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JP2008270399A - Optical signal amplification 3-terminal device - Google Patents

Optical signal amplification 3-terminal device Download PDF

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JP2008270399A
JP2008270399A JP2007109041A JP2007109041A JP2008270399A JP 2008270399 A JP2008270399 A JP 2008270399A JP 2007109041 A JP2007109041 A JP 2007109041A JP 2007109041 A JP2007109041 A JP 2007109041A JP 2008270399 A JP2008270399 A JP 2008270399A
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optical
signal
optical signal
amplification
output
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Application number
JP2007109041A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshinobu Maeda
佳伸 前田
Hideki Nakayama
秀樹 中山
Hidekuni Miwata
英邦 三輪田
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Toyota Gauken
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Toyota Gauken
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Abstract

【課題】電気入力信号から光信号に変換し、ノイズの少ない光出力信号に増幅することができる、負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置を提供する。
【解決手段】電気入力信号SE1から変換された第1波長λ1の光入力信号SP1とその電気入力信号SE1が反転させられた反転電気入力信号SE2から変換された第2波長λ2の反転光入力信号SP2とが光カプラ16に合波されて光信号増幅素子18へ入力させられ、その光信号増幅素子18から出力された光信号から選択された第1波長λ1の光出力信号SP3が電気信号に変換されて電気出力信号SE3として出力される。上記光信号増幅素子18から出力された光出力信号およびそれから変換された電気出力信号SE3は、その基線レベルが低くて、変調度、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い信号である。
【選択図】図1
An optical signal amplification three-terminal device using a negative feedback optical amplification effect capable of converting an electrical input signal into an optical signal and amplifying the optical output signal with less noise.
An optical input signal SP1 having a first wavelength λ1 converted from an electric input signal SE1 and an inverted optical input signal having a second wavelength λ2 converted from an inverted electric input signal SE2 obtained by inverting the electric input signal SE1. SP2 is combined with the optical coupler 16 and input to the optical signal amplifying element 18, and the optical output signal SP3 of the first wavelength λ1 selected from the optical signals output from the optical signal amplifying element 18 is converted into an electric signal. It is converted and output as an electrical output signal SE3. The optical output signal output from the optical signal amplifying element 18 and the electrical output signal SE3 converted from the optical output signal 18 have a low baseline level, a sufficiently high degree of modulation, S / N ratio, and input / output amplitude amplification ratio. The signal is sufficiently low.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電気信号を光信号に変換して増幅し伝達する場合にその光信号を低歪みおよび低ノイズ化することができる負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置に関するものである。   The present invention relates to an optical signal amplification three-terminal device utilizing a negative feedback optical amplification effect capable of reducing distortion and noise when an electrical signal is converted into an optical signal for amplification and transmission. is there.

電気信号を光信号に変換して増幅・伝達する技術分野においては、半導体レーザや発光ダイオード等の電/光変換素子の変換特性に基づいて、変換された光信号が電気信号に対して非常に歪むことが知られている。特にパルス的な電気信号を半導体レーザに入力した場合、出力される光信号のパルスの立ち上がり時に光信号強度が急激に増加してヒゲのようにオーバシュートした光信号波形が得られる。一般的には、これらの光信号波形を光増幅器で増幅した場合、その歪みが増幅して伝達され、光学的にその歪みを低減する技術は得られていない。   In the technical field where electric signals are converted into optical signals for amplification and transmission, the converted optical signals are very different from electric signals based on the conversion characteristics of electric / optical conversion elements such as semiconductor lasers and light emitting diodes. It is known to distort. In particular, when a pulsed electric signal is input to the semiconductor laser, the optical signal intensity rapidly increases at the rise of the pulse of the output optical signal, and an optical signal waveform overshooting like a beard is obtained. Generally, when these optical signal waveforms are amplified by an optical amplifier, the distortion is amplified and transmitted, and a technique for optically reducing the distortion has not been obtained.

一方で、本発明者の前田は、半導体光増幅器(SOA)の相互利得変調現象を利用して、所定波長λ1の入力光信号に対して半導体光増幅器を透過後の周囲光( λ1を中心とするλ1以外の波長)を入力側に帰還させることにより入力光信号を低歪みに増幅可能であることを示し、負帰還光増幅効果( Negative feedback optical amplification effect) と名づけた( 非特許文献1)。本効果は、周囲光がXGM( 相互利得変調) によって入力光信号に対して強度反転を示すことから、この周囲光をフィードバックさせることにより半導体光増幅器の利得を入力光信号に応じて変調して負帰還光増幅効果が得られるものである。また、特許文献1に示されるように、本効果を利用した光増幅器をエフェクターに応用することも提案されている。
「Negative feedback optical amplification effect based on cross-gain modulation in semiconductor optical amplifiers 」(Applied Physics Letters, Volume 88, published 8 March 2006) 特開2006−332344号公報 特開平8−125605号公報
On the other hand, Maeda of the present inventor uses the mutual gain modulation phenomenon of the semiconductor optical amplifier (SOA), and the ambient light after passing through the semiconductor optical amplifier with respect to the input optical signal of the predetermined wavelength λ1 (centered on λ1). It is shown that the input optical signal can be amplified with low distortion by feeding back the wavelength other than λ1 to the input side, and named negative feedback optical amplification effect (Non-patent Document 1) . This effect is that the ambient light exhibits intensity inversion with respect to the input optical signal by XGM (mutual gain modulation), so that the gain of the semiconductor optical amplifier is modulated according to the input optical signal by feeding back this ambient light. A negative feedback light amplification effect can be obtained. In addition, as shown in Patent Document 1, it has been proposed to apply an optical amplifier using this effect to an effector.
"Negative feedback optical amplification effect based on cross-gain modulation in semiconductor optical amplifiers" (Applied Physics Letters, Volume 88, published 8 March 2006) JP 2006-332344 A JP-A-8-125605

ところで、上記従来の負帰還光増幅効果を利用した光増幅器においては、周囲光またはその周囲光を強めた光をフィードバックする方法が用いられている。このような方式は、光学的にシンプルで有用であるが、光信号を低歪み且つ低ノイズに増幅する作用を有するに過ぎず、電気信号を光信号に変換するときに電/光変換素子で生じる光信号の歪みまでは除去できない。このため、電気信号から光信号へ変換するときに発生する光信号の歪みを除去できないという不都合があった。   By the way, in the conventional optical amplifier using the negative feedback light amplification effect, a method of feeding back ambient light or light strengthening the ambient light is used. Such a system is optically simple and useful, but only has an effect of amplifying an optical signal with low distortion and low noise. When an electric signal is converted into an optical signal, an electric / optical conversion element is used. Even the distortion of the generated optical signal cannot be removed. For this reason, there has been a disadvantage that the distortion of the optical signal that occurs when the electrical signal is converted into the optical signal cannot be removed.

他方で、信号伝送中に発生する歪みのような信号波の波形劣化を低減する光変調を利用した装置が提案されている。たとえば、特許文献2に記載された光通信システムがそれである。この装置は、2値信号データに対応して強度変調された第1の信号光を生成する第1の光変調手段と、前記2値信号データを反転して反転2値信号を出力する反転手段と、第1の信号光の波長と異なる波長の光信号であって、前記反転2値信号に対応して強度変調された光信号である第2の信号光を生成する第2の光変調手段と、前記第1の信号光及び第2の信号光を合波してその合波信号光を光ファイバ伝送路に送出する光合波手段とを備える。このように構成された装置によれば、2値信号データに対応して強度変調された第1の信号光と同時に、その2値信号データの反転信号に対応して強度変調された第2の信号光を光ファイバ伝送路に送信し、第1の信号光の強度変化によるファイバの屈折率変化( 自己位相変調効果)が、第2の信号光の強度変化が第1の信号光にもたらす周波数変位で相殺され、光ファイバ伝送路を伝播する第1の信号光の波形劣化が解消される。   On the other hand, there has been proposed an apparatus using optical modulation that reduces waveform degradation of a signal wave such as distortion generated during signal transmission. For example, this is the optical communication system described in Patent Document 2. The apparatus includes a first light modulating unit that generates first signal light that is intensity-modulated in accordance with binary signal data, and an inverting unit that inverts the binary signal data and outputs an inverted binary signal. And second optical modulation means for generating a second signal light that is an optical signal having a wavelength different from the wavelength of the first signal light and is intensity-modulated in response to the inverted binary signal And optical multiplexing means for multiplexing the first signal light and the second signal light and sending the combined signal light to an optical fiber transmission line. According to the apparatus configured as described above, the first signal light intensity-modulated corresponding to the binary signal data and the second signal intensity-modulated corresponding to the inverted signal of the binary signal data at the same time. The frequency at which the signal light is transmitted to the optical fiber transmission line and the change in the refractive index of the fiber due to the change in the intensity of the first signal light (self-phase modulation effect) causes the change in the intensity of the second signal light to the first signal light Waveform deterioration of the first signal light that is canceled by the displacement and propagates through the optical fiber transmission line is eliminated.

