JP2009272570A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲインブロックの間に可変減衰器等の光損失を与える光部品を挿入しても、雑音指数を減少させる。
【解決手段】本発明は、利得媒質としての縦列接続配置された第１のエルビウム添加ファイバ（第１のＥＤＦ）と、第２のエルビウム添加ファイバ（第２のＥＤＦ）と、第１のＥＤＦと第２のＥＤＦに対して励起光を発する第１の励起光源と、第１のＥＤＦの信号光入射側に設置した、1.56μｍから1.62μｍの波長域に少なくとも１波長を有する入射信号光と第１の励起光源から出力される励起光を合波する第１の合波器と、第１のＥＤＦと第２のＥＤＦとの間に設置され、利得偏差を等化する利得等化器と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ増幅器に係り、特に、光ファイバ通信システムにおいて、線形中継器、後置増幅器、及び前置増幅器として信号光を光増幅する光ファイバ増幅器に関する。

光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術のエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を構成するゲインブロック（または、利得ブロック、略してＧＢ）の構成を図２３、図２４に示す。

図２３は、第１の構成（ＧＢ−Ａ）であり、図２４が第２の構成（ＧＢ−Ｂ）である。

当該ＥＤＦＡは、リン共添加エルビウム添加ファイバ（Ｐ−ＥＤＦ:Phosphorous co-doped Erbium0Doped Fiber）を利得媒質として用い、信号光波長は拡大Ｌ帯と呼ばれる波長域である（例えば、特許文献１参照）。この例の場合は、1.56〜1.62μｍである。また、このリン共添加エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ:Erbium-Doped Fiber Amplifier）は、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの一種であり、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡには他にてテルライトＥＤＦＡやビスマスＥＤＦＡがある。この拡張Ｌ帯ＥＤＦＡに対し、通常のＥＤＦＡはアルミニウムやゲルマニウムを添加したＥＤＦＡであり、信号光波長域はおおよそ1.57〜1.60μｍである。即ち、上記の拡張Ｌ帯ＥＤＦＡは、上記の通常のＥＤＦＡに比べ、信号光波長域が長波長側に拡張されている。上記のＥＤＦＡ及び上記の通常のＥＤＦＡは共にシリカＥＤＦＡである。

Ｐ−ＥＤＦの長さは、エルビウム添加濃度や、Ｐ−ＥＤＦのファイバファイバ構造に依存する。その長さの例は、43.6ｍであり、この長さに対応して、信号光帯域内での最小利得は約15ｄＢとなる。但し、上記の最小利得はＰ−ＥＤＦの長さに比例する。また、このとき、ＥＤＦＡは、その利得スペクトルの信号光波長域内で利得偏差が最小になるように、すなわち、利得平坦スペクトルが得られるよう励起されているものとする。

ある利得に対するＰ−ＥＤＦの所要長は、エルビウム添加濃度や、Ｐ−ＥＤＦのファイバファイバ構造に依存するため、Ｐ−ＥＤＦに対する条件を規定するには、上記のエルビウム添加濃度（ｃ）とＰ−ＥＤＦファイバ構造で決まる、1.55μｍにおけるＰ−ＥＤＦの吸収損失（ａ）を用いることが有効である。より詳しくは、Ｐ−ＥＤＦにおける励起状態のエルビウムイオンの分布空間領域と、Ｐ−ＥＤＦファイバファイバ構造で決まる信号光強度分布の重なり因子をｆとしたとき、ａはｃとｆに比例する。また、単位長さ当たりの吸収損失をｂ、Ｐ−ＥＤＦの長さをＬとしたとき、ｄＢ単位のａは、ａ＝ｂ＊Ｌの関係がある。このとき、ｂ及びＬの単位はそれぞれｄＢ／ｍ及びｍである。

上記のＧＢ−Ａは、Ｐ−ＥＤＦの両側にアイソレータを有し、また、２つの励起光源及び合波器を用いて双方向励起されている。上記の２つの励起光源のうち、前段の励起光源（励起光源Ｆ）は、信号光と同方向から励起する励起光を発し、一方、後段の励起光源（励起光源Ｂ）は、信号光と逆方向から励起する励起光を発する。励起光源Ｆ及び励起光源Ｂの波長は、1480ｎｍ（1.48μｍ）である。上記ＧＢ−Ａの構成は、ＥＤＦＡのみならず、他の上記拡張Ｌ帯ＥＤＦＡ及び上記の通常のＥＤＦＡにおいても用いられている。

