JP2842481B2 - Optical amplifier - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は希土類元素をドープした希土類ドープファイ
バまたは希土類ドープ光導波路を用いて構成される光増
幅器に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical amplifier configured using a rare earth doped fiber or a rare earth doped optical waveguide doped with a rare earth element.
背景技術 現在実用化されている光ファイバ通信システムにおい
ては、光ファイバの損失による光信号の減衰を補償する
ために、一定距離毎に中継器を挿入している。中継器で
は、光信号をフォトダイオードにより電気信号に変換し
て、電子増幅器により信号を増幅した後、半導体レーザ
等により光信号に変換し、光ファイバ伝送路に再び送り
出すという構成をとっている。もし、この光信号を低雑
音で直接光信号のまま増幅することができれば、光中継
器の小型化、経済化を図ることができる。BACKGROUND ART In an optical fiber communication system currently in practical use, repeaters are inserted at regular intervals in order to compensate for attenuation of an optical signal due to loss of an optical fiber. The repeater converts an optical signal into an electric signal using a photodiode, amplifies the signal using an electronic amplifier, converts the signal into an optical signal using a semiconductor laser or the like, and sends the signal again to an optical fiber transmission line. If this optical signal can be directly amplified with low noise as it is, the optical repeater can be reduced in size and economical.
そこで、光信号を直接増幅できる光増幅器の研究が盛
んに進められており、研究の対象とされている光増幅器
を大別すると(a)希土類元素(Er,Nb,Yb等)をドープ
した光ファイバとポンピング光を組み合わせたもの、
(b)希土類元素をドープした半導体レーザによるも
の、(c)光ファイバ中の非線形効果を利用したものが
ある。Therefore, research on optical amplifiers capable of directly amplifying optical signals is being actively pursued, and the optical amplifiers to be studied are roughly classified into (a) optical amplifiers doped with rare earth elements (Er, Nb, Yb, etc.). A combination of fiber and pumping light,
There are (b) a semiconductor laser doped with a rare earth element, and (c) a non-linear effect in an optical fiber.
このうち(a)の希土類ドープファイバとポンピング
光を組み合わせた光増幅器は、偏波依存性がないこと、
低雑音であること、伝送路との結合損失が小さいといっ
た優れた特徴があり、光ファイバ伝送システムにおける
伝送中継距離の飛躍的増大、光信号の多数への分配を可
能にすると期待されている。Among them, the optical amplifier combining the rare-earth-doped fiber and the pumping light of (a) has no polarization dependency,
It has excellent features such as low noise and small coupling loss with a transmission line, and is expected to enable a dramatic increase in transmission repeater distance and distribution of optical signals to a large number in an optical fiber transmission system.
第1図に希土類ドープファイバによる光増幅の原理を
示す。2はコア2a及びクラッド2bから構成された光ファ
イバであり、コア2a中にエルビウム(Er)がドープされ
ている。このようなErドープファイバ2にポンピング光
が入射されると、Er原子が高いエネルギーレベルに励起
される。このように高いエネルギーレベルに励起された
光ファイバ2中のEr原子に信号光が入ってくると、Er原
子が低いエネルギーレベルに遷移するが、このとき光の
誘導放出が生じ、信号光のパワーが光ファイバに沿って
次第に大きくなり信号光の増幅が行われる。FIG. 1 shows the principle of optical amplification by a rare earth doped fiber. Reference numeral 2 denotes an optical fiber composed of a core 2a and a clad 2b, and the core 2a is doped with erbium (Er). When pumping light is incident on such Er-doped fiber 2, Er atoms are excited to a high energy level. When the signal light enters the Er atoms in the optical fiber 2 pumped to the high energy level, the Er atoms transition to the low energy level. At this time, stimulated emission of light occurs, and the power of the signal light is increased. Gradually increases along the optical fiber, and signal light is amplified.
尚、コア2a内におけるErのドープ濃度は、Erドープフ
ァイバ2の長手方向及び半径方向に対して一般的に一様
である。The Er doping concentration in the core 2a is generally uniform in the longitudinal direction and the radial direction of the Er-doped fiber 2.