しかし、上記特許文献2の光変調を利用した装置においては、信号光の強度に応じて光ファイバの屈折率が変化する性質を利用して、第1の信号光の強度変化によるファイバの屈折率変化( 自己位相変調効果)が、第2の信号光の強度変化が第1の信号光にもたらす周波数変位で相殺されるようにして、信号伝送中に発生する歪みのような信号波の劣化が改善されるものの、第1の信号光と第2の信号光との合波光信号光が伝送される光ファイバ伝送路が単なる光ファイバから構成されているため、信号光は増幅されない。また、出力される信号光のS/N比、振幅増幅、誤り率を十分に向上させることができなかった。   However, in the apparatus using the optical modulation of Patent Document 2, the refractive index of the fiber due to the change in the intensity of the first signal light is utilized by utilizing the property that the refractive index of the optical fiber changes according to the intensity of the signal light. The change (self-phase modulation effect) is canceled by the frequency displacement that the intensity change of the second signal light brings to the first signal light, so that the signal wave such as distortion generated during signal transmission is deteriorated. Although improved, the signal light is not amplified because the optical fiber transmission path through which the combined optical signal light of the first signal light and the second signal light is transmitted is composed of a simple optical fiber. Further, the S / N ratio, amplitude amplification, and error rate of the output signal light cannot be sufficiently improved.

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、電気入力信号からノイズの少ない光出力信号に増幅することができる、光信号増幅3端子装置を提供することにある。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical signal amplification three-terminal device capable of amplifying an electrical output signal to an optical output signal with less noise. It is in.

本発明者は、以上の事情を背景として、相互利得変調特性を備える光信号増幅素子を用いて光信号を増幅するに際して、所定波長の出力信号光とその所定波長の周囲波長の周囲光を含む出力光から、その所定波長の出力信号光を波長選択して出力させる一方で、その所定波長の出力信号光とは異なる波長で位相が反転している周囲光の一部或いは全部を負帰還させて光信号増幅素子に再入力させることにより、光信号のゲインや基線の安定化、或いはノイズの除去を図る研究を重ねるうち、光信号増幅素子へ再入力させる負帰還光に代えて、入力信号光を反転させた光をその光信号増幅素子へ入力させると、S/N比、出入力振幅増幅比が高く、且つ誤り率が十分に低い信号光が得られるという現象を見いだした。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。   In light of the above circumstances, the present inventor includes an output signal light having a predetermined wavelength and an ambient light having an ambient wavelength of the predetermined wavelength when an optical signal is amplified using an optical signal amplifying element having a mutual gain modulation characteristic. While selecting and outputting the output signal light of the predetermined wavelength from the output light, a part or all of the ambient light whose phase is inverted at a wavelength different from the output signal light of the predetermined wavelength is negatively fed back. As we continue to research to stabilize the gain and baseline of the optical signal or eliminate noise by re-inputting it to the optical signal amplifying element, instead of negative feedback light re-input to the optical signal amplifying element, the input signal It has been found that when inverted light is input to the optical signal amplifying element, signal light having a high S / N ratio and output / input amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate can be obtained. The present invention has been made based on such knowledge.

すなわち、請求項1に係る発明の要旨とするところは、電気入力信号を光信号に変換して増幅するための、負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置であって、(a) 前記電気入力信号を反転して出力する信号反転素子と、(b) 前記電気入力信号を第1波長の光入力信号に変換し、該信号反転素子から出力された反転電気入力信号を第1波長とは異なる第2波長の反転光入力信号に変換する電/光変換素子と、(c) 負帰還光増幅効果を有する光信号増幅素子と、(d) 前記電/光変換素子からそれぞれ出力された光入力信号および反転光入力信号を合波して該光信号増幅素子へ入力させる光カプラと、(e) 前記光信号増幅素子から出力された光のうち前記第1波長または第2波長の光信号を選択する波長選択素子とを、含むことにある。   That is, the gist of the invention according to claim 1 is an optical signal amplification three-terminal device using a negative feedback optical amplification effect for converting an electric input signal into an optical signal and amplifying it, wherein (a ) A signal inverting element that inverts and outputs the electrical input signal; and (b) converts the electrical input signal into an optical input signal having a first wavelength and outputs the inverted electrical input signal output from the signal inverting element to the first. An electric / optical conversion element for converting into an inverted optical input signal having a second wavelength different from the wavelength; (c) an optical signal amplification element having a negative feedback optical amplification effect; and (d) an output from the electric / optical conversion element. An optical coupler for combining the input optical signal and the inverted optical input signal to be input to the optical signal amplifying element; and (e) the first wavelength or the second wavelength of the light output from the optical signal amplifying element. And a wavelength selection element that selects the optical signal.

請求項1に係る発明の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置によれば、電気入力信号から変換された第1波長の光入力信号とその電気入力信号が反転させられた反転電気入力信号から変換された第2波長の反転光入力信号とが光カプラに合波されて光信号増幅素子へ入力させられ、その光信号増幅素子から出力された光信号から波長選択素子により選択された第1波長または第2波長の光信号が出力される。上記光信号増幅素子から出力された光信号は、その負帰還光増幅効果により基線レベルが低く、変調度、S/N比、出入力振幅増幅比が高く、且つ誤り率が十分に低い信号光であるので、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、且つ誤り率が十分に低い光出力信号が得られる。   According to the optical signal amplification three-terminal device using the negative feedback optical amplification effect of the invention according to claim 1, the optical input signal of the first wavelength converted from the electric input signal and the inversion in which the electric input signal is inverted The inverted optical input signal of the second wavelength converted from the electrical input signal is combined with the optical coupler and input to the optical signal amplification element, and is selected by the wavelength selection element from the optical signal output from the optical signal amplification element The optical signal having the first wavelength or the second wavelength is output. The optical signal output from the optical signal amplifying element has a low baseline level due to its negative feedback optical amplification effect, a high degree of modulation, an S / N ratio, an input / output amplitude amplification ratio, and a sufficiently low error rate. Therefore, an optical output signal having a sufficiently high S / N ratio and output / input amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate can be obtained.

ここで、好適には、前記光信号増幅素子から出力された光信号から波長選択素子により選択された第1波長または第2波長の光信号は、前記電気入力信号に対して、高い変調度を有している。このようにすれば、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い光出力信号が得られる。   Here, preferably, the optical signal of the first wavelength or the second wavelength selected by the wavelength selection element from the optical signal output from the optical signal amplification element has a high degree of modulation with respect to the electrical input signal. Have. In this way, an optical output signal having a sufficiently high S / N ratio and output / input amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate can be obtained.

また、好適には、前記光信号増幅素子は、希土類元素がドープされた光ファイバーから構成されている。このようにすれば、低パワーで信号増幅作動が可能であり、特に低周波数領域において、出入力振幅増幅比およびS/N比が高く且つ誤り率が低い電気出力信号が得られる。   Preferably, the optical signal amplifying element comprises an optical fiber doped with a rare earth element. In this way, a signal amplification operation can be performed with low power, and an electrical output signal with a high input / output amplitude amplification ratio and a high S / N ratio and a low error rate can be obtained particularly in a low frequency region.

また、好適には、前記光ファイバーは、エルビウムがドープされたものである。このようにすれば、光通信で用いられている1.5μm帯の波長の光信号に対して、出入力振幅増幅比およびS/N比が高く且つ誤り率が低い電気出力信号が得られる。   Preferably, the optical fiber is doped with erbium. In this way, an electrical output signal having a high input / output amplitude amplification ratio and an S / N ratio and a low error rate can be obtained with respect to an optical signal having a wavelength of 1.5 μm band used in optical communication.

また、好適には、前記光ファイバーの母材は、フッ化物から構成されたものである。このようにすれば、希土類元素のドープ量を多くして励起準位の電子のライフタイムを短縮することが可能となり、作動周波数帯域の上限値を20kHz程度に高くすることができる。また、歪み率を低減することができる。   Preferably, the optical fiber preform is made of a fluoride. By doing so, it is possible to increase the doping amount of the rare earth element to shorten the lifetime of the excited level electrons, and to increase the upper limit value of the operating frequency band to about 20 kHz. In addition, the distortion rate can be reduced.

また、好適には、前記光信号増幅素子は、pn接合から成る活性層を備えた半導体光信号増幅素子である。このようにすれば、半導体によって光増幅素子が容易に小型化或いは1チップ化できるとともに、その高い応答性に基づいてGHzオーダの高い周波数帯域においても、信号増幅が可能となる。   Preferably, the optical signal amplifying element is a semiconductor optical signal amplifying element having an active layer composed of a pn junction. In this way, the optical amplifying element can be easily downsized or made into one chip by a semiconductor, and signal amplification is possible even in a high frequency band of GHz order based on its high responsiveness.