また、図２４に示す、ＧＢ−Ｂは、ＧＢ−Ａとの差分として、２つのＰ−ＥＤＦ（前段のＰ−ＥＤＦ（Ｐ−ＥＤＦ１）及び後段のＰ−ＥＤＦ（Ｐ−ＥＤＦ２）を有し、それら２つのＰ−ＥＤＦの間にアイソレータ１０を有する。Ｐ−ＥＤＦ１及びＰ−ＥＤＦ２の長さの例は、それぞれ、5.6m及び３９m、また、Ｐ−ＥＤＰ１及びＰ−ＥＤＦ２の吸収損失ａの例は、それぞれ43dB及び300dBである。励起光源Ｆ及び励起光源Ｂの波長の例は、それぞれ1455nm及び1470nmである。

図２５は、従来技術のＥＤＦＡの構成を示している。このＥＤＦＡは、信号光入力方向に対して前段に配置したＧＢ（ＧＢ１）と後段に配置したＧＢ（ＧＢ−２）を有する。また、ＧＢ−１とＧＢ−２の利得偏差の和を平坦化（等化）する利得等化器２１、光アドドロップ用の光スイッチなどの光部品２２を、ＧＢ−１とＧＢ−２の間に配置している。
特開２００７−２８８１２４号公報

しかしながら、上記の従来技術のＥＤＦＡでは、波長多重信号光の入力パワー（Pｓｉｎ）に関し、Pｓｉｎのチャネルトータル値が小さいときに、雑音指数が大きいという欠点がある。

また、上記の従来技術のゲインブロックの構成のＧＢ−１とＧＢ−２の間に配置した光部品（光部品２２）の信号光損失が大きいとき、雑音指数が大きいという欠点があった。さらに、所要励起光源の台数が多いという欠点がある。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、ゲインブロックの間に可変減衰器等の光損失を与える光部品を挿入しても、雑音指数を減少させることが可能な光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。

図１は、本発明の原理構成図である。

本発明（請求項１）は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
利得媒質としての縦列接続配置された第１のエルビウム添加ファイバ（第１のＥＤＦ）１０１と、第２のエルビウム添加ファイバ（第２のＥＤＦ）１０３と、
第１のＥＤＦ１０１と第２のＥＤＦ１０３に対して励起光を発する第１の励起光源１６０と、
第１のＥＤＦ１０１の信号光入射側に設置した、1.56μｍから1.62μｍの波長域に少なくとも１波長を有する入射信号光と第１の励起光源１６０から出力される励起光を合波する第１の合波器１１１と、
第１のＥＤＦ１０１と第２のＥＤＦ１０３との間に設置され、利得偏差を等化する第１の利得等化器１５０と、を有するゲインブロックを少なくとも１つ有する。

また、本発明（請求項２）は、請求項１の光ファイバ増幅器において、第１のＥＤＦ１０１の前段に設置したｎ−１個の第３のエルビウム添加ファイバ（第３のＥＤＦ）と、
ｎ個のＥＤＦの間のアイソレータと、を有する。

また、本発明（請求項３）は、請求項１または２記載の光ファイバ増幅器において、第１のＥＤＦ１０１の後段に設置した第２の利得等化器と、
第２の利得等化器と前記第１の利得等化器の間に設置した第３のエルビウム添加ファイバ（第３のＥＤＦ）と、からなる組み合わせをＮ（Ｎ≧１）組交互に設ける。

また、本発明（請求項４）は、請求項１または２記載の光ファイバ増幅器において、第１のＥＤＦ１０１の後段に設置した、信号光と励起光を分波する第１の分波器と、
第１の利得等化器１５０の後段に設置し、分波器の励起光透過ポートが、励起光透過ポートに接続された、信号光と励起光を合波する第２の合波器と、を有する。

また、本発明（請求項５）は、請求項４記載の光ファイバ増幅器において、
第１の合波器の後段に設置した第４のエルビウム添加ファイバ（第４のＥＤＦ）と、
第４のＥＤＦの信号光を分波する第２の分波器と、
第２の分波器の後段に設置した第２の利得等化器と、
第２の分波器で分波された信号光と第２の利得等化器の出力光を合波する第３の合波器と、からなる組み合わせをＮ（Ｎ≧１）組接続する。

また、本発明（請求項６）は、請求項１乃至５のいずれか１項記載光ファイバ増幅器において、
第２のＥＤＦの後段に設置した、信号光と励起光を合波または分波する第１の合分波器と、
第１の合分波器の励起光透過ポートに接続した励起光反射器と、を有する。

また、本発明（請求項７）は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の光ファイバ増幅器において、
励起光を発する第２の励起光源と、
第２のＥＤＦの前段に設置した、信号光と第２の励起光源から出力された励起光を合波する第３の合波器と、を有する。

また、本発明（請求項８）は、請求項７記載の光ファイバ増幅器において、
第２のＥＤＦの後段に設置した、信号光と第1の励起光源から出力された励起光を分波する第３の分波器と、
第３の分波器の励起光透過ポートに接続した、励起光反射器と、を有する。

本発明（請求項９）は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項４，６に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第１のゲインブロックと、
請求項７，８に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第２のゲインブロックと、
を有する。