上述した光増幅の原理に従うと、ポンピング光は希土
類ドープファイバ内の希土類原子を高いエネルギーレベ
ルに励起する際にエネルギーを消費するので、ポンピン
グ光が希土類ドープファイバ内を伝搬するに従って、ポ
ンピング光パワーの吸収が生じることになる。一方、あ
る一定のしきい値強度よりも小さいポンピング光パワー
では、光増幅が行われるのに十分な希土類原子の励起が
発生しないことが知られている。従って、コア中への希
土類元素のドープ濃度が一様である希土類ドープファイ
バを用いた光増幅器にあっては、希土類元素がドープさ
れていることによりかえって信号光及び励起光のパワー
の損失を生じさせることがある。よって、上述したよう
な従来構成の光増幅器は、増幅効率(一定入力のポンピ
ング光に対する信号光の増幅度合)の増大を図るのに適
しているとは言えない。According to the principle of optical amplification described above, the pumping light consumes energy when exciting the rare earth atoms in the rare earth doped fiber to a high energy level, so that as the pumping light propagates through the rare earth doped fiber, the power of the pumping light is reduced. Absorption will occur. On the other hand, it is known that pumping light power smaller than a certain threshold intensity does not generate enough excitation of rare earth atoms for optical amplification. Therefore, in an optical amplifier using a rare-earth-doped fiber in which the doping concentration of the rare-earth element in the core is uniform, the power loss of the signal light and the pump light is caused by the doping of the rare-earth element. May be caused. Therefore, the optical amplifier having the conventional configuration as described above cannot be said to be suitable for increasing the amplification efficiency (the amplification degree of the signal light with respect to the constant input pump light).
よって本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を
克服し、増幅効率の増大を図るのに適した光増幅器を提
供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an optical amplifier suitable for overcoming the above-mentioned problems of the prior art and increasing amplification efficiency.
発明の開示 本発明の一側面によると、希土類元素をドープした希
土類ドープファイバに信号光及びポンピング光を伝搬さ
せて信号光の増幅を行うようにした光増幅器において、
上記希土類ドープファイバの希土類元素がドープされて
いる部分の径を上記ポンピング光の伝搬方向に向かって
徐々に小さくした光増幅器が提供される。ポンピング光
の伝搬方向は信号光と同方向または逆方向のいずれであ
ってもよい。DISCLOSURE OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, in an optical amplifier configured to propagate signal light and pumping light to a rare earth-doped fiber doped with a rare earth element to amplify the signal light,
There is provided an optical amplifier in which the diameter of a portion of the rare-earth-doped fiber doped with a rare-earth element is gradually reduced in the propagation direction of the pumping light. The propagation direction of the pumping light may be either the same direction as the signal light or the opposite direction.
上記希土類元素がドープされている部分の径をポンピ
ング光の伝搬方向に向かって徐々に小さくする手段とし
ては、希土類ドープファイバを加熱延伸して希土類元素
がドープされている部分の径を連続的に変化させるよう
にする。他の手段としては、希土類元素がドープされて
いる部分の径が異なる複数の希土類ドープファイバを直
列に接続するようにしてもよい。As means for gradually reducing the diameter of the portion doped with the rare earth element in the propagation direction of the pumping light, the diameter of the portion doped with the rare earth element is continuously increased by heating and stretching the rare earth doped fiber. Let it change. As another means, a plurality of rare-earth-doped fibers having different diameters at portions where the rare-earth element is doped may be connected in series.
本発明の他の側面によると、希土類元素をドープした
希土類ドープ光導波路に信号光及びポンピング光を伝搬
させて信号光の増幅を行うようにした光増幅器におい
て、上記希土類ドープ光導波路の希土類元素がドープさ
れている部分の幅を上記ポンピング光の伝搬方向に向か
って徐々に狭くした光増幅器が提供される。According to another aspect of the present invention, in an optical amplifier configured to propagate signal light and pumping light to a rare-earth-doped optical waveguide doped with a rare-earth element to amplify the signal light, the rare-earth element in the rare-earth-doped optical waveguide is An optical amplifier is provided in which the width of the doped portion is gradually reduced in the propagation direction of the pumping light.
図面の簡単な説明 第1図は希土類ドープファイバによる光増幅の原理を
示す模式図、 第2A図及び第2B図は本発明の原理を説明する模式図、 第3図は第2A図の各点における光強度分布を説明する
図、 第4図は本発明の実施例に係る光増幅器の構成図、 第5A図及び第5B図は上流側ファイバ及び下流側ファイ
バの断面図、 第6図は本発明の他の実施例に係る光増幅器の構成
図、 第7A図及び第7B図は延伸ファイバの製造方法説明図、 第8図は本発明の更に他の実施例に係る光増幅器の構
成図、 第9図は第8図に示した光導波路の拡大図、 第10図は本発明の更に他の実施例に係る光増幅器の構
成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of optical amplification by a rare earth doped fiber, FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams illustrating the principle of the present invention, and FIG. 3 is each point in FIG. 2A. FIG. 4 is a configuration diagram of an optical amplifier according to an embodiment of the present invention, FIG. 5A and FIG. 5B are cross-sectional views of an upstream fiber and a downstream fiber, and FIG. FIG. 7A and FIG. 7B are explanatory diagrams of a method of manufacturing a stretched fiber, FIG. 8 is a structural diagram of an optical amplifier according to still another embodiment of the present invention, FIG. 9 is an enlarged view of the optical waveguide shown in FIG. 8, and FIG. 10 is a configuration diagram of an optical amplifier according to still another embodiment of the present invention.
