JP3883443B2

JP3883443B2 - 光ファイバ増幅器

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Publication number: JP3883443B2
Application number: JP2002030342A
Authority: JP
Inventors: 浩次増田; 淳森; 浩孝小野; 真一青笹; 誠清水
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2003110178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ増幅器に関し、特に光ファイバを用いて通信を行う光ファイバ通信システムに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術に係る光ファイバ増幅器を図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）に示す。これらの図に示す光ファイバ増幅器は、何れもツリウム（Ｔｍ）添加光ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ）とファイバラマン増幅器（略してラマン増幅器、ＦＲＡ）を信号光の伝搬に関して直列接続した構成を有する。ただし、図１３（ａ）に示す構成（参考文献［１］ K.Fukuchi et al.,OFC, PD24, 2001）は、分布増幅型ラマン増幅器を、図１３（ｃ）に示す構成（参考文献［２］ J.Masum-Thomas et al.,OFC, WDD9, 2001 ）は、集中増幅型ラマン増幅器を用いている。また、図１３（ｂ）に示す構成（参考文献［３］ J.Bromage et al.,OFC, PD4, 2001 ）は、分布増幅型ラマン増幅器と集中増幅型ラマン増幅器を直列接続した構成を有する。
【０００３】
ＴＤＦＡの利得媒質はツリウム添加ファイバ（ＴＤＦ）、またＦＲＡの利得媒質はシリカファイバである。ただし、シリカファイバはＦＲＡが分布増幅型の場合には、伝送線路である伝送ファイバであり、またＦＲＡが集中増幅型の場合には、ボビン等に巻取って収容するなどしたファイバ（ラマンファイバ）である。図１３において、励起光源の付帯記号は、ＴＤＦＡおよび集中増幅型ＦＲＡに対するものをＬで、分布増幅型ＦＲＡに関するものをＤで表し、励起光源−Ｌ１、などのように表記している。
【０００４】
さらに、従来技術に係る光ファイバ増幅器の他の構成（参考文献［１］）を図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示す。本構成は、図１３（ａ）に示すものに類似しているが、集中増幅部分の構成が異なる。本構成の集中増幅部分は、ＴＤＦＡとＥＤＦＡを並列配置した構成を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術では、次のような問題が生じている。図１３（ａ）に示す第１構成に係る光ファイバ増幅器では、ＴＤＦの励起波長は、１４２０ｎｍおよび１５６０ｎｍである。このとき、ＴＤＦＡの利得スペクトルは図１５に示したようになっており、ＴＤＦＡの利得は、１４８０から１５１０ｎｍのＳ帯と呼ばれる波長域にある。この種の光ファイバ増幅器の利得スペクトルは、図１５（ａ）に示したように、分布ラマン利得スペクトルとＴＤＦＡ利得スペクトルから決まる。したがって、本構成では、利得波長域が制限されており狭いという欠点が生じている。
【０００６】
さらに、前記第１構成に係る光ファイバ増幅器の伝送ファイバの励起波長は１３８０ｎｍおよび１４００ｎｍである。伝送ファイバなどのシリカファイバの損失スペクトルの例を図１６に示す。これはシリカファイバが８０ｋｍの伝送ファイバのときの１例である。同図に示したように、当該シリカファイバは、１３８０乃至１３９０ｎｍ付近にシリカファイバ中のＯＨ基に起因する損失スペクトルのピークが存在する。シリカファイバの損失スペクトルはシリカファイバの種類（伝送ファイバ、ラマンファイバなどの種類）によって若干異なり、特に前記ＯＨ基起因の損失スペクトルピーク値は、シリカファイバの種類により大きくかわる。しかしながら、多くの敷設済みの伝送ファイバ（１．３μｍ単一モードファイバや１．５μｍ分散シフトファイバ）では、前記損失スペクトルピーク値が大きく、それに影響されて、そのピーク波長近傍の損失値が増大している。そのピーク波長近傍域はおよそ１３７５〜１４０５ｎｍである。したがって、第１の構成に係る光ファイバ増幅器において、励起光波長はピーク波長近傍域に設定されている。そのため、励起光の損失が大きく、励起効率が低下するという欠点が生じている。このことは、前記第４構成に係る光ファイバ増幅器でも同じである。
【０００７】
