に基づく構成を用いることで、ＱＰＳＫやＱＡＭ等の多値の位相変調信号を位相感応増幅し、位相再生増幅が可能な構成をとりうることが知られている。
【００２２】
ここで、光増幅器を光中継増幅器として用いた光中継伝送システムについて考える。図７に一般的な位相不感応型のレーザ増幅器であるＥＤＦＡを用いた光中継伝送システムの構成例を示す。
【００２３】
図７に示す光中継伝送システム３００は、光伝送路である光ファイバ３１０（３１１〜３１７）の複数箇所に、複数（本例では６個）の光中継増幅器であるＥＤＦＡ３２０（３２１〜３２６）を備えて構成されている。
更に詳述すると、光送信器ＴＸの出力端と初段のＥＤＦＡ３２１の入力端とが光ファイバ３１１により接続され、初段のＥＤＦＡ３２１の出力端と２段目のＥＤＦＡ３２２の入力端が光ファイバ３１２により接続され、２段目のＥＤＦＡ３２２の出力端と３段目のＥＤＦＡ３２３の入力端が光ファイバ３１３により接続され、３段目のＥＤＦＡ３２３の出力端と４段目のＥＤＦＡ３２４の入力端が光ファイバ３１４により接続され、４段目のＥＤＦＡ３２４の出力端と５段目のＥＤＦＡ３２５の入力端が光ファイバ３１５により接続され、５段目のＥＤＦＡ３２５の出力端と６段目のＥＤＦＡ３２６の入力端が光ファイバ３１６により接続され、最終段のＥＤＦＡ３２６の出力端と光受信器ＲＸの入力端が光ファイバ３１７により接続されている。
ちなみに、「初段」とは光送信器ＴＸに接続されている光中継増幅器（ＥＤＦＡ）を示すために用い、「最終段」とは光受信器ＲＸに接続されている光中継増幅器（ＥＤＦＡ）を示すために用いる。
【００２４】
この光中継伝送システム３００は、光送信器ＴＸから出力された光信号を光ファイバ３１０により伝送して光受信器ＲＸに送ると共に、光ファイバ３１０の途中の複数箇所に備えたＥＤＦＡ３２０（３２１〜３２６）により光信号を増幅している。
つまり、光送信器ＴＸから送られた光信号は、光ファイバ３１０中の伝搬損失によって光強度が減衰するため、一定の距離ごとに光中継増幅器としてのＥＤＦＡ３２０（３２１〜３２６）を配置し、減衰した光信号の振幅をＥＤＦＡ３２０（３２１〜３２６）で回復させながら、光受信器ＲＸまで伝送する。
【００２５】
この中継増幅の際、前述の通り、レーザ増幅器においては、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ので、増幅のたびに、光信号のＳ／Ｎ比が増幅の前後で少なくとも３ｄＢ低下するため、伝送符号誤り率が上昇し、伝送品質が低下する。例えば一度光信号を電気信号に変換する再生中継を行わず、光増幅器のみで６回の線形中継を行って伝送させると、光信号のＳ／Ｎ比は少なくとも３ｄＢ×６＝１８ｄＢ劣化してしまう。
【００２６】
図７の光中継増幅器（ＥＤＦＡ）を非縮退型位相感応増幅器に置き換えることで、原理的にはＳ／Ｎ比劣化のない光中継伝送が可能であるが、位相感応増幅器は励起光制御機構を設ける必要があることから増幅器の構成が複雑でＥＤＦＡに比べて高価になる。更に、パラメトリック増幅を実現するための励起光生成自身にＥＤＦＡが必要になることから光中継増幅器の低消費電力化が難しい。このようなことから、光増幅器を多数用いる光中継伝送システムの光中継増幅器を全て非縮退型位相感応増幅器で構成することは、価格や消費電力面で現実的では無い。
【００２７】
本発明の目的は、上記のような従来技術の問題を鑑みて、低雑音での中継増幅が可能な、しかも構成が簡単で消費電力の低減ができる安価な、光中継伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決する本発明は、
光伝送路である光ファイバの複数箇所に光中継増幅器を備えた光中継伝送システムにおいて、
初段の前記光中継増幅器を位相不感応光増幅器とした状態で、初段から最終段までの前記光中継増幅器として、位相不感応光増幅器と位相感応光増幅器を交互に配置したことを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、
