| 研究課題/領域番号 |
21H01330
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
遊部 雅生 東海大学, 総合科学技術研究所, 教授 (60522000)
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| 研究分担者 |
山口 滋 東海大学, 理学部, 教授 (40297205)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 光通信 / 大容量 / 広帯域 / 光増幅 / 波長変換 / 光パラメトリック / ガス分光 / センサ |
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| 研究実績の概要 |
複数の位相整合ピークを有するマルチQPM素子において、SHG過程による励起光の発生に用いる位相整合ピークと光パラメトリック増幅(OPA)過程に用いる位相整合ピークの効率が後者の方が大きくなる非対称な位相整合曲線を得るための、周期分極反転構造の位相変調の最適化の方法を確立した。実際の素子作製においては導波路サイズの不均一性により所望の非対称性な位相整合曲線が得られたため、以降の検討ではこの素子を原理検討に用いることとした。
SHG過程で発生した励起光を効率良く導波路に入射する構造として、2ピークマルチQPM素子の片端面にSH光波長のみを反射するダイクロイックミラーを設けた反射型のファイバ入出力他モジュールを作製した。同モジュールを往復で用いることにより、マルチQPM素子を用いた構成しては始めてOPA過程による信号利得を得ることに成功した。
励起光の発生とOPA過程を個別のPPLN導波路を用いる構成の光パラメトリック増幅器を用いて中継伝送が可能であることを実験的に検証した。最大で長さ130kmのシングルモードファイバ(SMF)を伝送後も伝送前の信号光と同等の信号品質が得られることを確認した。OPAで得られるアイドラ光は信号光と位相共役の関係にあるため、前段のSMFの異常分散により波形歪を伴った信号光は、OPAにより波形の時間反転が行われ、同じ絶対値を持つ正常分散を受けたのと同等の波形に変換される。再び異常分散をもつ後段のSMFを伝送することにより、分散による波形歪が補償できることが明らかになった。
波長変換技術を利用して炭化水素系ガスの倍音振動による光吸収が予想される1700nm帯の光を発生し、ジメチルジスルフィドの吸収スペクトルの測定を行った結果、1683nmに倍音振動によるものと見られる吸収ピークが得られることを見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
SHG過程による励起光の発生に用いる位相整合ピークと光パラメトリック増幅(OPA)過程に用いる位相整合ピークの効率が後者の方が大きくなる非対称な位相整合曲線を有するマルチQPM素子に関しては、周期分極反転構造の位相変調の最適化による設計手法を確立した。おおむね計画どおりに進展しているが、実際の素子作製においては導波路サイズの不均一性によって所望の非対称性な位相整合曲線が得られたため、以降の検討ではこの素子を原理検討に用いることとした。
SHG過程で発生した励起光を効率良く導波路に入射する構造の検討については、前年度までに作製した2ピークマルチQPM素子の片端面にSH光波長のみを反射するダイクロイックミラーを設けた反射型のファイバ入出力他モジュールを作製した。同モジュールを往復で用いることにより、マルチQPM素子を用いた構成しては始めてOPA過程による信号利得を得ることに成功している。
さらに従来のEDFAに替えて、OPAを用いることで、中継伝送が可能であることを実験的に検証した。1480nm帯(Sバンド)の信号光をSMFで伝送したのち、OPAにより増幅・波長変換された波長1590nm帯(Lバンド)のアイドラ光を再びSMFにより伝送し、最大で長さ130kmのSMFをパワーペナルティなしで伝送できることを確認した。これはOPAによって得られる位相共役波の発生を利用することで、EDFAの帯域外でも分散補償が可能であることを実験的に示した初めての結果であり、当初計画では想定されていなかった成果である。
さらに上記の実験結果を応用して1400nm帯信号光の波長変換により1700nm帯の光を発生し、ジメチルジスルフィドの吸収スペクトルの測定を行った結果、1683nmに倍音振動による吸収ピークが得られることを見出した。この結果は本研究の吸収分光分野への応用につながる成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．前年度までに作製した非対称な位相整合曲線を有するマルチQPM素子にの片端面に第二高調波(SH光)波長のみを反射するダイクロイックミラーを直接蒸着し、SH光を反射する構造を有する光ファイバ入出力型モジュールを用いて、光パラメトリック増幅を行うとともに信号光に変調を施して光通信に適用可能な信号品質が得られているかの検証を行う。
２. 前年度までにSバンドの信号をOPAで増幅・波長変換し、OPAでの中継前は信号光を伝送、中継後はアイドラ光を伝送して良好な結果が得られた。本年度はSバンドを受信できる受信系を準備し、信号光をSMFを伝送後OPAにより中継増幅し、再びSMFを伝送に信号光の信号品質を評価することで、OPAの中継増幅器としての有用性を評価する。アイドラ光を伝送したときのような位相共役効果による分散補償の効果が得られないが、近年はディジタルコヒーレンント受信機を始め、分散補償に関しては様々な手法が既に開発されているので、分散補償を活用して純粋な中継増幅器としてのOPAのポテンシャルを評価する。
３． 多くの炭化水素系ガスは中赤外波長である3400nm帯において分子振動の基本振動による極めて強い吸収を示すが、高価で特殊な検出器が必要などの課題があり、より簡便な構成でのガスセンシングが望まれている。1700nm帯は3400nm帯の倍の光周波数に相当するため、倍音振動による吸収が期待できる。当初の計画では励起光の波長変調を用いた波長変調分光法による測定を計画していたが、励起光の波長変調幅に比して測定対象の吸収幅が広いため、波長変調分光法が必ずしも有効ではないと予想される。そこでガスの吸収波長に光源波長を固定してガス濃度に対する吸収強度の変化を評価し、近赤外半導体レーザを用いたガスセンサの実現可能性を検証する。
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