前記第２構成に係る光ファイバ増幅器では、励起光波長が分布増幅型ラマン増幅器に関して１４１０ｎｍ、集中増幅型ラマン増幅器に関して１３９３ｎｍおよび１４２７ｎｍである。本構成における利得スペクトルを図１５（ｂ）に示した。同図を参照すれば、この場合、主に１４８１〜１５１０ｎｍのＳ帯に利得が生じている。したがって、本構成では、利得波長域が制限されており狭いという欠点が生じている。また、前記励起光波長１４１０ｎｍおよび１３９３ｎｍは、前記損失ピーク波長近傍域に存在するため励起光の損失が大きく、励起効率が低下するという欠点が生じている。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、利得波長域が狭範囲に制限されず、さらに励起光の損失も低減し、励起効率の向上も図り得る光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の通りである。
【００２０】
第１の発明は、前段に設置した第１のラマンファイバと、後段に設置した第２のラマンファイバと、中間段に設置したツリウム添加ファイバと、前記第1のラマンファイバを励起する波長が１４２０ｎｍ〜１４６０ｎｍの第１の励起光源と、前記第２のラマンファイバを励起する波長が１４２０ｎｍ〜１４６０ｎｍの第２の励起光源と、前記ツリウム添加ファイバを励起する第３の励起光源を有することを特徴とする。本発明では、１５２０ｎｍ以上の波長域における前記損失をラマンファイバの利得が十分に補うため、雑音指数および信号光出力パワーの劣化を回避できる。
【００２１】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記第１のラマンファイバを励起する、励起光波長が１３４０ｎｍ〜１５００ｎｍの第４の励起光源と、前記第２のラマンファイバを励起する、励起光波長が１３４０ｎｍ〜１５００ｎｍの第５の励起光源、の少なくとも１つを有することを特徴とする前段に設置した第1のラマンファイバと、後段に設置した第２のラマンファイバと、中間段に設置したツリウム添加ファイバと、前記第1のラマンファイバを励起する波長が１４２０ｎｍ〜１４６０ｎｍの第1の励起光源と、前記第２のラマンファイバを励起する波長が１４２０ｎｍ〜１４６０ｎｍの第２の励起光源と、前記ツリウム添加ファイバを励起する第３の励起光源を有することを特徴とする。本発明では、付加した短波長の励起光が、前記信号光の短波長域にラマン利得をもたらすので、２本のラマンファイバの利得を十分大きくできる（例えば７ｄＢ以上）という利点がある。
【００２２】
第３の発明は、前記第２の発明において、前記第４の励起光源から出射した励起光を、前記第１のラマンファイバに導くための信号光と励起光の合波器を、前記第１のラマンファイバの前段に設置したことを特徴とする。本発明では、付加した短波長の励起光が、前記信号光の短波長域にラマン利得をもたらすので、２本のラマンファイバの利得を十分大きくできる（例えば７ｄＢ以上）という利点がある。さらに前段のラマンファイバにおいて、短波長の励起光が、前方向(信号光と励起光がラマンファイバ中で同じ伝搬方向となる方向)からこのラマンファイバに入射する前方向励起構成となっているので、その逆の後方向励起の場合に比べ、より効果的に、雑音指数の低減を図ることができる。
【００２３】
第４の発明は、前段に設置した分布ラマン増幅の利得媒質としての敷設伝送ファイバと、後段に設置した第２のラマンファイバと、中間段に設置したツリウム添加ファイバと、前記敷設伝送ファイバを励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第１の励起光源と、前記ラマンファイバを励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第２の励起光源と、前記ツリウム添加ファイバを励起する第３の励起光源を有することを特徴とする。本発明では、分布ラマン増幅の低雑音性から、当該光ファイバ増幅器の実効的な雑音指数を低減することができる。特に、その低減量は、分布ラマン利得の大きな波長域で大きく、ツリウム添加ファイバの損失に起因する雑音指数の劣化を顕著に除去できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増幅の利得媒質である敷設伝送ファイバ１と、ツリウム添加ファイバ２と、１波長（本例では１４１０ｎｍ）の励起光源３と、この励起光源３からの励起光を分波する分波器４と、信号光と前記分波器４から出力した励起光とを合波する合波器５、６とを有する。
【００２６】
本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３（ａ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわち、図１３（ａ）に示す構成では、伝送ファイバの励起光波長とＴＤＦの励起光波長が明らかに異なっている。特に、ＴＤＦは２波長で励起されており、長波長側の励起光波長（１５６０ｎｍ）は明らかに伝送ファイバの励起に用いることはできない。
【００２７】