また、好適には、前記半導体光信号増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、量子ドットのいずれかから構成されている。このようにすれば、半導体によって光信号増幅素子が容易に小型化されるとともに、上記量子井戸または量子ドットが用いられる場合は、光信号増幅素子の高速スイッチング性能が高められ、歪み超格子が用いられる場合は、波長依存性の小さい光信号増幅素子が得られる。   Preferably, the active layer of the semiconductor optical signal amplifying element is composed of any one of a quantum well, a strained superlattice, and a quantum dot. In this way, the optical signal amplifying element can be easily miniaturized by a semiconductor, and when the quantum well or quantum dot is used, the high-speed switching performance of the optical signal amplifying element is enhanced, and a strained superlattice is used. In this case, an optical signal amplifying element having a small wavelength dependency is obtained.

また、好適には、前記波長選択素子は、光アド・ドロップフィルタ、多層膜構造の光学フィルタ、グレーティングフィルタ、フォトニッククリスタルフィルタのいずれかから構成されている。このようにすれば、光信号増幅素子からの出力信号光から第1波長と第2波長が効率良く分離される。   Preferably, the wavelength selection element includes any one of an optical add / drop filter, an optical filter having a multilayer structure, a grating filter, and a photonic crystal filter. In this way, the first wavelength and the second wavelength are efficiently separated from the output signal light from the optical signal amplifying element.

また、好適には、前記光カプラは、光アドドロップ素子から構成されている。このようにすれば、光アド・ドロップ素子を用いることにより、光信号増幅素子へ入力される第1波長および第2波長の光信号が効率よく合波される。   Preferably, the optical coupler includes an optical add / drop element. In this way, by using the optical add / drop element, the optical signals of the first wavelength and the second wavelength input to the optical signal amplifying element are efficiently multiplexed.

また、好適には、前記電気入力信号は、音響をアナログ的に表すオーディオ入力信号である。このようにすれば、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い電気出力信号によってスピーカを駆動することができるので、高い音質が得られる。   Preferably, the electrical input signal is an audio input signal that represents sound in an analog manner. In this way, the speaker can be driven by an electrical output signal having a sufficiently high S / N ratio and an input / output amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate, so that high sound quality can be obtained.

また、好適には、前記電/光変換素子は、前記電気入力信号に応答して出力光が制御される半導体レーザまたは発光ダイオードである。このようにすれば、電気入力信号を容易に光信号に変換することができる。   Preferably, the electric / optical conversion element is a semiconductor laser or a light emitting diode whose output light is controlled in response to the electric input signal. In this way, the electric input signal can be easily converted into an optical signal.

また、好適には、前記負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置は、オーディオ用プリアンプまたはオーディオ用エフェクターとして用いられる。このようにすれば、ノイズがなく、奥行き感があり、余韻のある高品質の音響が得られる。   Preferably, the optical signal amplification three-terminal device using the negative feedback light amplification effect is used as an audio preamplifier or an audio effector. In this way, it is possible to obtain high-quality sound with no noise, a sense of depth, and a reverberation.

また、好適には、前記光信号素子は、2個以上の光信号増幅素子から構成されたものであってもよい。   Preferably, the optical signal element may be composed of two or more optical signal amplifying elements.

また、好適には、前記光信号増幅3端子装置は、前記波長選択素子により選択された光信号を電気信号に変換し、電気出力信号として出力する光/電変換素子を、さらに含む。このようにすれば、光/電変換素子から出力された電気出力信号は、前記電気入力信号に対して、高い変調度を有しているので、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い電気出力信号が得られる。   Preferably, the optical signal amplification three-terminal device further includes an optical / electric conversion element that converts the optical signal selected by the wavelength selection element into an electrical signal and outputs the electrical signal as an electrical output signal. By doing so, the electrical output signal output from the photoelectric conversion element has a high degree of modulation with respect to the electrical input signal, so that the S / N ratio and the output / input amplitude amplification ratio are sufficient. And an electrical output signal with a sufficiently low error rate.

また、前記光/電変換素子から出力された電気出力信号は、前記電気入力信号に対して、高い変調度を有している。このようにすれば、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い光出力信号が得られる。   In addition, the electrical output signal output from the photoelectric conversion element has a high degree of modulation with respect to the electrical input signal. In this way, an optical output signal having a sufficiently high S / N ratio and output / input amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate can be obtained.

また、好適には、前記光/電変換素子は、ホトトランジスタ素子、ホトダイオード素子、ソーラバッテリセル、光電セルなどのように、光信号をその信号に対応する強度を備えた電気信号に変換するものであればよい。   Preferably, the photoelectric conversion element converts an optical signal into an electrical signal having an intensity corresponding to the signal, such as a phototransistor element, a photodiode element, a solar battery cell, or a photoelectric cell. If it is.

以下、本発明の一実施例の、負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, an optical signal amplification three-terminal device 10 using a negative feedback optical amplification effect according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1において、光信号増幅3端子装置10は、たとえば音響をアナログ波形で表すオーディオ信号である電気入力信号SE1を受けてそれを光信号に変換して負帰還光増幅効果を利用して増幅し、電気出力信号SE3として出力するものである。光信号増幅3端子装置10は、たとえば反転増幅器として機能するオペアンプから構成され、上記電気入力信号SE1を反転させた反転電気入力信号SE2を出力する信号反転素子12と、たとえば出力波長が異なる2種類の半導体レーザダイオード或いはLEDから構成され、上記電気入力信号SE1を第1波長λ1の光入力信号SP1に変換するとともに、上記反転電気入力信号SE2を第1波長λ1とは異なる第2波長λ2の反転光入力信号SP2に変換する電/光変換素子14と、それら光入力信号SP1および反転光入力信号SP2を合波する光カプラ16と、その光カプラ16により合波された光入力信号SP1および反転光入力信号SP2を受け、負帰還光増幅効果に従って光増幅し、第1波長λ1の信号光とその第1波長λ1を中心とした相互利得変調可能な第2波長λ2を含む周波数帯であってその第1波長λ1を除く周波数帯の周囲光( 自然発生光)とを出力する光信号増幅素子18と、その光信号増幅素子18から出力された光のうち第1波長λ1の光信号を選択し、光出力信号SP3として出力する波長選択素子20と、たとえばホトトランジスタ素子、ホトダイオード素子、ソーラバッテリセル、光電セルなどから構成され、上記波長選択素子20から出力された光出力信号SP3を電気信号に変換し、電気出力信号SE3として出力する光/電変換素子22とを、備えている。上記反転光入力信号SP2の第2波長λ2は、上記周囲光の帯域内に設定されている。たとえば、光入力信号SP1の第1波長λ1が1550nm程度であるとすると、反転光入力信号SP2の第2波長λ2は1530乃至1545nm、或いは1555乃至1570nm程度である。   In FIG. 1, an optical signal amplification three-terminal device 10 receives, for example, an electrical input signal SE1, which is an audio signal representing an acoustic waveform as an analog signal, converts it into an optical signal, and amplifies it using a negative feedback optical amplification effect. Is output as an electrical output signal SE3. The optical signal amplification three-terminal device 10 is composed of, for example, an operational amplifier functioning as an inverting amplifier. The signal inverting element 12 that outputs an inverted electric input signal SE2 obtained by inverting the electric input signal SE1 is different in, for example, two types of output wavelengths. The semiconductor laser diode or LED is used to convert the electrical input signal SE1 into an optical input signal SP1 having a first wavelength λ1, and the inverted electrical input signal SE2 is inverted to a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1. An electro / optical conversion element 14 for converting to an optical input signal SP2, an optical coupler 16 for multiplexing the optical input signal SP1 and the inverted optical input signal SP2, and an optical input signal SP1 and inverted by the optical coupler 16 The optical input signal SP2 is received and optically amplified according to the negative feedback optical amplification effect, and the signal light having the first wavelength λ1 and the first wavelength λ1 are obtained. An optical signal amplifying element 18 for outputting ambient light (naturally generated light) in a frequency band including the second wavelength λ2 centered on the center and capable of mutual gain modulation and excluding the first wavelength λ1, and the optical signal A wavelength selecting element 20 that selects an optical signal having the first wavelength λ1 from the light output from the amplifying element 18 and outputs it as an optical output signal SP3, and a phototransistor element, a photodiode element, a solar battery cell, a photoelectric cell, etc. And an optical / electrical conversion element 22 that converts the optical output signal SP3 output from the wavelength selection element 20 into an electrical signal and outputs the electrical signal as an electrical output signal SE3. The second wavelength λ2 of the inverted light input signal SP2 is set within the band of the ambient light. For example, if the first wavelength λ1 of the optical input signal SP1 is about 1550 nm, the second wavelength λ2 of the inverted optical input signal SP2 is about 1530 to 1545 nm, or about 1555 to 1570 nm.