本発明（請求項１０）は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項７，８に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第１のゲインブロックと、
請求項７，８に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第２のゲインブロックと、
を有する。

また、本発明は、請求項１または、２の各ゲインブロックにおいて、
上記のＥＤＦをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
最集段のＥＤＦの1550nmにおける吸収損失をｄＢ単位でＢ、該最終段のＥＤＦ以外のＥＤＦの1550ｎｍにおける吸収損失をｄＢ単位でＡとしたとき、ＡのＡ＋Ｂに対する比率が３０〜８０％となる長さのＥＤＦを有する。

また、本発明は、請求項４のゲインブロックにおいて、
上記のＥＤＦをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
第1の励起光源の波長を、1435〜1445nmとする。

また、本発明は、請求項４のゲインブロックにおいて、
上記のＥＤＦをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
第1の励起光源の波長を1445〜1460とし、
第２の励起光源の波長を1465〜1495nmとする。

上記のように本発明によれば、ファイバ増幅器を含む前段のゲインブロック、増幅波長は異なるものの、同様のファイバ増幅器を含む後段のゲインブロック内に等化フィルタを包含させることにより、従来技術において問題であった、雑音指数が大きい、また所要励起光源の台数が多いという欠点を解決できる。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

［第１の実施の形態］
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるＥＤＦＡの構成を示す。

同図において、前段のＧＢ１００内に第１の利得等化器１５０を設置し、後段のＧＢ２００内に第２の利得等化器２５０を設置した点が図２４の従来技術の構成と異なる。

但し、本発明のＥＤＦＡは、ＧＢ１００のみ、または、ＧＢ２００のみを有する構成でもよい。

図３は、本発明の第１の実施の形態における第１のゲインブロックの構成を示す。

このＧＢ１００は、３つのＰ−ＥＤＦ１０１，１０２，１０３を有し、それらの長さはそれぞれ、5.6m、22m、20m、また、それらの吸収損失ａは、それぞれ43dB、169dB、154dBである。Ｐ−ＥＤＦ１０１とＰ−ＥＤＦ１０２との間にはアイソレータ１０５が設置され、そのアイソレータ１０５は、信号光と励起光を共に低損失で通過させる。Ｐ−ＥＤＦ１０１とＰ−ＥＤＦ１０２で増幅された信号光は、Ｐ−ＥＤＦ１０２の後段の分波器１０９と、その後段のアイソレータ１０６と、利得等化器としての利得等化フィルタ１５０と、その後段のアイソレータ１０７と合波器１１２を通過後、Ｐ−ＥＤＦ１０３に入射されて増幅される。利得等化フィルタ１５０は、３つのＰ−ＥＤＦ１０１，１０２，１０３の利得偏差を等化する。

励起光源１６０から出射した1440nmの励起光は、Ｐ−ＥＤＦ１０１の前段に配置した合波器１１１で信号光と合波される。その後、Ｐ−ＥＤＦ１０１とＰ−ＥＤＦ１０２で励起光の一部が吸収され、Ｐ−ＥＤＦ１０２を出射した励起光は、分波器１０９で信号光と分離され、合波器１１２に導かれた後、合波器１２１で信号光と合波される。その後、Ｐ−ＥＤＦ１０３で励起光の一部が吸収され、Ｐ−ＥＤＦ１０３で励起光の一部が吸収され、Ｐ−ＥＤＦ１０３を出射した励起光は、Ｐ−ＥＤＦ１０３の後段に設置した合分波器１１０で信号光と分離され、合分波器１１０の励起光通過用ポートに接続した励起光反射器１７０で反射され、合分波器１１０を逆戻りして、再びＰ−ＥＤＦ１０３を励起する。

図４は、本発明の第１の実施の形態における第２のゲインブロックの構成を示す。

同図に示す第２のゲインブロックは、３つのＰ−ＥＤＦ２０１，２０２，２０３、Ｐ−ＥＤＦ２０１の前段には、アイソレータ２０４、合波器２１１があり、当該合波器２１１には、励起光源２６０が接続されている。Ｐ−ＥＤＦ２０１とＰ−ＥＤＦ２０２の間にはアイソレータ２０５があり、Ｐ−ＥＤＦ２０２とＰ−ＥＤＦ２０３の間には、合分波器２０９、アイソレータ２０６、利得等化フィルタ２５０、アイソレータ２０７、合波器２２２がある。合分波器２０９には、励起光反射器２８０が接続され、合分波器２０９で分波された信号光が反射される。合波器２２２には励起光源２７０が接続され、合波器２２２において、アイソレータ２０７を通過した信号光と励起光を合波してＰ−ＥＤＦ２０３に出射する。