これに対し、本形態では、伝送ファイバ１の励起光波長と、ツリウム添加ファイバ２の励起光波長を同じにしている。ここで、図１（ａ）の構成は同じ励起光源３からの励起光を分波器４で２分して、伝送ファイバ１とツリウム添加ファイバ２を励起する構成を示している。この構成によれば、高価な励起光源３が１つですむため、光ファイバ増幅器の低価格化を実現し得るという利点がある。ただ、同じ波長の励起光源を２つ用いて、伝送ファイバ１とツリウム添加ファイバ２をそれぞれ別の励起光源で励起しても良い。このとき、２つの励起光源の波長は、ツリウム添加ファイバ２の１．４ミクロン励起の波長帯にあればよい。
【００２８】
本形態によれば、伝送ファイバ１におけるラマン増幅の利得波長域とツリウム添加ファイバ２における誘導放出の利得波長域を一部あるいは全部一致させることができる。例えば、励起光波長を１３９０ｎｍ付近に設置することにより、いわゆるＳ帯（およそ１４８０−１５１０ｎｍ）に伝送ファイバ１のラマン利得とツリウム添加ファイバ２の誘導放出利得を発生させることができる。
【００２９】
図２は上記第１の実施の形態における利得スペクトルの例を示している。このとき励起光波長は約１４２０ｎｍとした。同図にはＴＤＦＡ利得と分布ラマン利得、およびそれらの和である総合利得が示されている。ラマン利得スペクトルは励起光波長に依存して大きくシフトするが、ＴＤＦＡ利得スペクトルは励起光波長に余り依存しない。したがって、ラマン利得スペクトルとＴＤＦＡ利得スペクトルの形状の逆特性を利用して、図に示したように総合利得帯域の拡大を行うことができる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
図１（ｂ）に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、ツリウム添加ファイバ１２と、集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバ１１と、１波長の励起光源１３と、この励起光源１３からの励起光を分波する分波器１４と、信号光と前記分波器１４から出力した励起光とを合波する合波器１５、１６とを有する。
【００３１】
本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３（ｃ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわち、図１３（ｃ）に示す構成では、ラマンファイバの励起光波長とＴＤＦの励起光波長が明らかに異なっている。特に、ＴＤＦは１０６０ｎｍで励起されており、その波長域の励起光を、ラマンファイバのラマン増幅用励起光源として用いることはできない。
【００３２】
これに対し、本形態では、ツリウム添加ファイバ１２の励起光波長と、ラマンファイバ１１の励起光波長を同じにしている。ここで、図１（ｂ）の構成は、図１（ａ）の構成と同様に、同じ励起光源１３からの励起光を分波器１４で２分して、ラマンファイバ１１とツリウム添加ファイバ１２を励起する構成を示している。
【００３３】
本形態の利得スペクトルの特徴および利点は、前記第１の実施の形態と同様である。ただし、ラマンファイバ１１は集中増幅の利得媒質であるから、ラマン利得には、ラマンファイバの非励起時の信号光損失を考慮する必要がある。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図３（ａ）に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増幅の利得媒質である敷設伝送ファイバ２１と、ツリウム添加ファイバ２２と、１波長の励起光源２３と、この励起光源２３からの励起光を信号光と合波して前記ツリウム添加ファイバ２２に入射させる合波器２４と、前記ツリウム添加ファイバ２２から出射した励起光を信号光と分波する分波器２５と、この分波器２５から出射した励起光を前記敷設伝送ファイバ２１に入射させて信号光と合波する合波器２６とを有する。
【００３５】
本形態に係る光ファイバ増幅器は、第１の実施の形態と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわち、第１の実施の形態では、一つの励起光源３からの励起光を分波器４で２分して、伝送ファイバ１及びツリウム添加ファイバ２に分配してこれらを励起している。
【００３６】
これに対し、本形態では、一つの励起光源２３からの励起光を、まず合波器２４を用いてツリウム添加ファイバ２２に導入し、そのツリウム添加ファイバ２２を高い励起光パワーで励起する。そして、ツリウム添加ファイバ２２で吸収されずに出射した励起光を、分波器２５及び合波器２６を用いて伝送ファイバ２１に導入している。この結果、ツリウム添加ファイバ２２の動作条件に依存するが、ツリウム添加ファイバ２２では高い割合で励起光が突き抜け、励起光源２３からの励起光のうち、かなりの割合の励起光を伝送ファイバ２１に導入できる。したがって、本形態によれば、第１の実施の形態に比べツリウム添加ファイバ２２を高い励起光パワーで励起できる等の利点がある。勿論、従来技術に対しては、第１の実施の形態と同様の利点を有する。