上記光信号増幅素子18は、希土類元素たとえばエルビウムがドープされた光ファイバーや、pn接合から構成され、量子井戸、歪み超格子、或いは量子ドット構造の活性層を光導波路内に有するチップ状の半導体光増幅素子から構成される。上記光ファイバーは、SiO2 を母材としたシリケートガラスから構成されたものであれば、10kHz程度以下の周波数帯域で増幅器としての使用が可能となるが、フッ化物を母材としたガラスであれば、エルビウムのドープ量を多くすることができて応答性が高められ、20kHz程度まで増幅器として使用可能な周波数帯域が拡大される。 The optical signal amplifying element 18 is composed of an optical fiber doped with a rare earth element such as erbium, or a pn junction, and has a quantum well, a strained superlattice, or a quantum dot structure active layer in an optical waveguide. It is composed of an amplifying element. The optical fiber can be used as an amplifier in a frequency band of about 10 kHz or less as long as it is made of silicate glass using SiO 2 as a base material. The erbium doping amount can be increased, the response is improved, and the frequency band usable as an amplifier is expanded up to about 20 kHz.

上記光信号増幅素子18では、ドーパントにより構成された所定のエネルギ準位で決まる誘導放射可能な周波数の光、すなわち図2(a) に示す第1波長λ1の光入力信号SP1が入射されると、その光入力信号SP1が誘導放射により増幅されようとするが、周辺光の波長である図2(b) に示す第2波長λ2の反転光入力信号SP2の強度が大きくなるほど、その増幅率が低くなるという相互利得変調作用が働く。すなわち、反転光入力信号SP2は、光入力信号SP1の第1λ1の周囲光の波長帯内の第2波長λ2を備えたものであることから、光信号増幅素子18に入射させられると図2(c) に示すように第1波長λ1の光入力信号SP1に対するそのゲイン( 増幅率)を減少させるので、光入力信号SP1に対して負帰還光として機能する。図2(c) の実線はこの様子を示したものであり、点線は負帰還光( 反転光入力信号SP2) を入力させない場合であって、ゲインは一定である。また、この反転光入力信号SP2は、入力信号変換器12によって光入力信号SP1が反転させられたものであるため、その光入力信号SP1に対して同等の大きな振幅を有する反転光である。このため、図2(d) に示すように、第1波長λ1の光入力信号SP1と共に、それと位相が反転した第2波長λ2の反転光入力信号SP2が光信号増幅素子18に入射されると、その光信号増幅素子18の出力光から選択された第1波長λ1の光出力信号SP3は、安定化されるだけでなく、上記負帰還光として機能する反転光入力信号SP2は光入力信号SP1に対して同等の大きな振幅を有する反転光であるため、光信号増幅素子18から出力された光出力信号SP3は、その基線レベルが点線で示した負帰還光を入力させない場合に比較して低く、変調度M、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い信号光となる。したがって、その光出力信号SP3から光/電変換素子22により変換されることにより、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、且つ誤り率が十分に低い電気出力信号SE3が得られる。   In the optical signal amplifying element 18, when light having a frequency that can be induced and radiated determined by a predetermined energy level constituted by a dopant, that is, an optical input signal SP 1 having the first wavelength λ 1 shown in FIG. The optical input signal SP1 is about to be amplified by stimulated radiation, but the amplification factor increases as the intensity of the inverted optical input signal SP2 having the second wavelength λ2 shown in FIG. The mutual gain modulation effect of lowering works. That is, since the inverted optical input signal SP2 has the second wavelength λ2 within the wavelength band of the ambient light of the first λ1 of the optical input signal SP1, when it is incident on the optical signal amplifying element 18, FIG. c) Since the gain (amplification factor) of the optical input signal SP1 having the first wavelength λ1 is decreased as shown in FIG. 6B, the optical input signal SP1 functions as negative feedback light. The solid line in FIG. 2 (c) shows this state, and the dotted line is the case where negative feedback light (inverted light input signal SP2) is not input, and the gain is constant. Further, the inverted optical input signal SP2 is inverted light having the same large amplitude as the optical input signal SP1 because the optical input signal SP1 is inverted by the input signal converter 12. For this reason, as shown in FIG. 2 (d), when the optical input signal SP1 of the first wavelength λ1 and the inverted optical input signal SP2 of the second wavelength λ2 whose phase is inverted are incident on the optical signal amplifying element 18. The optical output signal SP3 having the first wavelength λ1 selected from the output light of the optical signal amplifying element 18 is not only stabilized, but also the inverted optical input signal SP2 functioning as the negative feedback light is the optical input signal SP1. Therefore, the optical output signal SP3 output from the optical signal amplifying element 18 is lower in the base line level than the case where the negative feedback light indicated by the dotted line is not input. , The modulation degree M, the S / N ratio, the input / output amplitude amplification ratio are sufficiently high, and the signal light has a sufficiently low error rate. Therefore, by converting the optical output signal SP3 by the optical / electrical conversion element 22, an electrical output signal SE3 having a sufficiently high S / N ratio and output / input amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate can be obtained. .

前記光カプラ16は、光アドドロップ素子から構成されて光入力信号SP1および反転光入力信号SP2を合波する。また、前記波長選択素子20は、光アド・ドロップフィルタ、多層膜構造の光学フィルタ、多層膜構造の反射板、グレーティングフィルタ、フォトニッククリスタルフィルタのいずれかから構成され、光増幅素子18から出力された光のうち第1波長λ1の光信号を選択して出力する。   The optical coupler 16 is composed of an optical add / drop element and multiplexes the optical input signal SP1 and the inverted optical input signal SP2. The wavelength selection element 20 includes any one of an optical add / drop filter, a multilayer optical filter, a multilayer reflective plate, a grating filter, and a photonic crystal filter, and is output from the optical amplification element 18. The optical signal having the first wavelength λ1 is selected and output from the received light.

以下、本発明者が行った実験結果を説明する。ここで、信号の最大電圧をVmax 、信号の最小電圧をVmin とすると、変調度Mとは、( Vmax −Vmin ) /( Vmax +Vmin ) として定義され、変調度比MRとは、( 電気出力信号SE3または光出力信号SP3の変調度M3/電気入力信号SE1または光入力信号SP1の変調度M1) として定義される。また、出力入力電圧比とは、( 電気出力信号SE3または光出力信号SP3の電圧/電気入力信号SE1または光入力信号SP1の電圧) すなわち増幅率として定義される。また、歪み率( %)とは、[ (高調波( 電圧) /基本波( 電圧) ] ×100として定義される。 Hereinafter, experimental results conducted by the present inventor will be described. Here, when the maximum voltage of the signal is V max and the minimum voltage of the signal is V min , the modulation degree M is defined as (V max −V min ) / (V max + V min ), and the modulation degree ratio MR is Is defined as (modulation degree M3 of electrical output signal SE3 or optical output signal SP3 / modulation degree M1 of electrical input signal SE1 or optical input signal SP1). The output input voltage ratio is defined as (voltage of electrical output signal SE3 or optical output signal SP3 / voltage of electrical input signal SE1 or optical input signal SP1), that is, amplification factor. The distortion rate (%) is defined as [(harmonic (voltage) / fundamental wave (voltage)] × 100.

図3乃至6は、数百ppm程度のエルビウムがドープされたシリカ( SiO2 ) ガラスから成る光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成し、電気入力信号SE1の周波数を変化させたときに得られる電気出力信号SE3の変調度比MR、出力入力電圧比、S/N比、ビット誤り率BERを、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合と比較して示している。これらの図3乃至6では、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合( SE2=5V)のデータポイントが◇印で示され、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合( SE2=0V)のデータポイントが□印で示されている。図3乃至6において示されているように、特に10kHz以下の低周波数領域すなわち可聴周波数領域において、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合は、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合に比較して、変調度比MR、出力入力電圧比、S/N比が大幅に高く、且つ、ビット誤り率BERが大幅に低くなる。たとえば、変調度比MRについては、図3に示すように、200Hz以下において反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合の変調度比MRに改善が見られ、信号の周波数が低くなるほど差が大きくなる。また、出力入力電圧比については、図4に示すように、2乃至3kHz以下において反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合の出入力電圧比の増加が見られ、特に800Hz以下において約5倍の増幅が見られる。また、S/N比については、図5に示すように、2乃至3kHz以下において反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合のS/N比の増加が見られる。また、ビット誤り率BERについては、図6に示すように、20kHz以下において反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合のビット誤り率BERの低下が見られ、電気入力信号SE1の周波数が低くなるほど差が大きくなる。反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合のビット誤り率BERは、低く、10-7以下であるのに対し、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合のビット誤り率BERは、電気入力信号SE1の周波数が低くなるほど増加する。 3 to 6 show an optical signal amplification three-terminal device 10 as shown in FIG. 1 using an optical signal amplification element 18 composed of an optical fiber made of silica (SiO 2 ) glass doped with several hundred ppm of erbium. The modulation degree ratio MR, output input voltage ratio, S / N ratio, and bit error rate BER of the electrical output signal SE3 obtained when the frequency of the electrical input signal SE1 is changed, and the inverted optical input signal SP2 are This is shown in comparison with the case where the optical signal amplifying element 18 is not input. 3 to 6, data points when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 (SE2 = 5V) are indicated by で, and the inverted optical input signal SP2 is converted to the optical signal amplifying element 18. Data points when not input to (SE2 = 0V) are indicated by □. As shown in FIGS. 3 to 6, when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 particularly in a low frequency region of 10 kHz or less, that is, an audible frequency region, the inverted optical input signal SP2 is transmitted as an optical signal. Compared with the case where the signal is not input to the signal amplifying element 18, the modulation ratio MR, the output input voltage ratio, and the S / N ratio are significantly high, and the bit error rate BER is significantly low. For example, with respect to the modulation factor ratio MR, as shown in FIG. 3, an improvement is seen in the modulation factor ratio MR when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 at 200 Hz or less, and the signal frequency is increased. The lower the difference, the greater the difference. As for the output / input voltage ratio, as shown in FIG. 4, an increase in the output / input voltage ratio is observed when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 at 2 to 3 kHz or less. In the following, about 5 times amplification is seen. As for the S / N ratio, as shown in FIG. 5, an increase in the S / N ratio is observed when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 at 2 to 3 kHz or less. As for the bit error rate BER, as shown in FIG. 6, when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 at 20 kHz or less, a decrease in the bit error rate BER is observed, and the electric input signal SE1 The difference increases with decreasing frequency. When the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18, the bit error rate BER is low and 10 −7 or less, whereas the inverted optical input signal SP2 is not input to the optical signal amplifying element 18 The bit error rate BER increases as the frequency of the electrical input signal SE1 decreases.