同図に示す、３つのＰ−ＥＤＦ２０１，２０２，２０３の長さは、それぞれ5.6m、22m、15mであり、また、それらの吸収損失ａは、それぞれ43dB、169dB、123dBである。Ｐ−ＥＤＦ２０１とＰ−ＥＤＦ２０２の間には、アイソレータ２０５が設置され、そのアイソレータ２０５は、信号光と励起光を共に低損失で通過させる。

Ｐ−ＥＤＦ２０１とＰ−ＥＤＦ２０２で増幅された信号光は、Ｐ−ＥＤＦ２０２の後段の分波器２０９とその後段のアイソレータ２０６と合波器２２２を通過後、Ｐ−ＥＤＦ２０３に入射して増幅される。利得等化フィルタ２５０は、３つのＰ−ＥＤＦ２０１，２０２，２０３の利得偏差を等化するような透過率とする。

第１の励起光源２６０から出射した1455nmの励起光は、Ｐ−ＥＤＦ２０１の前段に設置した合波器２１１でアイソレータ２０４を通過した信号光と合波される。その後、Ｐ−ＥＤＦ２０１と、Ｐ−ＥＤＦ２０２で励起光の一部が吸収され、Ｐ−ＥＤＦ２０２を出射した励起光は、分合波器２０９で信号光と分離され、分波器２０９の励起光通過ポートに接続した励起光反射器２８０で反射され、再び、Ｐ−ＥＤＦ２０２に導かれてＰ−ＥＤＦ２０２を励起する。

第２の励起光源２７０から出射された1470nmの励起光は、合波器２２２で信号光と合波され、Ｐ−ＥＤＦ２０３中で殆ど吸収され、Ｐ−ＥＤＦ２０３を出射する1470nmの励起光のパワーレベルは、Ｐ−ＥＤＦ２０３を励起できるパワーレベルより低い。

図５は、本発明の第１の実施の形態におけるＥＤＦＡの詳細構成を示す。

図５に示すＥＤＦＡは、前段のＧＢ１００は図３に記載のＧＢ１００、後段のＧＢ２００は、図４に記載のＧＢ２００、また、図２に記載の光部品３００の信号光損失を与えるため、前段ＧＢ１００と後段ＧＢ２００の間に可変減衰器４００を設置している。

前段ＧＢ１００内には利得等化フィルタ１５０、後段ＧＢ２００内には利得等化フィルタ２５０を設けている。このＥＤＦＡでは、前段ＧＢ１００及び後段ＧＢ２００内の６つのＰ−ＥＤＦの利得偏差を、それぞれ利得等化フィルタ１５０，２５０で等化する。特に必要でない場合には、前段ＧＢ１００及び後段ＧＢ２００の各々は、多少の利得偏差を有していてもよい。なお、損失を与えるものとしても、可変減衰器４００のみには限らない。例えば、分散補償光スイッチなどがある。

一方、図６は、従来技術におけるＥＤＦＡの構成を示している。前段ＧＢ１０及び後段ＧＢ２０は、図２２に記載の第１構成ＧＢ−Ａである。前段ＧＢ１０及び後段ＧＢ２０は、それぞれ43.6m及び36.4mのＰ−ＥＤＦを有し、それらの吸収損失ａは、それぞれ336dB及び280dBである。

以上、図５と図６の構成を比較することにより、従来技術における励起光源数は４、一方、本実施の形態における励起光源数は３である。従って本実施の形態により、励起光源数の削減が達成された。

図７は、本実施の形態及び従来技術におけるＧＢ利得スペクトルを示している。本実施の形態及び従来技術のＧＢは、図５及び図６に記載の前段のＧＢである。信号光波長は1562 nm〜1620 nmの波長範囲に100ＧＨｚの周波数間隔（波長間隔で約0.8nm）で69チャネル配置した。従来技術では、利得スペクトルにおける約最低利得が約15dB、一方、本実施の形態では、平坦化利得が約15dBとなるように、Ｐ−ＥＤＦの長さ（本実施の形態ではトータル長）を決定した。図７より、ＧＢとして、従来技術では、ＧＢにおいて大きな利得偏差があるが、本実施の形態では、ＧＢ単体で平坦化がなされていることがわかる。

図８は、本発明の第1の実施の形態における第1ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの励起光波長依存性のグラフを示している。励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。励起光パワーは、励起光源出力において、最大250ｍWとした。入力信号光パワーは、チャネル当たり、−19dBmとした。測定の結果、1430nm，1440nmの励起光波長においてのみ、平坦利得スペクトルが得られ、他の長波長側の励起光波長では、平坦利得スペクトルまで励起されないことがわかった。従って、図８は、図５に示す構成における励起光波長が1430，1440nmの場合のみ示している。図８より励起光波長が1440nmの場合の方が、より低い雑音指数が得られていることがわかる。従って、上記７つの励起波長において、1440nmが最適な励起光波長であることがわかった。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1430nmと1440nmの中間、及び、1440nmと1455nmの中間の値をとって、1435nm〜1448nmである。