発明を実施するための最良の態様 まず、第2A図及び第2B図を参照して、本発明の原理を
説明する。第2A図は信号光及びポンピング光が希土類ド
ープファイバ2を同方向に伝搬する場合、第2B図は信号
光及びポンピング光が希土類ドープファイバ2を互いに
逆方向に伝搬する場合を示している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. FIG. 2A shows a case where the signal light and the pumping light propagate in the same direction in the rare-earth doped fiber 2, and FIG. 2B shows a case where the signal light and the pumping light propagate in the rare earth-doped fiber 2 in the opposite directions.
本発明の光増幅器は、希土類ドープファイバ2に信号
光及びポンピング光を伝搬させて信号光の増幅を行うよ
うにした光増幅器において、希土類ドープファイバ2の
希土類元素がドープされている部分の径を、破線で示す
ようにポンピング光の伝搬方向に向かって徐々に小さく
したものである。In the optical amplifier of the present invention, the signal light and the pumping light are propagated through the rare-earth doped fiber 2 to amplify the signal light, and the diameter of the portion of the rare-earth doped fiber 2 where the rare-earth element is doped is adjusted. , As shown by the broken line, gradually reduced in the propagation direction of the pumping light.
信号光及びポンピング光が希土類ドープファイバ2を
同方向に伝搬するようにするか、または信号光及びポン
ピング光が希土類ドープファイバ2を逆方向に伝搬する
ようにするかは、本発明の光増幅器が適用される光通信
システム等の構成に応じて選択することができる。Whether the signal light and the pumping light propagate through the rare-earth doped fiber 2 in the same direction, or whether the signal light and the pumping light propagate through the rare earth-doped fiber 2 in the opposite direction are determined by the optical amplifier of the present invention. The selection can be made according to the configuration of the applied optical communication system or the like.
第2A図において、A点は希土類ドープファイバ2の信
号光及びポンピング光の伝搬方向上流側の位置、C点は
下流側の位置、B点はA点とC点の間の位置を示す。第
3図の(A),(B),(C)はそれぞれ第2A図のA,B,
C点におけるポンピング光の強度分布を示すグラフであ
り、縦軸はポンピング光の電界振幅、横軸は希土類ドー
プファイバ2の半径方向の位置を示す。In FIG. 2A, point A indicates a position on the upstream side in the propagation direction of the signal light and pumping light of the rare earth doped fiber 2, point C indicates a position on the downstream side, and point B indicates a position between points A and C. (A), (B) and (C) of FIG. 3 are A, B, and
It is a graph showing the intensity distribution of the pumping light at point C, where the vertical axis represents the electric field amplitude of the pumping light and the horizontal axis represents the position of the rare-earth doped fiber 2 in the radial direction.
ポンピング光はファイバ中央部の電界振幅が高くなる
いわゆるガウス型分布をなし、その振幅は、ポンピング
光が希土類原子を励起させることによって、伝搬方向に
沿って次第に小さくなっている。第3図においてPthで
示されるレベルは、それよりも大きいレベルでは光増幅
がなされ、それ以下のレベルでは光増幅がなされないし
きい値レベルである。Ra,Rb,RcはそれぞれA,B,C点に
おいてしきい値Pthよりも大きい電界振幅を与える部分
の半径を示しており、これらの関係は、 Rc<Rb<Ra である。例えばB点についてみると、半径Rbの部分より
も外側の部分においては、希土類元素がドープされてい
たとしても何等光増幅に寄与せず、むしろこの希土類元
素の存在によってポンピング光が減衰し、効率的な光増
幅が困難になる。本発明の構成では、希土類ドープファ
イバ2の希土類元素がドープされている部分の径をポン
ピング光の伝搬方向に向かって徐々に小さくするように
しているので、第3図により説明したような、光増幅に
寄与せずしかもポンピング光を減衰させる有害な希土類
元素のドープ領域がなくなり、あるいは小さくなり、増
幅効果の増大を図るのに適した光増幅器が提供される。The pumping light has a so-called Gaussian distribution in which the electric field amplitude at the center of the fiber increases, and the amplitude gradually decreases along the propagation direction due to the pumping light exciting the rare earth atoms. The level indicated by Pth in FIG. 3 is a threshold level at which light amplification is performed at a level higher than the threshold and at which no light amplification is performed. R a , R b , and R c indicate the radii of the portions giving the electric field amplitude larger than the threshold value P th at the points A, B, and C, respectively, and the relation between them is as follows: R c <R b <R a It is. For example, regarding the point B, even if the rare earth element is doped, it does not contribute to optical amplification at any part outside the part of the radius Rb , but the pumping light is attenuated by the presence of the rare earth element, Efficient optical amplification becomes difficult. In the configuration of the present invention, the diameter of the portion of the rare-earth doped fiber 2 where the rare-earth element is doped is gradually reduced in the direction of propagation of the pumping light. There is provided an optical amplifier suitable for increasing the amplification effect by eliminating or reducing a harmful rare earth element doped region which does not contribute to amplification and attenuates pumping light.