図7は、上記エルビウムがドープされたシリケート( SiO2 ) ガラスから成る光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成したときの、100Hzの電気入力信号SE1を入力させたときに得られる、光入力信号SP1、反転電気入力信号SE2、反転光入力信号SP2、および電気出力信号SE3( 光出力信号SP3)を時間軸上に示している。電/光変換素子14を構成するレーザダイオードの特性により電気入力信号SE1の波形が歪んだ光入力信号SP1が発生させられるが、図7から明らかなように、波形歪みの少ない光出力信号SP3すなわち電気出力信号SE3が得られている。 FIG. 7 shows a case where the optical signal amplification three-terminal device 10 is configured as shown in FIG. 1 by using the optical signal amplification element 18 composed of an optical fiber made of the erbium-doped silicate (SiO 2 ) glass. An optical input signal SP1, an inverted electrical input signal SE2, an inverted optical input signal SP2, and an electrical output signal SE3 (optical output signal SP3) obtained when a 100 Hz electrical input signal SE1 is input are shown on the time axis. Yes. Although the optical input signal SP1 in which the waveform of the electrical input signal SE1 is distorted is generated by the characteristics of the laser diode constituting the electro / optical conversion element 14, as is clear from FIG. 7, the optical output signal SP3 having a small waveform distortion, that is, An electrical output signal SE3 is obtained.

図8は、上記エルビウムがドープされたシリカ( SiO2 ) ガラスから成る光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成したとき、上記反転電気入力信号SE2( 反転光入力信号SP2)の大きさ( VP-P ) を変化させたときに得られる電気入力信号SE1の変調度M1と電気出力信号SE3の変調度M3との比である変調度比MR( =M3/M1)の変化を示している。これにより、反転電気入力信号SE2が3乃至5VP-P において安定した変調度比MRが得られるとともに、その反転電気入力信号SE2を用いて変調度比MRを制御可能であることがわかる。 FIG. 8 shows a case where the optical signal amplifying three-terminal device 10 is configured as shown in FIG. 1 using the optical signal amplifying element 18 composed of an optical fiber made of silica (SiO 2 ) glass doped with erbium. Modulation that is the ratio of the modulation degree M1 of the electrical input signal SE1 and the modulation degree M3 of the electrical output signal SE3 obtained when the magnitude (V PP ) of the inverted electrical input signal SE2 (inverted optical input signal SP2) is changed A change in the degree ratio MR (= M3 / M1) is shown. Thus, it can be seen that a stable modulation degree ratio MR can be obtained when the inverted electric input signal SE2 is 3 to 5 V PP , and the modulation degree ratio MR can be controlled using the inverted electric input signal SE2.

次に、ガラスの母材をフッ化物で構成することにより高濃度たとえば1000乃至3000ppm程度のエルビウムを含有させた光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成したときに得られる特性を、図9乃至図11を用いて説明する。   Next, as shown in FIG. 1, an optical signal amplifying element 18 composed of an optical fiber containing erbium with a high concentration, for example, about 1000 to 3000 ppm by constituting a glass base material with fluoride is used. Characteristics obtained when the three-terminal device 10 is configured will be described with reference to FIGS. 9 to 11.

図9および図10は、上記のフッ化物ガラスにより高濃度のエルビウムを含有させた光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成し、上記反転電気入力信号SE2( 反転光入力信号SP2)の大きさ( VP-P ) を0V、1V、5Vとしたときに、電気入力信号SE1の周波数を変化させたときに得られる出力入力電圧比およびS/N比を、それぞれ示している。図9において、出力入力電圧比を、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合すなわち反転電気入力信号SE2が0Vの場合と比較して示している。20kHz程度以下において反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合の出入力電圧比の増加が見られ、特に800Hz以下において反転電気入力信号SE2大きくするほど出力入力電圧比が大きくなり、反転電気入力信号SE2が5Vであるときには出力入力電圧比が約2倍の増幅が見られる。また、周波数20kHz以上においても効果が確認される。すなわち、シリケートガラスより高い周波数まで応答する。図10において、S/N比を、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合すなわち反転電気入力信号SE2が0Vの場合と比較して示している。2kHz程度以下において反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合のS/N比の増加が見られ、特に800Hz以下において反転電気入力信号SE2大きくするほどS/N比が大きくなる。 9 and 10 show an optical signal amplification three-terminal device 10 as shown in FIG. 1 using an optical signal amplification element 18 composed of an optical fiber containing a high concentration of erbium with the above fluoride glass. The output input voltage ratio obtained when the frequency of the electrical input signal SE1 is changed when the magnitude (V PP ) of the inverted electrical input signal SE2 (inverted optical input signal SP2) is 0V, 1V, and 5V. And S / N ratio are shown respectively. In FIG. 9, the output input voltage ratio is shown in comparison with the case where the inverted optical input signal SP2 is not input to the optical signal amplifying element 18, that is, the inverted electrical input signal SE2 is 0V. When the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 at about 20 kHz or less, an increase in the output / input voltage ratio is observed. In particular, the output input voltage ratio increases as the inverted electrical input signal SE2 increases at 800 Hz or less. When the inverted electrical input signal SE2 is 5V, amplification with an output input voltage ratio of about twice is observed. The effect is confirmed even at a frequency of 20 kHz or higher. That is, it responds to a higher frequency than silicate glass. In FIG. 10, the S / N ratio is shown in comparison with the case where the inverted optical input signal SP2 is not input to the optical signal amplifying element 18, that is, the inverted electrical input signal SE2 is 0V. An increase in the S / N ratio is observed when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 at about 2 kHz or less. In particular, the S / N ratio increases as the inverted electrical input signal SE2 increases at 800 Hz or less. .

図11は、上記のガラスの母材をフッ化物にすることにより高濃度のエルビウムを含有させた光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成した場合と、前記エルビウムがドープされたシリケートガラスから成る光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成した場合とにおいて、電気入力信号SE1の周波数を変化させたときに得られる歪み率( %)を示している。図11に示すように、10kHz以下の領域において周波数が低くなるほど歪み率が大きくなり、数百Hz以下の領域においてそれが飽和状態となるが、フッ化物ガラスに高濃度のエルビウムを含有させた光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いた場合( ▽印)の方が、シリケートガラスにエルビウムを含有させた光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いた場合( ◇印)よりも、歪み率が相対的に小さい。   FIG. 11 shows an optical signal amplifying three-terminal device as shown in FIG. 1 using an optical signal amplifying element 18 composed of an optical fiber containing a high concentration of erbium by making the glass base material a fluoride. 10 and when the optical signal amplification three-terminal device 10 is configured as shown in FIG. 1 using an optical signal amplification element 18 composed of an optical fiber made of silicate glass doped with erbium, The distortion rate (%) obtained when the frequency of the electric input signal SE1 is changed is shown. As shown in FIG. 11, the distortion rate increases as the frequency decreases in the region of 10 kHz or less, and becomes saturated in the region of several hundred Hz or less. However, the optical fiber in which fluoride glass contains a high concentration of erbium. When the optical signal amplifying element 18 composed of () is used, the optical signal amplifying element 18 composed of an optical fiber containing erbium in a silicate glass is used (). The distortion rate is relatively small.

次に、たとえば導波路内にpn接合から成るとともに量子井戸、歪み超格子、量子ドットのいずれかから構成されている活性層を有し、誘導放射を利用して光増幅を行う半導体から構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成した場合の特性について、図12乃至図14を用いて以下に説明する。   Next, for example, the waveguide has an active layer composed of a pn junction and a quantum well, strained superlattice, or quantum dot, and is composed of a semiconductor that performs optical amplification using stimulated radiation. Characteristics when the optical signal amplification three-terminal device 10 is configured as shown in FIG. 1 using the optical signal amplification element 18 will be described below with reference to FIGS. 12 to 14.