【００３７】
［第４の実施の形態］
図３（ｂ）に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、ツリウム添加ファイバ３２と、集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバ３１と、１波長の励起光源３３と、この励起光源３３からの励起光を信号光と合波して前記ラマンファイバ３１に入射させる合波器３４と、前記ラマンファイバ３１から出射した励起光を信号光と分波する分波器３５と、この分波器３５から出射した励起光を前記ツリウム添加ファイバ３２に入射させ、信号光と合波する合波器３６とを有する。ここで、ツリウム添加ファイバ３２から出射された信号光はサーキュレータ３７を介して外部に出射される。一方、分波器３５を透過した信号光はミラー３８で反射され、再度分波器３５を透過してラマンファイバ３１に入射し、ここで再度増幅された後、合波器３４を透過し、サーキュレータ３７を介して外部に出射される。
【００３８】
本形態に係る光ファイバ増幅器は、第２の実施の形態と類似しているが、次のの点が主に異なる。すなわち、第２の実施の形態では、一つの励起光源１３からの励起光を分波器１４で２分して、ツリウム添加ファイバ１２及びラマンファイバ１１に分配してこれらを励起している。
【００３９】
これに対し、本形態では、一つの励起光源３３からの励起光を、まず合波器３４を用いてラマンファイバ３１に導入し、そのラマンファイバ３１を高い励起光パワーで励起する。そして、ラマンファイバ３１で吸収されずに出射した励起光を、分波器３５及び合波器３６を用いてツリウム添加ファイバ３２に導入している。この結果、ラマンファイバ３１の種類や使用形態に依存するが、ラマンファイバ３１の励起光損失の値は１〜３ｄＢであるから、かなり高い割合の励起光がラマンファイバ３１を突き抜ける。したがって、本形態によれば、第２の実施の形態に比べラマンファイバ３１を高い励起光パワーで励起できる等の利点がある。勿論、従来技術に対しては、第２の実施の形態と同様の利点を有する。
【００４０】
上記第４の実施の形態において、前記ラマンファイバ３１とツリウム添加ファイバ３２を入れ替えた構成でも同様のことが成り立つ。
【００４１】
［第５の実施の形態］
図４（ａ）に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増幅の利得媒質である伝送ファイバ４１と、ツリウム添加ファイバ４２と、前記伝送ファイバ４１を励起する励起光波長が１３７５ｎｍ未満の励起光（本形態では１３７０ｎｍ）を出射する励起光源４３と、同じく励起光波長が１４０５ｎｍより大きい励起光（本形態では１４１０ｎｍ）を出射する励起光源４４と、前記ツリウム添加ファイバ４２を励起する励起光源４５とを有する。ここで、励起光源４３、４４から出射される励起光は、合波器４６を介して伝送ファイバ４１に供給され、また励起光源４５から出射される励起光は合波器４７を介してツリウム添加ファイバ４２に供給される。
【００４２】
本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３（ａ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわち、従来技術では、伝送ファイバを１３８０ｎｍ及び１４００ｎｍの２波長で励起しているが、本形態では１３７０ｎｍ及び１４１０ｎｍの２波長で励起している。すなわち、ラマン増幅の励起光波長が異なる。
【００４３】
図１６に示すシリカファイバの損失スペクトル特性によれば、図１３（ａ）に示す従来技術では、励起光波長はＯＨ基の吸収ピーク波長近傍域である１３７５〜１４０５ｎｍの間である。したがって、励起光に対する損失係数が大きく、ファイバ有効長が短くなるため、ラマン増幅の励起効率が小さかった。
【００４４】
これに対し、本形態では、励起光波長を前記吸収ピーク波長近傍域１３７５〜１４０５ｎｍの外側に設置しているため励起効率が高い。また、ラマン利得の広帯域性から、図１３（ａ）に示す従来技術と本形態における利得スペクトルは大きな違いはない。したがって、本形態では、ラマン増幅の励起効率を向上できるという利点がある。
【００４５】
上記第５の実施の形態において、前記ツリウム添加ファイバ４２と集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバとを入れ替えた構成でも同様のことが成り立つ。
【００４６】
［第６の実施の形態］