前記位相不感応光増幅器と前記位相感応光増幅器を合わせた配置数は、偶数個であることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、
初段の前記位相不感応光増幅器の前段に、更に別の位相感応光増幅器を備えること、
または、
最終段の前記位相感応光増幅器の後段に、更に別の位相不感応光増幅器を備えることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、
前記位相感応光増幅器は、非縮退型位相感応光増幅器であることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、
前記位相感応光増幅器における光パラメトリック増幅媒体が、周期分極反転構造を有するＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）又はＫＴｉＯＰＯ4、或いはそれらにＭｇ、Ｚｎ、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材料からなる光導波路を用いていることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、
前記位相不感応光増幅器が、ＥＤＦＡ、ラマン増幅器または半導体光増幅器のいずれか一つであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、位相不感応光増幅器（レーザ増幅器）と位相感応増幅器を交互に配置して光中継伝送システムを構成することで、中継段数が増加しても、光信号のＳ／Ｎ比の原理的劣化をもたらすことなく、高品質で光信号を中継させることが可能になる。
また、光中継増幅器を全て位相感応増幅器とした光中継伝送システムに対して、伝送特性を同等としつつ、構造が簡単になり、消費電力を低減でき、価格は安価となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１に係る光中継伝送システムを示す構成図である。
【図２】１６ＱＡＭ信号を非縮退型位相感応光増幅器で増幅した増幅前後のコンスタレーションの一例を示す特性図である。
【図３】図７の光中継システムのＳ／Ｎ比、図７の光中継システムにおいてＥＤＦＡを全て位相感応増幅器で置き換えた光中継伝送システムのＳ／Ｎ比、本実施例での光中継伝送システムにおける理想的なＳ／Ｎ比の推移を比較して示す特性図である。
【図４】従来の位相感応光増幅器を示す構成図である。
【図５】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を示す構成図である。
【図６】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、入力光信号と励起光間との位相差Δφと利得との関係を示すグラフである。
【図７】ＥＤＦＡを中継増幅器として用いた光中継伝送システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照しながら本発明の各実施例について詳細に説明する。
【００３７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る光中継伝送システム１０００を示す。この光中継伝送システム１０００では、光伝送路である光ファイバ１０１０の複数箇所に備える光中継増幅器として、位相不感応光増幅器であるＥＤＦＡ１０２１，１０２２，１０２３と、非縮退のパラメトリック増幅に基づく構成を用いた位相感応光増幅器である非縮退型位相感応光増幅器１０３１，１０３２，１０３３を用いている。ＥＤＦＡ１０２１，１０２２，１０２３と非縮退型位相感応光増幅器１０３１，１０３２，１０３３を合わせた光中継増幅器の数は、偶数個（本例では６個）である。
しかも初段の光中継増幅器をＥＤＦＡ１０２１として、初段から最終段までの光中継増幅器として、ＥＤＦＡ１０２１，１０２２，１０２３と非縮退型位相感応光増幅器１０３１，１０３２，１０３３を交互に配置している。このため、初段の光中継増幅器はＥＤＦＡ１０２１になり、最終段の光中継増幅器は非縮退型位相感応光増幅器１０３３になる。