図９は、本発明の第1の実施の形態における第２ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの前段励起光波長依存性を示す。同図では、本実施の形態の第２のＧＢ２００、即ち、図５の後段のＧＢ２００の雑音指数スペクトルについて励起光波長依存性を示している。前段の励起光源２６０の励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1470nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。前段の励起光源２６０の出力励起光パワーを250ｍＷとした。後段の励起光源２７０の励起光波長は1470nmとした。入力信号光パワーは、チャネルあたり、-7dBmとした。各励起光波長で、信号光の最短波長である約1562nmにおいて、雑音指数が最大であった。

図１０は、本発明の第１の実施の形態における第２ゲインブロックにおける最大雑音指数の前段励起光波長依存性のグラフを示す。同図は、図９の雑音指数スペクトル、各励起光波長における最大雑音指数の励起光波長依存性を表しており、この前段励起光波長が145nmのとき、最大雑音指数の最小値が得られた。従って、最適前段励起光波長は1455nmである。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1440nmと1455nmの中間、及び、1455nmと1470nmの中間の値をとって、1445nm〜1463nm（雑音指数9dB未満）。

図１１は、本発明の第1の実施の形態における第２ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの後段励起光波長依存性を示す。同図は、第２のＧＢ２００、すなわち、図５の後段ＧＢ２００の雑音指数スペクトルについて、励起光波長依存性を示している。後段の励起光源２７０の励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1470nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。後段の励起光源２７０の出力励起光パワーは、後段ＧＢ２００の利得スペクトルが平坦となるレベルとした。前段の励起光源２６０の励起光波長は、1455nmとした。入力信号光パワーは、チャネル当たり、-7dBmとした。各励起光波長で約1566nmにおける雑音指数が最大であった。

図１２は、本発明の第１の実施の形態における第２ゲインブロックにおける最大雑音指数の後段励起光波長依存性を示す。同図は、図１１の雑音指数スペクトル、各励起光波長における最大雑音指数の励起光波長依存性を示している。測定精度（約±0.2dB）の範囲内で、後段の励起光波長が1470nm、1480nm、1490nmのとき、最大雑音指数の最小値が得られた。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1465nm〜1495nmである（雑音指数7dB未満）。

図１３は、本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡの利得スペクトルを示している。スペクトル平坦利得として、いずれの場合も約26dBの高い利得が得られている。

図１４は、本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ雑音指数スペクトルの入力信号光パワー依存性のグラフである。同図（ａ）が従来技術を、同図（ｂ）が本実施の形態を示している。入力信号光パワーPsinは、チャネル当たり、-24dBm、-29dBm、及び、-39dBmとした。

図１５は、本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ最大雑音指数の入力信号光パワー依存性のグラフである。同図は、図１４の雑音指数スペクトルにおける最大雑音指数の信号光パワー依存性であり、従来技術では、入力信号光パワーが小さいとき、顕著な雑音指数増加が生じていることがわかる。一方、本実施の形態では、そのような増加は見られず、劣化が抑圧されていることがわかる。

図１６は、本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ雑音指数スペクトルの中間光部品損失依存性のグラフである。同図（ａ）は従来技術の例であり、同図（ｂ）は、本実施の形態の例である。中間光部品損失は、適宜0〜13dBの間の値に設定した。但し、中間光部品損失が0dBの場合は、図５の可変減衰器４００をＥＤＦＡから取り外している。入力信号光パワーPsinは、チャネル当たり、-24dBmとした。

図１７は、本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ最大雑音指数の中間光部品損失依存性のグラフであり、同図（ａ）が従来技術の例であり、同図（ｂ）が本実施の形態の例である。従来技術では、中間光部品損失が大きいとき、顕著な雑音指数増加が生じていることがわかる。一方、本実施の形態では、そのような増加は少なく、劣化が抑圧されていることがあわかる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、波長多重信号光の入力パワーPsinに関し、Psinのチャネルトータル値が小さいときに、雑音指数が大きいという欠点、前述のＧＢ１００とＧＢ２００の間に配置した光部品３００の信号光損失が大きいとき、雑音指数が大きいという欠点、さらに、所要励起光源の台数が多いという欠点を解決できる。

［第２の実施の形態］
図１８は、本発明の第２の実施の形態におけるEDFAの構成を示す。同図において、図５と同一構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。図５との構成の主な違いは、前段のＧＢ５００に図５の第２のＧＢ２００を用いている。図１８に示す前段のＧＢ５００は、３つのｐ−ＥＤＦ５０１，５０２，５０３，アイソレータ５０４，５０５，５０６，５０７，５０８、合波器５１０，５１１、合分波器５０９、利得等化フィルタ５５０、合波器５１１に接続される励起光源５６０、合波器５１０に接続される励起光源５７０、合分波器５０９に接続される励起光反射気５８０を有する。後段ＧＢ２００は、図５と同様である。図１８に示すＧＢ５００のＥＤＦ長は、第１の実施の形態と同様である。