図４（ｂ）に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増幅の利得媒質である伝送ファイバ５１と、集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバ５２と、このラマンファイバ５２を励起する励起光波長が１３７５ｎｍ未満の励起光（本形態では１３７０ｎｍ）を出射する励起光光源５３と、同じく励起光波長が１４０５ｎｍより大きい励起光（本形態では１４１０ｎｍ）を出射する励起光源５４と、前記伝送ファイバ５１を励起する励起光源５５とを有する。ここで、励起光源５３、５４から出射される励起光は、合波器５６を介してラマンファイバ５２に供給され、また励起光源５５から出射される励起光は合波器５７を介して伝送ファイバ５１に供給される。
【００４７】
本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３（ｂ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわち、従来技術では、ラマンファイバを１３９３ｎｍ及び１４２７ｎｍの２波長で励起しているが、本形態では１３７０ｎｍ及び１４１０ｎｍの２波長で励起している。すなわち、ラマン増幅の励起光波長が異なる。
【００４８】
図１６に示すシリカファイバの損失スペクトル特性によれば、図１３（ｂ）に示す構成では、励起光波長の一つである１３９３ｎｍはＯＨ基の吸収ピーク波長近傍域である１３７５〜１４０５ｎｍの間である。したがって、励起光に対する損失係数が大きく、ファイバ有効長が短くなるため、ラマン増幅の励起効率が小さかった。
【００４９】
一方、本形態では、励起光波長を前記吸収ピーク波長近傍域１３７５〜１４０５ｎｍの外側に設置しているため励起効率が高い。また、ラマン利得の広帯域性から、図１３（ｂ）に示す従来技術と本形態における利得スペクトルは大きな違いはない。したがって、本形態では、ラマン増幅の励起効率を向上できるという利点がある。
【００５０】
［第７の実施の形態］
図５に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増幅の利得媒質である分散シフトファイバからなる伝送ファイバ６１と、信号光の合波器６２及び分波器６３に接続されたツリウム添加ファイバ増幅器６４と、このツリウム添加ファイバ増幅器６４に並列に前記分波器６３に接続されたエルビウム添加ファイバ増幅器６５と、前記ツリウム添加ファイバ増幅器６４及びエルビウム添加ファイバ増幅器６５の出射光を合波する合波器６６と、一方の励起光の波長が１３５０〜１４３０ｎｍ（本形態では１４１０ｎｍ）、他方の励起光の波長が１４３０〜１４８０ｎｍ（本形態では１４４０ｎｍ）である前記伝送ファイバ６１を励起する２つの励起光源６７、６８とを有する。
【００５１】
本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１４に示す従来技術の構成と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわち、図１４に示す従来技術では、伝送ファイバを１３８０ｎｍ及び１４００ｎｍの２波長で励起しているが、本形態では１４１０ｎｍ及び１４４０ｎｍの２波長で励起している。ここで、伝送ファイバは分散補償ファイバである。すなわち、従来技術と本実施の形態ではラマン増幅の励起光波長が異なる。この結果、従来技術の構成では、図２に示す本発明の第１の実施の形態におけるスペクトルと同様、分散補償ファイバのゼロ分散波長域である１５５０ｎｍ近傍においてラマン利得が小さい。
【００５２】
一方、本形態では、図６に示すように、１４４０ｎｍの励起光を用いたラマン増幅により前記ゼロ分散波長域においてラマン利得が大きい。したがって、大きな分布ラマン利得によって前記ゼロ分散波長域において大きな光信号対雑音比が得られるという利点がある。
【００５３】
［第８の実施の形態］
図７は、本発明の第８の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示している。同図に示すように、本形態は、前記第７の実施の形態と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわち、第７の実施の形態では、ツリウム添加ファイバ増幅器６４と並列してエルビウム添加ファイバ増幅器６５を用いているが、本形態ではツリウム添加ファイバ増幅器６４と並列してラマン増幅器７５を用いている。なお、図７中、図５と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
本形態における利得スペクトル特性を図８に示す。第７の実施の形態では、１５５０ｎｍ以下のＥＤＦＡ利得を波長に対して左肩下がりにする必要があるが、そのようなスペクトル設定は損失の大きな利得等化器を用いるなどの理由から効率が悪いという欠点がある。
【００５５】
一方、本形態では、１５５０ｎｍ以下のラマン利得を波長に対して左肩下がりにする必要があるが、そのようなスペクトル設定はラマン利得のスペクトル特性から容易であるという利点がある。
【００５６】
［第９の実施の形態］