【００３８】
更に詳述すると、光送信器ＴＸの出力端と初段のＥＤＦＡ１０２１の入力端とが光ファイバ１０１１により接続され、初段のＥＤＦＡ１０２１の出力端と２段目の非縮退型位相感応光増幅器１０３１の入力端が光ファイバ１０１２により接続され、２段目の非縮退型位相感応光増幅器１０３１の出力端と３段目のＥＤＦＡ１０２２の入力端が光ファイバ１０１３により接続され、３段目のＥＤＦＡ１０２２の出力端と４段目の非縮退型位相感応光増幅器１０３２の入力端が光ファイバ１０１４により接続され、４段目の非縮退型位相感応光増幅器１０３２の出力端と５段目のＥＤＦＡ１０２３の入力端が光ファイバ１０１５により接続され、５段目のＥＤＦＡ１０２３の出力端と６段目の非縮退型位相感応光増幅器１０３３の入力端が光ファイバ１０１６により接続され、最終段の非縮退型位相感応光増幅器１０３３の出力端と光受信器ＲＸの入力端が光ファイバ１０１７により接続されている。
ちなみに、「初段」とは光送信器ＴＸに接続されている光中継増幅器を示すために用い、「最終段」とは光受信器ＲＸに接続されている光中継増幅器を示すために用いる。
【００３９】
本実施例では、非縮退型位相感応光増幅器１０３１，１０３２，１０３３として、図５に示したＰＰＬＮをパラメトリック増幅媒質とした位相感応光増幅器を構成したが、ＬＮ以外の２次非線形媒質を用いても良く、また高非線形ファイバ等の３次非線形媒質を用いたパラメトリック増幅媒質として用いても良い。
【００４０】
ここで、本実施例における非縮退型位相感応光増幅器で用いたＰＰＬＮ導波路の作製方法を以下に例示する。まず、Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ3上に周期が約１７μｍの周期的な電極を形成した。次に、電界印加法により上記の電極パターンに応じた分極反転グレーティングをＺｎ：ＬｉＮｂＯ3中に形成した。次に、この周期分極反転構造を有するＺｎ：ＬｉＮｂＯ3基板をクラッドとなるＬｉＴａＯ3上に直接接合を行い、５００℃で熱処理を行うことにより両基板を強固に接合した。次に、コア層を研磨により５μｍ程度まで薄膜化し、ドライエッチングプロセスを用いてリッジ型の光導波路を形成した。この導波路はペルチェ素子により温調が可能であり、導波路の長さは、５０ｍｍとした。このようにして形成されたＰＰＬＮ導波路を有する二次非線形光学素子は、１．５μｍ帯の偏波保持ファイバで光の入出力が可能なモジュールとした。
【００４１】
ここで、本実施例では、Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ3を用いたが、それ以外の非線形材料である、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）若しくはＫＴｉＯＰＯ4、又はそれらにＭｇ、Ｚｎ、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材料を用いてもよい。
【００４２】
ところで、非縮退型位相感応光増幅による光増幅を行えば、特許文献１（特開２０１３-１８２１４０号公報）、もしくは特許文献２（国際公開第２０１２／０９８９１１号）に開示されているとおり、ランダムな位相を持つ（励起光と同相の成分と直交位相成分を同等に含んでいる）ＡＳＥ光の利得は、位相相関のある光信号の利得の半分になるので、結果的に信号のＳ／Ｎ比を３dB改善できることが知られている。しかしながら、一度位相感応光増幅器で増幅されたＡＳＥ光は、光信号と同様に、励起光と位相相関を持ってしまうため、非縮退型位相感応光増幅器を光中継増幅器として連続して接続させても、連続させた中継スパンの初段の光増幅器でしか、ＡＳＥ光の利得と光信号の利得差によるＳ／Ｎ比の改善効果は期待できない。
【００４３】
しかしながら、図１のように位相不感応光増幅器（ＥＤＦＡ）１０２１，１０２２，１０２３と非縮退型位相感応光増幅器１０３１，１０３２，１０３３を交互に配置することで、非縮退型位相感応光増幅器によって励起光と位相相関を持ってしまったＡＳＥ光を、次段で位相不感応光増幅器によって増幅することで再びランダムな位相を持つＡＳＥになるため、次々段の非縮退型位相感応光増幅器で再びＡＳＥ光の利得と光信号の利得差によるＳＮ改善効果が期待できる。