図12は、上記の半導体から構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成した場合の負帰還効果を、電気入力信号SE1の周波数を変化させたときに得られる出入力電圧比で示す特性図であって、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合( SE2=5V)のデータポイントが◇印で示され、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合( SE2=0V)のデータポイントが□印で示されている。図12に示されるように、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合は、入力させない場合に比較して、80kHz付近から10Hzまでの領域全般において、高い出入力電圧比が得られる。   12 shows the negative feedback effect when the optical signal amplifying three-terminal device 10 is configured as shown in FIG. 1 using the optical signal amplifying element 18 composed of the semiconductor described above, and the frequency of the electric input signal SE1 is changed. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the output / input voltage ratio obtained when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18 (SE2 = 5V), and the data points are indicated by ◇ and inverted. Data points when the optical input signal SP2 is not input to the optical signal amplifying element 18 (SE2 = 0V) are indicated by □. As shown in FIG. 12, when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18, a higher output / input voltage ratio is obtained in the entire region from about 80 kHz to 10 Hz as compared with the case where the inverted optical input signal SP2 is not input. can get.

図13は、上記の半導体から構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成した場合の負帰還効果を、電気入力信号SE1の周波数を変化させたときに得られるビット誤り率BERで示す特性図であって、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合のデータポイントが◇印で示され、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させない場合のデータポイントが□印で示されている。図13において示されるように、反転光入力信号SP2を光信号増幅素子18に入力させた場合は、入力させない場合に比較して、少なくとも25kHzから10Hzまでの領域全般において、ビット誤り率BERが低くなる。このビット誤り率BERの差は、電気入力信号SE1の周波数が低くなるほど差が大きくなる。   FIG. 13 shows the negative feedback effect when the optical signal amplifying three-terminal device 10 is configured as shown in FIG. 1 using the optical signal amplifying element 18 composed of the above semiconductor, and the frequency of the electric input signal SE1 is changed. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a bit error rate BER obtained when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18, and the data points are indicated by ◇, and the inverted optical input signal SP2 is Data points when they are not input to the optical signal amplifying element 18 are indicated by □. As shown in FIG. 13, when the inverted optical input signal SP2 is input to the optical signal amplifying element 18, the bit error rate BER is low in the entire region from at least 25 kHz to 10 Hz, compared to the case where it is not input. Become. The difference in the bit error rate BER increases as the frequency of the electrical input signal SE1 decreases.

図14は、上記の半導体から構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成した場合の出入力電圧比( ○印) を、他の場合と比較して示している。図14において、◇印および△印はエルビウムがドープされたシリケート( SiO2 ) ガラスから成る光ファイバーから構成された光信号増幅素子18を用いて図1に示すように光信号増幅3端子装置10を構成した場合のエルビウム濃度が高いファイバおよび低いファイバである場合の出入力電圧比をそれぞれ示している。数kHz以下の低い周波数領域では、上記各場合では1.2以上の出入力電圧比が安定して得られ、○印に示す出入力電圧比、◇印に示す出入力電圧比、△印に示す出入力電圧比の順に大きい値が得られる。しかし、数kHzよりも高い周波数領域では、△印に示す出入力電圧比が相対的に低い値となる。また、エルビウム濃度が高い方が高い周波数まで出入力電圧比が高い値となる。 FIG. 14 shows the output / input voltage ratio (marked with ○) when the optical signal amplification three-terminal device 10 is configured as shown in FIG. 1 using the optical signal amplification element 18 composed of the semiconductor described above. It shows in comparison with. In FIG. 14, ◇ and Δ marks indicate the optical signal amplification three-terminal device 10 as shown in FIG. 1 using an optical signal amplification element 18 composed of an optical fiber made of erbium-doped silicate (SiO 2 ) glass. The input / output voltage ratio in the case of a fiber having a high erbium concentration and a low fiber when configured is shown. In the low frequency range of several kHz or less, an input / output voltage ratio of 1.2 or more can be stably obtained in each of the above cases. The output / input voltage ratio indicated by ◯, the output / input voltage ratio indicated by ◇, Large values are obtained in the order of the input / output voltage ratios shown. However, in the frequency region higher than several kHz, the input / output voltage ratio indicated by Δ is a relatively low value. Also, the higher the erbium concentration, the higher the input / output voltage ratio up to a higher frequency.

以上のようにして構成された光信号増幅3端子装置10は、オーディオ用プリアンプ或いはオーディオ用エフェクターとして好適に用いられる。図15は、光信号増幅3端子装置10を、オーディオ回路に組み込んだ例を示している。図15において、MDプレーヤ、CDプレーヤ、受信器等の再生装置から構成される音源30と電力増幅器32との間に、光信号増幅3端子装置10がプリアンプとして介挿されている。音源30から出力されたオーディオ入力信号である電気入力信号SE1が光信号増幅3端子装置10に入力されると、前述の作動に従って、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、且つビット誤り率や波形歪みが十分に低い電気出力信号SE3が出力され、それが電力増幅器32において電力増幅された後、スピーカ34が駆動される。これにより、雑音がなく澄んだ音となり、奥行き感が広がり、響きの余韻が好適に現れる音出力が得られる。   The optical signal amplification three-terminal device 10 configured as described above is preferably used as an audio preamplifier or an audio effector. FIG. 15 shows an example in which the optical signal amplification three-terminal device 10 is incorporated in an audio circuit. In FIG. 15, an optical signal amplification three-terminal device 10 is inserted as a preamplifier between a sound source 30 constituted by a reproduction device such as an MD player, a CD player, a receiver, and the power amplifier 32. When the electrical input signal SE1 that is an audio input signal output from the sound source 30 is input to the optical signal amplification three-terminal device 10, the S / N ratio and the output / input amplitude amplification ratio are sufficiently high according to the above-described operation, and An electrical output signal SE3 having a sufficiently low bit error rate and waveform distortion is output, and after it is amplified by the power amplifier 32, the speaker 34 is driven. As a result, a clear sound without noise, a sense of depth spreads, and a sound output in which a reverberant reverberation suitably appears can be obtained.

上述のように、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、電気入力信号SE1から変換された第1波長λ1の光入力信号SP1とその電気入力信号SE1が反転させられた反転電気入力信号SE2から変換された第2波長λ2の反転光入力信号SP2とが光カプラ16に合波されて光信号増幅素子18へ入力させられ、その光信号増幅素子18から出力された光信号から選択された第1波長λ1の光出力信号SP3が電気信号に変換されて電気出力信号SE3として出力されることから、上記光信号増幅素子18から出力された光信号は、その基線レベルが低く、変調度、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い信号光であるので、その光信号が変換されることにより、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、且つ誤り率が十分に低い電気出力信号SE3が得られる。   As described above, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the optical input signal SP1 of the first wavelength λ1 converted from the electrical input signal SE1 and the electrical input signal thereof The inverted optical input signal SP2 having the second wavelength λ2 converted from the inverted electrical input signal SE2 obtained by inverting SE1 is combined with the optical coupler 16 and input to the optical signal amplifying element 18, and the optical signal amplifying element Since the optical output signal SP3 of the first wavelength λ1 selected from the optical signal output from 18 is converted into an electrical signal and output as the electrical output signal SE3, the optical signal output from the optical signal amplifying element 18 Is a signal light having a low baseline level, a sufficiently high degree of modulation, an S / N ratio, and an input / output amplitude amplification ratio, and a sufficiently low error rate. N ratio, output Force amplitude amplification ratio is sufficiently high, and the error rate is sufficiently low electrical output signal SE3 obtained.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、光/電変換素子22から出力された電気出力信号SE3は、電気入力信号SE1に対して、高い変調度を有していることから、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い電気出力信号SE3が得られる。   Further, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the electrical output signal SE3 output from the optical / electric conversion element 22 is higher than the electrical input signal SE1. Since it has a degree of modulation, an electrical output signal SE3 having a sufficiently high S / N ratio and output / input amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate can be obtained.

また、好適には、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、光信号増幅素子18は、希土類元素がドープされたシリケートガラスを母材とする光ファイバーから構成されていることから、半導体型光増幅素子に比較して低パワーで信号増幅作動が可能であり、特に低周波数領域において、出入力振幅増幅比およびS/N比が高く且つ誤り率が低い電気出力信号SE3が得られる。   Preferably, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the optical signal amplification element 18 is an optical fiber whose base material is a silicate glass doped with a rare earth element. Therefore, the signal amplification operation can be performed with low power as compared with the semiconductor type optical amplifying element, and particularly in the low frequency region, the input / output amplitude amplification ratio and the S / N ratio are high and the error rate is high. A low electrical output signal SE3 is obtained.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、その光増幅素子18を構成する光ファイバーは、エルビウムがドープされたものである。このようにすれば、光通信で用いられている1.5μm帯の波長の光信号に対して、出入力振幅増幅比およびS/N比が高く且つ誤り率が低い電気出力信号SE3が得られる。   Further, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 utilizing the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the optical fiber constituting the optical amplification element 18 is doped with erbium. In this way, an electrical output signal SE3 having a high input / output amplitude amplification ratio and a high S / N ratio and a low error rate can be obtained with respect to an optical signal having a wavelength of 1.5 μm band used in optical communication. .