図９に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、前段に設置したラマンファイバ８１と、後段に設置したラマンファイバ８３と、中間に設置したツリウム添加ファイバ８２と、前記ラマンファイバ８１を励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源８４と、前記ラマンファイバ８３を励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源８６と、前記ツリウム添加ファイバ８２を励起する励起光源８５を有する。なお、図中、８７，８８，８９は合波器である。
【００５７】
本形態は、図１３（ｃ）の従来技術、および図１（ｂ）の第２の実施の形態に類似しているが、下記の点がおもに異なる。すなわち、本形態の光ファイバ増幅器は、２つのラマンファイバ８１、８３と、１つのツリウム添加ファイバ（ＴＤＦ）８２を有している。前記従来技術および第２の実施の形態では、ラマンファイバ１１は１つであった。また、本形態では、ラマンファイバ８１、８３に対する励起光波長を約１４２０ｎｍ以上、約１４６０ｎｍ以下としている。例えば、図９では、その励起光波長は１４４０ｎｍである。図１０は、本形態で得られる利得スペクトル例を示している。
【００５８】
ＴＤＦの利得波長域の上限は、約１５２０ｎｍであるため、それより長波長側では、ＴＤＦは、基底準位吸収に起因する損失を、信号光に与える。そこで、図１３（ｃ）に示す従来技術では、ラマンファイバに対する励起光波長は約１４１５ｎｍ以下としていた。このため、光ファイバ増幅器の利得波長域は、約１５１０ｎｍ以下に限られるという欠点があった。また、第２の実施の形態で、ラマンファイバ１１に対する励起光波長を約１４１５ｎｍ以上とした場合には、ＴＤＦ１２が前段で、ラマンファイバ１１が後段に配置されているときには、雑音指数が約１５２０ｎｍ以上の波長域で劣化するという欠点がある。また、同じく、ラマンファイバ１１が前段で、ＴＤＦ１２が後段に配置されているときには、信号光出力パワーが約１５２０ｎｍ以上の波長域で劣化するという欠点がある。
【００５９】
これに対し、本形態では、約１５２０ｎｍ以上の波長域における前記損失をラマンファイバ８３の利得が十分に補うため、前記のような雑音指数および信号光出力パワーの劣化を回避できるという利点がある。前記損失の典型例は、波長１５４０ｎｍで約５ｄＢ、前記ラマンファイバ利得の典型例は、波長１５４０ｎｍで約２０ｄＢである。
【００６０】
したがって、従来技術および第２実施の形態では、低い雑音指数と高い信号光出力パワーが得られる信号光波長の上限が、約１５１０ｎｍであるのに対し、本形態では、その上限を、約１５６０ｎｍまで拡大することができるという利点がある。前記信号光波長の上限約１５６０ｎｍは、前記ラマンファイバ８１、８３に対する励起光波長の上限約１４６０ｎｍによって決まる。その理由は、１４６０ｎｍの励起光によるラマン利得のピーク波長が、約１５６０ｎｍであるためである。図１０に示す利得スペクトル例では、１４６０−１５４０ｎｍの約８０ｎｍの広波長域で平坦利得が得られている。
【００６１】
［第１０の実施の形態］
図１１に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、前段に設置したラマンファイバ９１と、後段に設置したラマンファイバ９３と、中間に設置したツリウム添加ファイバ９２と、前記ラマンファイバ９１を励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源９４と、前記ラマンファイバ９３を励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源９６と、前記ツリウム添加ファイバ９２を励起する励起光源９５を有するばかりでなく、前記ラマンファイバ９１を励起する励起光波長が１３４０〜１５００ｎｍの励起光源１００と、前記ラマンファイバ９３を励起する励起光波長が１３４０〜１５００ｎｍの励起光源９６を有する。なお、図中、９７，９８，９９，１０２，１０３は合波器である。
【００６２】
本形態は、前記第９の実施の形態と類似しているが、下記の点がおもに異なる。すなわち、第９の実施の形態ではラマンファイバ８１、８３の励起光波長は、ともに、１波長（１４４０ｎｍ）であるが、本形態では２波長（１３８０ｎｍおよび１４４０ｎｍ）としている。第９の実施の形態では、短波長域（例えば１４７０ｎｍ以下）で、ラマンファイバ８１、８３の利得が十分大きくない（例えば３ｄＢ以下）ため、その短波長域で、雑音指数および信号光出力パワーの劣化が生じてしまうという欠点がある。
【００６３】
これに対し、本形態では、付加した短波長の励起光が、前記信号光の短波長域にラマン利得をもたらすので、ラマンファイバ９１、９３の利得を十分大きくできる（例えば７ｄＢ以上）という利点がある。また、特に、ラマンファイバ９１において、短波長の励起光が、前方向（信号光と励起光がラマンファイバ９１中で同じ伝搬方向となる方向）からラマンファイバ９１に入射する前方向励起構成となっているので、その逆の後方向励起の場合に比べ、より効果的に、雑音指数の低減を図ることができる。前記短波長の励起光の波長は、１３４０〜１５００ｎｍであれば、上記の効果が期待できて有効である。