第2B図に示した信号光とポンピング光が逆方向に伝搬
される、いわゆるバックワードポンピングの場合も、そ
の作用は第2A図に示したフォワードポンピングの場合と
同様である。In the case of so-called backward pumping in which the signal light and pumping light shown in FIG. 2B are propagated in opposite directions, the operation is similar to that of the forward pumping shown in FIG. 2A.
次に本発明の具体的実施例について説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.
第4図は本発明の実施例を示す光ファイバ増幅器の構
成図であり、希土類元素がドープされている部分の径が
異なる複数(この実施例では二つ)の希土類ドープファ
イバ21,22を直列に接続することによって、希土類ドー
プファイバにおける希土類元素がドープされている部分
の径をポンピング光の伝搬方向に向かって徐々に小さく
するようにしている。希土類ドープファイバ21,22の接
続は例えば融着(スプライシング)によりなされる。直
列接続された希土類ドープファイバ21,22の両端には、
同じく例えば融着により、増幅すべき信号光を伝搬させ
る入力側光ファイバ4と増幅された光を伝搬させる出力
側光ファイバ6とがそれぞれ接続されている。FIG. 4 is a block diagram of an optical fiber amplifier showing an embodiment of the present invention. A plurality (two in this embodiment) of rare earth-doped fibers 21 and 22 having different diameters of a portion doped with a rare earth element are connected in series. The diameter of the portion of the rare-earth-doped fiber where the rare-earth element is doped is gradually reduced in the propagation direction of the pumping light. The connection of the rare earth doped fibers 21 and 22 is made by, for example, fusion (splicing). At both ends of the rare earth doped fibers 21 and 22 connected in series,
Similarly, the input side optical fiber 4 for transmitting the signal light to be amplified and the output side optical fiber 6 for transmitting the amplified light are connected, for example, by fusion.
入力側光ファイバ4の途中部分には、それとは別のも
う一本の光ファイバを側面融着させ融着部分を延伸させ
ることによって、ファイバ融着型光カプラ8が形成され
ている。ファイバ融着型光カプラ8において、入力側光
ファイバ4に相当する部分は第1入力ポート8a及び第1
出力ポート8cをなし、上記もう一本の光ファイバに相当
する部分は第2入力ポート8b及び第2出力ポート8dをな
す。第2入力ポート8bにはポンピング光源となる半導体
レーザ10が接続されている。A fiber fusion type optical coupler 8 is formed in the middle part of the input side optical fiber 4 by fusing another optical fiber to the side and extending the fusion portion. In the fiber fusion type optical coupler 8, the portion corresponding to the input side optical fiber 4 is the first input port 8a and the first input port 8a.
A portion corresponding to the other optical fiber forms an output port 8c, and forms a second input port 8b and a second output port 8d. A semiconductor laser 10 serving as a pumping light source is connected to the second input port 8b.
ドープされた希土類元素がエルビウム(Er)である場
合において、波長が1.55μm帯の信号光を増幅するとき
には、ポンピング光の波長としては、0.80μm帯、0.98
μm帯、1.48μm帯等が選択される。このように選択さ
れたポンピング光及び信号光が高効率で希土類ドープフ
ァイバに入射するように、第1入力ポート8aに入力した
信号光のほぼ100%が第1出力ポート8cに導かれ、第2
入力ポート8bに入力した励起のほぼ100%が同じく第1
出力ポート8cに導かれるように、ファイバ融着型光カプ
ラ8の構造パラメータが設定されている。In the case where the doped rare earth element is erbium (Er), when amplifying the signal light having a wavelength of 1.55 μm, the wavelength of the pumping light is 0.80 μm, 0.98 μm.