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、その光増幅素子18を構成する光ファイバーの母材は、フッ化物から構成されたものである。このようにすれば、希土類元素のドープ量を多くして励起準位の電子のライフタイムを短縮することが可能となり、作動周波数帯域の上限値を20kHz程度に高くすることができるとともに、歪み率の低減ができる。   In addition, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback light amplification effect of the present embodiment, the optical fiber preform constituting the optical amplification element 18 is made of fluoride. In this way, it becomes possible to increase the doping amount of the rare earth element to shorten the lifetime of the electrons at the excitation level, to increase the upper limit value of the operating frequency band to about 20 kHz, and to increase the distortion rate. Can be reduced.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、その光増幅素子18は、pn接合から成る活性層を備えた半導体光信号増幅素子であることから、半導体によって光増幅素子が容易に小型化或いは1チップ化できるとともに、その高い応答性に基づいてGHzオーダの高い周波数帯域においても、低ノイズの信号増幅が可能となる。   Further, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 utilizing the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the optical amplification element 18 is a semiconductor optical signal amplification element having an active layer composed of a pn junction. The optical amplification element can be easily downsized or made into one chip by a semiconductor, and low-noise signal amplification is possible even in a high frequency band of GHz order based on its high response.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、その光増幅素子18を構成する半導体光信号増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、量子ドットのいずれかから構成されていることから、半導体によって光信号増幅素子が容易に小型化されるとともに、上記量子井戸または量子ドットが用いられる場合は、光信号増幅素子の高速スイッチング性能が高められ、歪み超格子が用いられる場合は、波長依存性の小さい光信号増幅素子が得られる。   In addition, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the active layer of the semiconductor optical signal amplification element constituting the optical amplification element 18 includes a quantum well, a strained superlattice, Since it is composed of either quantum dots, the optical signal amplifying element can be easily downsized by a semiconductor, and when the quantum well or quantum dot is used, the high-speed switching performance of the optical signal amplifying element is enhanced. When a strained superlattice is used, an optical signal amplifying element having a small wavelength dependency can be obtained.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、その波長選択素子20は、光アド・ドロップフィルタ、多層膜構造の光学フィルタ、グレーティングフィルタ、フォトニッククリスタルフィルタのいずれかから構成されているので、光信号増幅素子からの出力信号光と周辺光とが効率よく分離され、同時にそれぞれ光ファイバ或いは導波路へ出力される利点がある。   In addition, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of this embodiment, the wavelength selection element 20 includes an optical add / drop filter, an optical filter having a multilayer film structure, a grating filter, and a photonic. Since it is composed of any one of the crystal filters, there is an advantage that the output signal light from the optical signal amplifying element and the ambient light are efficiently separated and simultaneously output to the optical fiber or the waveguide, respectively.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、その光カプラ16は、光アドドロップ素子から構成されているので、光信号増幅素子18へ入力される第1波長λ1および第2波長λ2の光信号が効率よく合波される利点がある。   Further, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 utilizing the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the optical coupler 16 is composed of an optical add / drop element, so that it is input to the optical signal amplification element 18. There is an advantage that the optical signals of the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2 are efficiently combined.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、電気入力信号SE1は、音響をアナログ的に表すオーディオ入力信号である。このようにすれば、S/N比、出入力振幅増幅比が十分に高く、誤り率が十分に低い電気出力信号によってスピーカを駆動することができるので、高い音質が得られる。   Further, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the electrical input signal SE1 is an audio input signal that represents sound in an analog manner. In this way, the speaker can be driven by an electrical output signal having a sufficiently high S / N ratio and an input / output amplitude amplification ratio and a sufficiently low error rate, so that high sound quality can be obtained.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10によれば、その電/光変換素子14は、電気入力信号SE1に応答して出力光が制御される半導体レーザまたは発光ダイオードであるので、電気入力信号を容易に光信号に変換することができる。   Further, according to the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment, the electro / optical conversion element 14 is a semiconductor laser whose output light is controlled in response to the electric input signal SE1. Or since it is a light emitting diode, an electrical input signal can be easily converted into an optical signal.

また、本実施例の負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置10は、オーディオ用プリアンプまたはオーディオ用エフェクターとして用いられるので、ノイズがなく、奥行き感があり、余韻のある高品質の音響が得られる。   Further, the optical signal amplification three-terminal device 10 using the negative feedback optical amplification effect of the present embodiment is used as an audio preamplifier or an audio effector, so there is no noise, a sense of depth, and a high quality with a reverberation. Sound can be obtained.

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。   As mentioned above, although one Example of this invention was described based on drawing, this invention is applied also in another aspect.

たとえば、前述の実施例の波長選択素子20は、光増幅素子18から出力された光のうち第1波長λ1の光信号を選択し、その第1波長λ1の光信号を光出力信号SP3として出力するものであったが、光増幅素子18から出力された光のうち第2波長λ2の光信号を選択し、その第2波長λ2の光信号を光出力信号SP3として出力するものであってもよい。上記光増幅素子18から出力された光のうちの第1波長λ1の光信号と第2波長λ2の光信号とは相互に位相が反転いているだけであるので、用途によっては相互に互換可能であるからである。   For example, the wavelength selection element 20 of the above-described embodiment selects an optical signal having the first wavelength λ1 from the light output from the optical amplification element 18, and outputs the optical signal having the first wavelength λ1 as the optical output signal SP3. Even if the optical signal having the second wavelength λ2 is selected from the light output from the optical amplifying element 18, the optical signal having the second wavelength λ2 is output as the optical output signal SP3. Good. Of the light output from the optical amplifying element 18, the optical signal of the first wavelength λ1 and the optical signal of the second wavelength λ2 are merely in phase with each other, so that they can be interchanged depending on the application. Because there is.

また、前述の実施例の光信号増幅3端子装置10に設けられた光増幅素子18は、1段の光増幅素子から構成されていたが、2段の光増幅素子を備えたものであってもよいし、3個以上の光増幅素子を備えたものであってもよい。   In addition, the optical amplifying element 18 provided in the optical signal amplifying three-terminal device 10 of the above-described embodiment is composed of one stage of optical amplifying element, but includes two stages of optical amplifying elements. Alternatively, it may be provided with three or more optical amplification elements.

また、前述の実施例の光信号増幅3端子装置10に設けられた光増幅素子18は、エルビウム元素を含む光ファイバから構成されたもの(EDFA)であったが、希土類元素としてプラセオジウムが添加(ドープ)された光ファイバ増幅器であってもよい。   Further, the optical amplifying element 18 provided in the optical signal amplifying three-terminal device 10 of the above-described embodiment is an element (EDFA) made of an optical fiber containing an erbium element, but praseodymium is added as a rare earth element ( It may be a doped optical fiber amplifier.