第１の実施の形態では、前段ＧＢ１００を１つの励起光源１６０で励起しており、前段ＧＢ１００の出力信号光パワーが低めである。これに対し、本実施の形態では、前段ＧＢ５００を２つの励起光源５６０，５７０で励起しており、前段ＧＢ５００の出力信号光パワーを高く保つことができた。

例えば、第１の実施の形態において、前段ＧＢ１００内の励起光源出力の励起光パワーが250mWのとき、最大許容入力信号光パワーは、69チャネル入力のときにチャネル当たり約-23dBmであった。全チャネルトータルのパワーとしては、約-4.6dBmであった。但し、上記の最大許容入力信号光パワーでは、ＧＢの利得スペクトルが平坦に保たれている。また、入力信号光パワーが最大許容入力信号光パワーを超えると、利得スペクトルが波長に対して左肩下がりになる。従って、前段ＧＢ１００の利得が約15dBであることから、前段ＧＢ１００の出力信号光パワーは、約10.4dBmの全チャネルトータルパワーであった。

一方、本実施の形態では、前段ＧＢ５００の励起光源５６０及び励起光源５７０の出力励起光パワーがそれぞれ250mWのとき、最大許容入力信号光パワーは、69チャネル入力のときにチャネル当たり約-12dBmであった。全チャネルのトータルのパワーとしては、約6.4dBmであった。従って、前段ＧＢ５００の利得が約15dBであることから、前段ＧＢ５００の出力信号光パワーは、約21.4dBmの全チャネルトータルパワーであった。

上記のように、本実施の形態の前段のＧＢ５００は、実験の結果、第１の実施の形態の前段ＧＢ１００に比べ、約11dB高い最大許容入力信号光パワー及び最大出力信号光パワーを有するという利点がある。

［第３の実施の形態］
図１９は、本発明の第３の実施の形態における第３のゲインブロックの構成を示す。同図において、図３と同一構成部分には、同一符号を付しその説明を省略する。

図１９に示すＧＢは、２つのＰ−ＥＤＦ１０１，１０３を有し、それらの長さは、それぞれ27.6m、20ｍ、また、それらの吸収損失ａは、それぞれ212dB、154dBである。即ち、当該ＧＢは、第１の実施の形態の図３の第１のＧＢ構成からＰ−ＥＤＦ１０１とＰ−ＥＤＦ１０２の間のアイソレータ１０５を除去した構成を有する。

また、図２０は、本発明の第３の実施の形態における第４のゲインブロックの構成を示す。同図において、図４と同一構成部分には、同一符号を付しその説明を省略する。
図２０に示すＧＢは、２つのＰ−ＥＤＦ２０１，２０３を有し、それらの長さはそれぞれ27.6m、16m、また、それらの吸収損失ａは、それぞれ、212dB、123dBである。すなわち、同図に示すＧＢは、図４の第２のＧＢ構成からＰ−ＥＤＦ２０１とＰ−ＥＤＦ２０３の間のアイソレータを除去した構成を有する。

図１９、図２０に示す第３・第４のＧＢは、第１の実施の形態の図３、図４に示す第１・第２のＧＢに比べ、信号光入力パワーが小さい場合に、測定した雑音指数が若干大きくなるという短所を有する反面、第１の実施の形態の図３、図４に示す第１・第２のＧＢより、部品点数が少なくて済むという長所を有する。

図１９、図２０に示す第３・第４のＧＢを有するＥＤＦＡの中間光部品に対する雑音指数特性は、基本的に、第１の実施の形態の図３、図４に示した第１・第２のＧＢを有するＥＤＦＡの中間光部品に対する雑音指数特性と同じである。

［第４の実施の形態］
図２１は、本発明における雑音指数及び信号光出力パワーのＥＤＦ吸収損失依存性を示しており、前述の第１の実施の形態の図３、図４に示す第１・第２のＧＢ，及び第３の実施の形態の図１９，２０に示す第３・第４のＧＢにおける雑音指数及び光信号出力パワーの吸収損失比率依存性を示す。同図（ａ）は、雑音指数を示し、（ｂ）は信号光パワーを示す。

吸収損失比率は、以下に定義される。

第１の実施の形態では、Ｐ−ＥＤＦ１０１及びＰ−ＥＤＦ１０２の吸収損失ａの和をＡ、Ｐ−ＥＤＦ１０１，Ｐ−ＥＤＦ１０２，Ｐ−ＥＤＦ１０３の吸収損失ａの和をＢとする。第３の実施の形態では、Ｐ−ＥＤＦ１０１（または、図２０のＰ−ＥＤＦ２０１）の吸収損失ａをＡ、Ｐ−ＥＤＦ１０１及びＰ−ＥＤＦ１０３（または、図２０のＰ−ＥＤＦ２０３）の吸収損失ａの和をＢとする。これにより、吸収損失比率はＡをＢで割ったものである。