【００４４】
図２に１６ＱＡＭ信号を非縮退型位相感応光増幅器によって増幅する前後のコンスタレーションを示す。すなわち、図２（ａ）は入力光信号のコンスタレーション、図２（ｂ）は位相感応光増幅器での出力光のコンスタレーションを示す。図２からわかるように非縮退型位相感応光増幅器によって、光信号のＳ／Ｎ比が改善していることがわかる。
【００４５】
図３に、
（１）  図７の光中継伝送システムでの理想的なＳ／Ｎ比の推移、
（２）  図７の光中継伝送システムにおいてＥＤＦＡを全て非縮退型位相感応光増幅器で置き換えた光中継伝送システムでの理想的なＳ／Ｎ比の推移、
（３）  本実施例での光中継伝送システムでの理想的なＳ／Ｎ比の推移を比較する。
図３からわかるとおり、本発明の光増幅器配置を用いることで、ＥＤＦＡで一度劣化したＳ／Ｎ比を非縮退型位相感応光増幅器で回復させながら伝送させることが可能となり、結果的に光受信器に到達した際の理想的なＳ／Ｎ比は、非縮退型位相感応光増幅器のみで構成した光中継伝送システムのＳ／Ｎ比と同じになる。
【００４６】
実際に、ＮＦ５ｄＢの非縮退型位相不感応光増幅器を６台接続した光中継伝送システムと、ＮＦ５ｄＢの３台の位相不感応光増幅器とＮＦ２ｄＢの３台の非縮退型位相感応光増幅器を交互に接続した光中継伝送システムの光受信器でのＳ／Ｎ比の差を比較した結果１８ｄＢであり、本発明の有効性を確認できた。
【００４７】
本実施例で示した通り、位相不感応光増幅器と非縮退型位相感応光増幅器を交互に配置することで、理想的にはＳ／Ｎ比を劣化させることなく、かつ光中継増幅器を全て非縮退型位相感応増幅器で構成した光中継伝送システムと比較して低価格で低消費電力で、多段の中継増幅を実現することができる。
【００４８】
（他の実施例）
実施例１では、ＥＤＦＡ３台、非縮退型位相感応光増幅器３台で構成した光中継伝送システムを例にとったが、それぞれの設置台数は３台に限るものではない。つまり、ＥＤＦＡの設置台数と非縮退型位相感応光増幅器の設置台数を同数にすると共に、ＥＤＦＡを初段増幅器として交互に接続した系であれば、設置台数が３台に限らず、同様の効果が期待できる。
【００４９】
また非縮退型位相感応光増幅器の数をＥＤＦＡの数よりも一台多くして、初段の増幅器を非縮退型位相感応光増幅器とした場合でも同様の効果が得られる。
逆に、ＥＤＦＡの数が非縮退型位相感光応増幅器の数よりも一台多い場合は、初段の光増幅器をＥＤＦＡとして、交互に接続すると最終段の光増幅器がＥＤＦＡになるが、この場合、上記２つの形態よりも理想的なＳ／Ｎ比は３ｄＢに劣化するが、中継段数Ｎが３段以上になるとＥＤＦＡのみの場合の光中継伝送システムでは光受信器におけるＳ／Ｎ比は(３Ｎ)ｄＢとなるので、システム全体として３(Ｎ−１)ｄＢの利得改善効果が期待できる。
【００５０】
上記実施例では非縮退型位相感応光増幅器を採用したが、通常の強度変調信号や二値の位相変調を用いるＩＭＤＤ、ＢＰＳＫまたはＤＰＳＫ等の変調信号の伝送を行う場合には、位相感応光増幅器を採用してもよい。
また位相不感応光増幅器としては、ＥＤＦＡのみならず、ラマン増幅器または半導体光増幅器を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は光中継伝送システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０００  光中継伝送システム
１０１０，１０１１〜１０１７  光ファイバ
１０２１，１０２２，１０２３  ＥＤＦＡ（位相不感応光増幅器）
１０３１，１０３２，１０３３  非縮退型位相感応光増幅器
【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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