A μm band, a 1.48 μm band, or the like is selected. Almost 100% of the signal light input to the first input port 8a is guided to the first output port 8c so that the pump light and the signal light selected in this way are incident on the rare-earth doped fiber with high efficiency.
Almost 100% of the excitation input to input port 8b is also the first
The structural parameters of the fiber-fused optical coupler 8 are set so as to be guided to the output port 8c.
信号光及びポンピング光の伝搬方向の上流側に位置す
る希土類ドープファイバ21を上流側ファイバと称し、下
流側に位置する希土類ドープファイバ22を下流側ファイ
バと称し、これらの断面構成をそれぞれ第5A図及び第5B
図に示す。上流側ファイバ21はクラッド21aとこれより
も屈折率が高いコア21bとからなり、コア21bにはErが一
様濃度でドープされている。下流側ファイバ22はクラッ
ド22aと第1コア22b、第2コア22cとからなり、第1コ
ア22b及び第2コア22cにおける屈折率分布は上流側ファ
イバのコア21bの屈折率分布と同一であり、クラッド22a
の屈折率は上流側ファイバのクラッド21aの屈折率と同
一である。The rare-earth-doped fiber 21 located on the upstream side in the propagation direction of the signal light and the pumping light is referred to as an upstream fiber, and the rare-earth-doped fiber 22 located on the downstream side is referred to as a downstream fiber. And 5B
Shown in the figure. The upstream fiber 21 includes a cladding 21a and a core 21b having a higher refractive index than the cladding 21a, and the core 21b is doped with Er at a uniform concentration. The downstream fiber 22 includes a clad 22a, a first core 22b, and a second core 22c, and the refractive index distribution in the first core 22b and the second core 22c is the same as the refractive index distribution of the core 21b of the upstream fiber, Clad 22a
Is the same as the refractive index of the cladding 21a of the upstream fiber.
下流側ファイバの第1コア22b、第2コア22cにおいて
は、中央部に相当する第2コア22cにのみErが一様濃度
でドープされている。下流側ファイバ22のようにコアの
特定部分にのみ希土類元素がドープさせるには、例え
ば、MCVD法によりプリフォームを製造する際して、石英
反応管の内壁に希土類元素がドープされていないコアガ
ラスを形成し、その上に希土類元素がドープされている
コアガラスを形成すればよい。In the first core 22b and the second core 22c of the downstream fiber, only the second core 22c corresponding to the central portion is doped with Er at a uniform concentration. In order to dope a rare earth element only in a specific portion of the core like the downstream fiber 22, for example, when manufacturing a preform by the MCVD method, a core glass in which the inner wall of the quartz reaction tube is not doped with the rare earth element is used. May be formed, and a core glass doped with a rare earth element may be formed thereon.
この実施例では上流側ファイバ21及び下流側ファイバ
22からなる2本の希土類ドープファイバを用いている
が、下流側ファイバ22の製造方法に準じて希土類元素が
ドープされている部分の径が異なる複数の希土類ドープ
ファイバを製造し、これからの希土類ドープファイバを
上記径がポンピング光の伝搬方向に向かって減少するよ
うに直列に接続してもよい。又、この実施例ではドープ
されたErの濃度が径方向に一様になるようにしている
が、ドープされた希土類元素の濃度分布が伝搬光の強度
分布と同様に中心部において高くなるようなものとし
て、効率的な光増幅を図るようにしてもよい。In this embodiment, the upstream fiber 21 and the downstream fiber
Although two rare earth-doped fibers consisting of 22 are used, a plurality of rare earth-doped fibers having different diameters of the portion doped with the rare earth element are manufactured according to the method of manufacturing the downstream fiber 22, and the rare earth doped fiber from this is manufactured. The fibers may be connected in series such that the diameter decreases in the direction of propagation of the pumping light. Further, in this embodiment, the concentration of the doped Er is made uniform in the radial direction, but the concentration distribution of the doped rare earth element becomes higher in the center as in the intensity distribution of the propagating light. As an alternative, efficient optical amplification may be achieved.