図２１により、雑損指数は、吸収損失比率が約30%以上のとき良好な値を示し、一方、信号光出力パワーは、吸収損失比率が約30%〜80%のとき良好な値を示すことがわかった。但し、雑音指数の良好な値とは、最低値6.0ｄＢの0.2dB以内である6.2dB以下の値である。また、信号光出力パワーの良好な値とは、相対値0dBの0.5dB以内である-0.5dB以上の値である。従って、上記の吸収損失比率は、雑音指数と信号光出力パワーと共に良好な値であるために、約30%〜80％であることが望ましいことがわかった。

［第５の実施の形態］
図２２は、本発明の第５の実施の形態におけるゲインブロックの構成を示す。同図において、図１９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図２２におけるＧＢ（ゲインブロック）は、図１９のゲインブロックと類似しているが、以下の点が主に異なる。

図２２に示すＧＢは、図１９のＧＢにＰ−ＥＤＦ６０５と利得等化フィルタ６０２及び、当該利得等化フィルタ６０２に対する、励起光のバイパスを追加した構成を有する。

具体的には、合波器６０４の後段に、図２２のａに示すように、Ｐ−ＥＤＦ６０５、その後段に分波器６０６、アイソレータ１０６、利得等化フィルタ１５０、アイソレータ１０７、合波器１２２を設けたものである。３つのＥＤＦ（Ｐ−ＥＤＦ１０１，Ｐ−ＥＤＦ１０３，Ｐ−ＥＤＦ６０５）の長さはそれぞれ、２７．６ｍ、２０ｍ、２０ｍ、また、それらの吸収損失ａは、それぞれ212dB、154dB，154dBである。

なお、同図のａに示すＰ−ＥＤＦ６０５、分波器６０６、アイソレータ１０６、利得等化フィルタ１５０、アイソレータ１０７、合波器１１２の組み合わせを１個のみ記載しているが、ｎ個設けることも可能である。

励起光源１６０から発した励起光は、Ｐ−ＥＤＦ１０１、分波器１０９、合波器６０４、Ｐ−ＥＤＦ６０５，分波器６０６、合波器１１２を経て、Ｐ−ＥＤＦ１０３に入射する。前述の第３の実施の形態におけるＧＢと本実施の形態におけるＧＢの主な性能の違いは、本実施の形態におけるＧＢの方が高い利得を有することである。当該ＧＢの利得は、トータルのＥＤＦ長が大きいほど高い。本実施の形態におけるＧＢのトータルＥＤＦ長及び利得は、それぞれ47.6ｍ、及び、約１５dB、一方、第３の実施の形態におけるＧＢのトータルＥＤＦ長及び利得は、それぞれ67.6ｍ、及び、約21dBであった。従って、本実施の形態のＧＢは、高い利得１つの励起光源１６０で得られるという利点を有する。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

本発明は、光ファイバ通信システムに用いられる光ファイバ増幅器に適用可能である。

本発明の原理構成図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＥＤＦＡの構成図である。 本発明の第１の実施の形態における第１のゲインブロックの構成図である。 本発明の第１の実施の形態における第２のゲインブロックの構成図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＥＤＦＡの詳細構成図である。 従来技術におけるＥＤＦＡ構成例である。 本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるゲインブロック利得スペクトルである。 本発明の第１の実施の形態における第１のゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの励起光波長依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態における第２のゲインブロックの雑音指数スペクトルの前段励起光波長依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態における第２のゲインブロックの最大雑音指数の前段励起光波長依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態における第２ゲインブロックの雑音指数スペクトルの後段励起光波長依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態における第２ゲインブロックの最大雑音指数の交換励起光波長依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ利得スペクトルを示す図である。 本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ雑音指数スペクトルの入力信号光パワー依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ最大雑音指数の入力信号光パワー依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ雑音指数スペクトルの中間光部品損失依存性のグラフである。 本発明の第１の実施の形態及び従来技術におけるＥＤＦＡ最大雑音指数の中間部品損失依存性のグラフである。 本発明の第２の実施の形態におけるＥＤＦＡの構成図である。 本発明の第３の実施の形態における第３のゲインブロックの構成図である。 本発明の第３の実施の形態における第４のゲインブロックの構成図である。 本発明における雑音指数及び信号光出力パワーのＥＤＦ吸収損失依存性のグラフである。 本発明の第５の実施の形態における第５のゲインブロックの構成図である。 第１の従来技術におけるゲインブロック構成図である。 第２の従来技術におけるゲインブロック構成図である。 従来技術のＥＤＦＡ構成である。