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。   The above description is merely an example of the present invention, and the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一実施例の光信号増幅3端子装置の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the optical signal amplification 3 terminal apparatus of one Example of this invention. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置の作動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the action | operation of the optical signal amplification 3 terminal apparatus of the Example of FIG. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の、電気入力信号の周波数と変調度比との間の関係を示す特性図であって、反転電気入力信号のある場合と無い場合とについて対比して示す図である。The characteristic which shows the relationship between the frequency of an electrical input signal, and modulation | alteration degree ratio when the optical signal amplification element with which the optical signal amplification 3 terminal apparatus of the Example of FIG. 1 was comprised with the erbium doped optical fiber It is a figure, Comprising: It is a figure shown by contrast with the case where there exists an inversion electrical input signal, and the case where it does not exist. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の、電気入力信号の周波数と出入力電圧比との間の関係を示す特性図であって、反転電気入力信号のある場合と無い場合とについて対比して示す図である。FIG. 1 shows the relationship between the frequency of an electrical input signal and the input / output voltage ratio when the optical signal amplification element provided in the optical signal amplification three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber. It is a characteristic figure, Comprising: It is a figure shown by contrast with the case where there exists an inversion electrical input signal, and the case where it does not exist. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の、電気入力信号の周波数と電気出力信号のS/N比との間の関係を示す特性図であって、反転電気入力信号のある場合と無い場合とについて対比して示す図である。1 between the frequency of the electric input signal and the S / N ratio of the electric output signal when the optical signal amplifying element provided in the optical signal amplifying three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the case where there is an inverted electric input signal and the case where there is no inverted electric input signal. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の、電気入力信号の周波数と電気出力信号のビット誤り率BERとの間の関係を示す特性図である。1 between the frequency of the electric input signal and the bit error rate BER of the electric output signal when the optical signal amplifying element provided in the optical signal amplifying three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber. It is a characteristic view which shows the relationship. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の作動を示すために、100Hzの電気入力信号、光入力信号、反転電気入力信号、反転光入力信号、電気出力信号の波形をそれぞれ示す図である。In order to show the operation when the optical signal amplification element provided in the optical signal amplification three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber, an electrical input signal of 100 Hz, an optical input signal, an inverted electrical It is a figure which shows the waveform of an input signal, an inversion light input signal, and an electrical output signal, respectively. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の、反転電気入力信号の大きさと変調度比との関係を示す特性図である。FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the magnitude of an inverted electrical input signal and the modulation ratio when the optical signal amplification element provided in the optical signal amplification three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber. It is. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がフッ化物を母材とするエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の、電気入力信号の周波数と電気出力信号の出入力電圧比との関係を示す特性図であって、反転電気入力信号が0V、1V、5Vである場合について対比して示す図である。The frequency of the electrical input signal and the electrical output signal when the optical signal amplification element provided in the optical signal amplification three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber based on fluoride. It is a characteristic figure which shows the relationship with an input / output voltage ratio, Comprising: It is a figure shown by contrast about the case where an inversion electric input signal is 0V, 1V, and 5V. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がフッ化物を母材とするエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合の、電気入力信号の周波数と電気出力信号のS/N比との関係を示す特性図であって、反転電気入力信号が0V、1V、5Vである場合について対比して示す図である。The frequency of the electrical input signal and the electrical output signal when the optical signal amplification element provided in the optical signal amplification three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber based on fluoride. It is a characteristic view showing the relationship with the S / N ratio, and is a diagram showing the case where the inverted electrical input signal is 0V, 1V, 5V in comparison. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子がフッ化物を母材とするエルビウムドープド光ファイバにより構成された場合と、前記エルビウムがドープされたシリケートガラスで光ファイバが構成された場合の、電気入力信号の周波数と電気出力信号の歪み率との関係を示す特性図である。The optical signal amplifying element provided in the optical signal amplifying three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is composed of an erbium-doped optical fiber having a fluoride as a base material, and the erbium-doped silicate glass is used for light. It is a characteristic view which shows the relationship between the frequency of an electrical input signal, and the distortion factor of an electrical output signal when a fiber is comprised. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の、電気入力信号の周波数と出入力電圧比との関係を示す特性図であって、反転電気入力信号のある場合と無い場合とについて対比して示す図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the frequency of an electrical input signal and the input / output voltage ratio when the optical signal amplification element provided in the optical signal amplification three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is constituted by a semiconductor optical amplification element. FIG. 6 is a diagram showing a comparison between a case where an inverted electrical input signal is present and a case where an inverted electrical input signal is absent. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の、電気入力信号の周波数とビット誤り率BERとの関係を示す特性図であって、反転電気入力信号のある場合と無い場合とについて対比して示す図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the frequency of an electrical input signal and the bit error rate BER when the optical signal amplification element provided in the optical signal amplification three-terminal device of the embodiment of FIG. 1 is configured by a semiconductor optical amplification element. FIG. 6 is a diagram showing a comparison between a case where an inverted electrical input signal is present and a case where an inverted electrical input signal is absent. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置に備えられた光信号増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の、電気入力信号の周波数と出入力電圧比との関係を示す特性図を、他の形式の光信号増幅素子と対比して示す図である。1 is a characteristic diagram showing the relationship between the frequency of an electrical input signal and the input / output voltage ratio when the optical signal amplifying element provided in the optical signal amplifying three-terminal device of the embodiment of FIG. FIG. 5 is a diagram showing a comparison with another type of optical signal amplifying element. 図1の実施例の光信号増幅3端子装置が、オーディオ回路に組入れられた状態を説明する図である。It is a figure explaining the state by which the optical signal amplification 3 terminal apparatus of the Example of FIG. 1 was integrated in the audio circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10:光信号増幅3端子装置
12:信号反転素子
14:電/光変換素子
16:光カプラ
18:光信号増幅素子
20:波長選択素子
22:光/電変換素子
10: optical signal amplification three-terminal device 12: signal inversion element 14: electro / optical conversion element 16: optical coupler 18: optical signal amplification element 20: wavelength selection element 22: optical / electric conversion element

Claims (13)

電気入力信号を光信号に変換して増幅するための、負帰還光増幅効果を利用した光信号増幅3端子装置であって、
前記電気入力信号を反転して出力する信号反転素子と、
前記電気入力信号を第1波長の光入力信号に変換し、該信号反転素子から出力された反転電気入力信号を第1波長とは異なる第2波長の反転光入力信号に変換する電/光変換素子と、
負帰還光増幅効果を有する光信号増幅素子と、
前記電/光変換素子からそれぞれ出力された光入力信号および反転光入力信号を合波して該光信号増幅素子へ入力させる光カプラと、
前記光信号増幅素子から出力された光のうち前記第1波長または第2波長の光信号を選択する波長選択素子と、
を、含むことを特徴とする光信号増幅3端子装置。
An optical signal amplification three-terminal device using a negative feedback optical amplification effect for converting an electric input signal into an optical signal and amplifying the signal;
A signal inverting element for inverting and outputting the electrical input signal;
Electric / optical conversion for converting the electrical input signal into an optical input signal having a first wavelength and converting the inverted electrical input signal output from the signal inverting element into an inverted optical input signal having a second wavelength different from the first wavelength. Elements,
An optical signal amplifying element having a negative feedback optical amplification effect;
An optical coupler that combines the optical input signal and the inverted optical input signal that are respectively output from the electric / optical conversion element and inputs the combined optical signal to the optical signal amplification element;
A wavelength selection element that selects the optical signal of the first wavelength or the second wavelength from the light output from the optical signal amplification element;
An optical signal amplification three-terminal device comprising:
前記光信号増幅素子は、希土類元素がドープされた光ファイバーから構成されていることを特徴とする請求項1の光信号増幅3端子装置。 2. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 1, wherein the optical signal amplification element comprises an optical fiber doped with a rare earth element. 前記光ファイバーは、エルビウムがドープされたものであることを特徴とする請求項2の光信号増幅3端子装置。 3. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 2, wherein the optical fiber is doped with erbium. 前記光ファイバーの母材は、フッ化物から構成されたものであることを特徴とする請求項2または3の光信号増幅3端子装置。 4. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 2, wherein the optical fiber base material is made of fluoride. 前記光信号増幅素子は、pn接合から成る活性層を備えた半導体光信号増幅素子であることを特徴とする請求項1の光信号増幅3端子装置。 2. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 1, wherein the optical signal amplification element is a semiconductor optical signal amplification element having an active layer made of a pn junction. 前記半導体光信号増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、量子ドットのいずれかから構成されていることを特徴とする請求項5の光信号増幅3端子装置。 6. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 5, wherein the active layer of the semiconductor optical signal amplifying element is formed of any one of a quantum well, a strained superlattice, and a quantum dot. 前記波長選択素子は、光アドドロップフィルタ、多層膜構造の光学フィルタ、グレーティングフィルタ、フォトニッククリスタルフィルタのいずれかから構成されていることを特徴とする請求項1乃至6の光信号増幅3端子装置。 7. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 1, wherein the wavelength selection element is formed of any one of an optical add / drop filter, an optical filter having a multilayer film structure, a grating filter, and a photonic crystal filter. . 前記光カプラは、光アドドロップ素子から構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかの光信号増幅3端子装置。 8. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 1, wherein the optical coupler is composed of an optical add / drop element. 前記電気入力信号は、音響をアナログ的に表すオーディオ入力信号であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかの光信号増幅3端子装置。 9. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 1, wherein the electrical input signal is an audio input signal that represents sound in an analog manner. 前記電/光変換素子は、前記電気入力信号に応答して出力光が制御される半導体レーザまたは発光ダイオードであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかの光信号増幅3端子装置。 10. The optical signal amplification three-terminal device according to claim 1, wherein the electro / optical conversion element is a semiconductor laser or a light emitting diode whose output light is controlled in response to the electric input signal. オーディオ用プリアンプまたはオーディオ用エフェクターとして用いられるものである請求項1乃至10のいずれかの光信号増幅3端子装置。 The optical signal amplification three-terminal device according to any one of claims 1 to 10, which is used as an audio preamplifier or an audio effector. 前記波長選択素子により選択された光信号を電気信号に変換し、電気出力信号として出力する光/電変換素子を、さらに含むことを特徴とする請求光1乃至11のいずれかの光信号増幅3端子装置。 12. The optical signal amplifier 3 according to claim 1, further comprising an optical / electric conversion element that converts an optical signal selected by the wavelength selection element into an electrical signal and outputs the electrical signal as an electrical output signal. Terminal device. 前記光/電変換素子から出力された電気出力信号は、前記電気入力信号に対して、高い変調度を有していることを特徴とする請求項12の光信号増幅3端子装置。 The optical signal amplification three-terminal device according to claim 12, wherein the electrical output signal output from the optical / electrical conversion element has a high degree of modulation with respect to the electrical input signal.
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