第4図に示した光ファイバ増幅器において、入力した
信号光及び半導体レーザ10からのポンピング光がファイ
バ融着型光カプラ8において加え合わされて上流側ファ
イバ21に入射すると、まだ吸収されずに十分な強度を有
しているポンピング光によって信号は増幅される。この
光増幅によって相対的に小さい強度分布となったポンピ
ング光と増幅された信号光とが下流側ファイバ22に入射
すると、この下流側ファイバのErがドープされている第
2コア22cの径は上流側ファイバのコア21bの径よりも小
さいので、不所望なポンピング光の吸収を生じさせるこ
となしに、効率的な光増幅がなされる。こり原理を光導
波路に応用し、Erがドープされている光導波路の幅が異
なる光導波路基板を多段接続しても同様の光増幅ができ
る。In the optical fiber amplifier shown in FIG. 4, when the input signal light and the pumping light from the semiconductor laser 10 are combined in the fiber fusion type optical coupler 8 and incident on the upstream fiber 21, there is not enough absorption yet. The signal is amplified by the pumping light having intensity. When the pumping light and the amplified signal light having a relatively small intensity distribution due to the optical amplification enter the downstream fiber 22, the diameter of the Er-doped second core 22c of the downstream fiber becomes upstream. Since the diameter is smaller than the diameter of the core 21b of the side fiber, efficient optical amplification is performed without causing unwanted absorption of pumping light. Applying this principle to an optical waveguide, the same optical amplification can be performed even when multiple optical waveguide substrates having different widths of Er-doped optical waveguides are connected in multiple stages.
第6図は本発明の他の実施例を示す光ファイバ増幅器
の構成図であり、上述した実施例におけるものと同一の
部分には同一の符号が付されている。この実施例では、
上流側ファイバ21及び下流側ファイバ22に代えて、希土
類元素がドープされている部分の径が連続的に変化する
ようにされている希土類ドープファイバ23を用いること
によって、希土類ドープファイバにおける希土類元素が
ドープされている部分の径を励起光の伝搬方向に向かっ
て徐々に小さくするようにしている。このようにErがド
ープされている部分の径が連続的に小さくなるようにす
るには、例えば次のようにする。まず、第7A図に示すよ
うに、所定長さの希土類ドープファイバ2の概略中央部
分の加熱温度が高くなるように希土類ドープファイバ2
をバーナ12により加熱して図中矢印方向に延伸すること
によって、第7B図に示すように、中央部の径が端部の径
よりも小さい希土類ドープファイバ2′を形成する。そ
してこの希土類ドープファイバ2′を中央部分にて切断
することによって、Erがドープされている部分の径が連
続的に小さくなるような希土類ドープファイバ23(延伸
ファイバ)を得る。第7A図及び第7B図中破線で示されて
いるのは、延伸ファイバ等においてErがドープされてい
る部分を表す。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an optical fiber amplifier according to another embodiment of the present invention, in which the same reference numerals are given to the same portions as those in the above-described embodiment. In this example,
By using the rare earth-doped fiber 23 in which the diameter of the portion doped with the rare earth element is continuously changed instead of the upstream fiber 21 and the downstream fiber 22, the rare earth element in the rare earth doped fiber is reduced. The diameter of the doped portion is gradually reduced in the direction of propagation of the excitation light. In order to continuously reduce the diameter of the portion doped with Er as described above, for example, the following is performed. First, as shown in FIG. 7A, the rare-earth-doped fiber 2 is heated so that the heating temperature at the approximate center of the rare-earth-doped fiber 2 of a predetermined length becomes high.
Is heated by the burner 12 and stretched in the direction of the arrow in the figure to form a rare-earth doped fiber 2 'having a diameter at the center smaller than that at the end as shown in FIG. 7B. Then, by cutting the rare earth doped fiber 2 ′ at the central portion, a rare earth doped fiber 23 (drawn fiber) is obtained in which the diameter of the portion doped with Er is continuously reduced. The broken lines in FIGS. 7A and 7B show portions of the drawn fiber or the like where Er is doped.
この実施例によると、希土類ドープファイバの希土類
元素がドープされている部分の径が連続的に変化するよ
うにしているので、上記径が段階的に変化する前実施例
と比較して、より増幅効率が高い光ファイバ増幅器の提
供が可能になる。According to this embodiment, since the diameter of the portion of the rare-earth-doped fiber where the rare-earth element is doped changes continuously, compared to the previous embodiment in which the above-mentioned diameter changes stepwise, more amplification is achieved. An optical fiber amplifier with high efficiency can be provided.
これまでに説明した実施例では、信号光及び励起光が
希土類ドープファイバを同方向に伝搬するようにしてい
るが、信号光及び励起光が希土類ドープファイバを逆方
向に伝搬するようにしてもよい。In the embodiments described above, the signal light and the pumping light propagate in the same direction through the rare-earth-doped fiber. However, the signal light and the pumping light may propagate in the opposite direction through the rare-earth-doped fiber. .