符号の説明

１０ 前段ゲインブロック
２０ 後段ゲインブロック
２１ 利得等化器
２２ 光部品
１００ ゲインブロック、前段ゲインブロック
１０１ 第１のエルビウム添加ファイバ、Ｐ−ＥＤＦ
１０２ Ｐ−ＥＤＦ
１０３ 第２のエルビウム添加ファイバ、Ｐ−ＥＤＦ
１０４，１０５，１０６，１０７，１０８ アイソレータ
１０９ 分波器
１１０ 合分波器
１１１，１１２ 合波器
１５０ 利得等化器
１６０ 励起光源
１７０ 励起光反射器
２００ ゲインブロック、後段ゲインブロック
２０１，２０２，２０３ Ｐ−ＥＤＦ
２０４，２０５，２０６，２０７，２０８ アイソレータ
２０９ 合分波器
２１１，２２２ 合波器
２５０ 利得等化器、利得等化フィルタ
２６０，２７０ 励起光源
２８０ 励起光反射器
３００ 光部品
４００ 可変減衰器
５００ 前段ゲインブロック
５０１，５０２，５０３ Ｐ−ＥＤＦ
５０４，５０５，５０６，５０７，５０８ アイソレータ
５０９ 合分波器
５１０、５１１ 合波器
５６０，５７０ 励起光源
５８０ 励起光反射器
６０１，６０３ アイソレータ
６０２ 利得等化フィルタ
６０４ 合波器
６０５ Ｐ−ＥＤＦ
６０６ 分波器

Claims (10)

1. 光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
   利得媒質としての縦列接続配置された第１のエルビウム添加ファイバ（第１のＥＤＦ）と、第２のエルビウム添加ファイバ（第２のＥＤＦ）と、
   前記第１のＥＤＦと前記第２のＥＤＦに対して励起光を発する第１の励起光源と、
   前記第１のＥＤＦの信号光入射側に設置した、1.56μｍから1.62μｍの波長域に少なくとも１波長を有する入射信号光と前記第１の励起光源から出力される励起光を合波する第１の合波器と、
   前記第１のＥＤＦと前記第２のＥＤＦとの間に設置され、利得偏差を等化する第１の利得等化器と、
   を有するゲインブロックを少なくとも１つ有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
2. 前記第１のＥＤＦの前段に設置したｎ−１個の第３のエルビウム添加ファイバ（第３のＥＤＦ）と、
   ｎ個のＥＤＦの間のアイソレータと、
   を有する請求項１記載の光ファイバ増幅器。
3. 前記第１のＥＤＦの後段に設置した第２の利得等化器と、
   前記第２の利得等化器と前記第１の利得等化器の間に設置した第３のエルビウム添加ファイバ（第３のＥＤＦ）と、からなる組合せをＮ（Ｎ≧１）組交互に設ける
   請求項１または２記載の光ファイバ増幅器。
4. 前記第１のＥＤＦの後段に設置した、信号光と前記励起光を分波する第１の分波器と、
   前記第１の利得等化器の後段に設置し、前記分波器の励起光透過ポートが、励起光透過ポートに接続された、前記信号光と前記励起光を合波する第２の合波器と、
   を有する請求項１または２記載の光ファイバ増幅器。
5. 前記第１の合波器の後段に設置した第４のエルビウム添加ファイバ（第４のＥＤＦ）と、
   前記第４のＥＤＦの信号光を分波する第２の分波器と、
   前記第２の分波器の後段に設置した第２の利得等化器と、
   前記第２の分波器で分波された前記信号光と前記第２の利得等化器の出力光を合波する第３の合波器と、からなる組み合わせをＮ（Ｎ≧１）組接続する
   請求項４記載の光ファイバ増幅器。
6. 前記第２のＥＤＦの後段に設置した、前記信号光と前記励起光を合波または分波する第１の合分波器と、
   前記第１の合分波器の励起光透過ポートに接続した励起光反射器と、
   を有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の光ファイバ増幅器。
7. 励起光を発する第２の励起光源と、
   前記第２のＥＤＦの前段に設置した、前記信号光と前記第２の励起光源から出力された励起光を合波する第３の合波器と、
   を有する請求項１乃至６のいずれか１項記載の光ファイバ増幅器。
8. 前記第２のＥＤＦの後段に設置した、信号光と前記第1の励起光源から出力された励起光を分波する第３の分波器と、
   前記第３の分波器の励起光透過ポートに接続した、励起光反射器と、
   を有する請求項７記載の光ファイバ増幅器。
9. 光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
   請求項４，６に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第１のゲインブロックと、
   請求項７，８に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第２のゲインブロックと、
   を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
10. 光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
    請求項７，８に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第１のゲインブロックと、
    請求項７，８に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第２のゲインブロックと、
    を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。