次に第8図を参照して、Er等の希土類元素がドープさ
れた希土類ドープ光導波路を使用した本発明の更に他の
実施例について説明する。入力側光ファイバ4から入力
する信号光とポンピング光用の半導体レーザ(LD)10か
ら出射するポンピング光は、ファィバ融着型光カプラ8
で合波される。このように合波された信号光とポンピン
グ光は一対のレンズ25,26により導波路基板27上に形成
された光導波路28に結合される。光導波路28内には第9
図に示すように、ErがドープされたErドープ部分29がポ
ンピング光の伝搬方向に沿って次第に幅が狭くなるよう
に形成れている。光導波路28中にErドープ部分29をその
幅を制御しながら形成するのは、例えば熱拡散法により
可能である。本実施例では、導波路28に入射されたポン
ピング光は、導波路28内のErを高エネルギーレベルに励
起する際エネルギーを失うため、導波路28内を伝搬する
につれてポンピング光パワーが減衰する。本実施例のよ
うに、導波路28内のErドープ範囲をポンピング光パワー
の減衰に合わせて連続的に狭くなるように形成すれば、
しきい値以下のポンピング光がErにより吸収されるのを
防ぐことができる。Erドープ光導波路28で増幅された信
号光は一対のレンズ30,31により出力側光ファイバ6に
結合される。Next, another embodiment of the present invention using a rare earth doped optical waveguide doped with a rare earth element such as Er will be described with reference to FIG. The signal light input from the input side optical fiber 4 and the pumping light emitted from the semiconductor laser (LD) 10 for pumping light are converted into a fiber fusion type optical coupler 8.
Are multiplexed. The thus combined signal light and pumping light are coupled by a pair of lenses 25, 26 to an optical waveguide 28 formed on a waveguide substrate 27. The ninth optical waveguide 28
As shown in the drawing, the Er-doped portion 29 doped with Er is formed so that the width thereof is gradually reduced along the propagation direction of the pumping light. The Er-doped portion 29 can be formed in the optical waveguide 28 while controlling the width thereof, for example, by a thermal diffusion method. In the present embodiment, the pumping light incident on the waveguide 28 loses energy when exciting Er in the waveguide 28 to a high energy level, so that the pumping light power is attenuated as it propagates through the waveguide 28. As in this embodiment, if the Er doping range in the waveguide 28 is formed so as to be continuously narrowed in accordance with the attenuation of the pumping light power,
Pump light below the threshold can be prevented from being absorbed by Er. The signal light amplified by the Er-doped optical waveguide 28 is coupled to the output side optical fiber 6 by a pair of lenses 30 and 31.
第10図を参照すると、本発明のさらに他の実施例が示
されている。本実施例は導波路型の合波器35を用いて、
光増幅器を集積可能な構造としたものである。即ち、導
波路基板32には信号光が入射される光導波路33とポンピ
ングLD10からのポンピング光が入射される光導波路34が
形成されており、これらの光導波路33,34を伝搬してき
た信号光及びポンピング光は合波器35により合波され、
基板27に形成されたErドープ光導波路28に入射される。
導波路基板27と32はその導波路部分において光学接着剤
等により接着されている。Referring to FIG. 10, there is shown still another embodiment of the present invention. This embodiment uses a waveguide type multiplexer 35,
The optical amplifier has a structure that can be integrated. That is, an optical waveguide 33 on which signal light is incident and an optical waveguide 34 on which pumping light from the pumping LD 10 is incident are formed on the waveguide substrate 32, and the signal light propagating through these optical waveguides 33, 34 is formed. And the pumping light are multiplexed by the multiplexer 35,
The light enters the Er-doped optical waveguide formed on the substrate 27.
The waveguide substrates 27 and 32 are bonded at their waveguide portions with an optical adhesive or the like.
第8図及び第10図に示した実施例は、ポンピング光と
信号光の入射方向が同一である前方励起の実施例である
が、ポンピング光と信号光とを異なる方向から入射させ
る後方励起の場合にも同様の効果が得られる。The embodiment shown in FIGS. 8 and 10 is an embodiment of the forward pumping in which the incident directions of the pumping light and the signal light are the same, but the backward pumping in which the pumping light and the signal light are incident from different directions. In this case, the same effect can be obtained.
産業上の利用可能性 以上説明したように本発明によれば、希土類ドープフ
ァイバの希土類元素がドープされている部分の径をポン
ピング光の伝搬方向に向かって徐々に小さくしているの
で、増幅効率の増大を図るのに適した光増幅器の提供が
可能である。これは、希土類元素をドープした光導波路
の場合も同様である。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, the diameter of the portion of the rare-earth-doped fiber where the rare-earth element is doped is gradually reduced in the propagation direction of the pumping light. It is possible to provide an optical amplifier suitable for increasing the optical amplifier. This is the same in the case of an optical waveguide doped with a rare earth element.
増幅効果の増大が可能になると、比較的低出力な半導
体レーザをポンピング光源として用いることができるよ
うになる。また、増幅効率の増大が可能になると、ポン
ピング光源として用いる半導体レーザの出力が同等であ
る場合に、使用する希土類ドープファイバの長さを短く
することができ、コンパクトな光増幅器の提供が可能に
なる。When the amplification effect can be increased, a relatively low-power semiconductor laser can be used as a pumping light source. Further, when the amplification efficiency can be increased, the length of the rare-earth-doped fiber used can be shortened when the output of the semiconductor laser used as the pumping light source is equivalent, and a compact optical amplifier can be provided. Become.
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01S 3/17 G02B 6/12 Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01S 3/17 G02B 6/12
Claims (9)
イバに信号光及びポンピング光を伝搬させて上記信号光
の増幅を行うようにした光増幅器において、 上記希土類ドープファイバ希土類元素がドープされてい
る部分の径を上記ポンピング光の伝搬方向に向かって徐
々に小さくしたことを特徴とする光増幅器。An optical amplifier in which signal light and pumping light are propagated through a rare-earth-doped fiber doped with a rare-earth element to amplify the signal light, wherein the portion of the rare-earth-doped fiber doped with the rare-earth element is An optical amplifier having a diameter gradually reduced in a propagation direction of the pumping light.
プファイバを同方向に伝搬する請求の範囲第1項に記載
の光増幅器。2. The optical amplifier according to claim 1, wherein the signal light and the pumping light propagate in the rare-earth doped fiber in the same direction.
プファイバを逆方向に伝搬する請求の範囲第1項に記載
の光増幅器。3. The optical amplifier according to claim 1, wherein the signal light and the pumping light propagate in the rare-earth doped fiber in opposite directions.
異なる複数の希土類ドープファイバを直列に接続した請
求の範囲第1項に記載の光増幅器。4. The optical amplifier according to claim 1, wherein a plurality of rare-earth-doped fibers having different diameters at portions where the rare-earth element is doped are connected in series.
土類ドープファイバ(23)の希土類元素がドープされて
いる部分の径が連続的に変化するようにした請求の範囲
第1項に記載の光増幅器。5. The light according to claim 1, wherein the rare-earth-doped fiber is heated and stretched so that the diameter of the rare-earth-doped portion of the rare-earth-doped fiber is continuously changed. amplifier.
波路に信号光及びポンピング光を伝搬させて上記信号の
増幅を行うようにした光増幅器において、 上記希土類ドープ光導波路の希土類元素がドープされて
いる部分の幅を上記ポンピング光の伝搬方向に向かって
徐々に狭くしたことを特徴とする光増幅器。6. An optical amplifier in which signal light and pumping light are propagated through a rare earth-doped optical waveguide doped with a rare earth element to amplify the signal, wherein the rare earth element of the rare earth doped optical waveguide is doped. An optical amplifier characterized in that the width of the portion is gradually narrowed in the propagation direction of the pumping light.
プ光導波路を同方向に伝搬する請求の範囲第6項に記載
の光増幅器。7. The optical amplifier according to claim 6, wherein the signal light and the pumping light propagate in the rare-earth-doped optical waveguide in the same direction.
プ光導波路を逆方向に伝搬する請求の範囲第6項に記載
の光増幅器。8. The optical amplifier according to claim 6, wherein the signal light and the pumping light propagate in the rare earth doped optical waveguide in opposite directions.
異なる複数の希土類ドープ光導波路を直列に接続した請
求の範囲第6項に記載の光増幅器。9. The optical amplifier according to claim 6, wherein a plurality of rare-earth-doped optical waveguides having different widths in a portion doped with a rare-earth element are connected in series.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP51544890A JP2842481B2 (en) | 1989-11-20 | 1990-11-16 | Optical amplifier |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2004075364A1 (en) * | 2003-02-21 | 2006-06-01 | 富士通株式会社 | Optical amplifier using delayed phase matching fiber |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP51544890A patent/JP2842481B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2004075364A1 (en) * | 2003-02-21 | 2006-06-01 | 富士通株式会社 | Optical amplifier using delayed phase matching fiber |
US8194309B2 (en) | 2003-02-21 | 2012-06-05 | Fujitsu Limited | Optical amplifier using delayed phase matching fiber |
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