【００６４】
［第１１の実施の形態］
図１２に示すように、本形態に係る光ファイバ増幅器は、前段に設置した分布ラマン増幅の利得媒質としての敷設伝送ファイバ１１１と、後段に設置したラマンファイバ１１３と、中間段に設置したツリウム添加ファイバ１１２と、前記敷設伝送ファイバ１１１を励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源１１４と、前記ラマンファイバ１１３を励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源１１６と、前記ツリウム添加ファイバ１１２を励起する励起光源１１５とを有する。なお、図中、１１７，１１８，１１９は合波器である。
【００６５】
図１２は、本発明の第１１の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示している。本形態は前記第９の実施の形態と類似しているが、下記の点がおもに異なる。すなわち、第９の実施の形態ではラマン増幅の利得媒質として、２つのラマンファイバ８１、８３を用いているが、本形態では、１つのラマンファイバ１１３を、光ファイバ増幅器の出力側に設置し、ツリウム添加ファイバ１１２の前段の敷設伝送ファイバ１１１を、分布ラマン増幅の利得媒質としている。
【００６６】
この結果、分布ラマン増幅の低雑音性から、本形態に係る光ファイバ増幅器の実効的な雑音指数を低減することができる。特に、その低減量は、分布ラマン利得の大きな波長域で大きく、前記、ＴＤＦ１１１の損失に起因する雑音指数の劣化を顕著に除去できるという利点がある。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、従来技術で問題であった、利得波長域が制限されており狭いという欠点、また、励起光の損失が大きく、励起効率が低下するという欠点、集中増幅型ラマン増幅器を用いているため雑音が大きいという欠点が解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図で、（ａ）が第１の実施の形態、（ｂ）が第２の実施の形態である。
【図２】図１に示す第１の実施の形態に係る光ファイバ増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図で、（ａ）が第３の実施の形態、（ｂ）が第４の実施の形態である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図で、（ａ）が第５の実施の形態、（ｂ）が第６の実施の形態である。
【図５】本発明の第７の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図である。
【図６】図５に示す第７の実施の形態に係る光ファイバ増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。
【図７】本発明の第８の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図である。
【図８】図７に示す第８の実施の形態に係る光ファイバ増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。
【図９】本発明の第９の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図である。
【図１０】図９に示す第９の実施の形態に係る光ファイバ増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。
【図１１】本発明の第１０の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図である。
【図１２】本発明の第１１の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック線図である。
【図１３】従来技術に係る各光ファイバ増幅器の第１乃至第３の構成を示すブロック線図である。
【図１４】従来技術に係る各光ファイバ増幅器の第４の構成を示すブロック線図である。
【図１５】従来技術に係る光ファイバ増幅器における利得スペクトルを示すグラフで、（ａ）は図１３（ａ）に示す第１の構成、（ｂ）は図１３（ｂ）に示す第２の構成に対応するものである。
【図１６】シリカファイバの損失スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１，２１，４１，５１，６１，１１１伝送ファイバ
２，１２，２２，３２，４２，８２，９２，１０２ツリウム添加ファイバ
３，１３，２３，３３，４３，４４，４５，５３，５４，５５，６７，６８，８４，８５，８６，９４，９５，９６，１００，１０１，１１４，１１５，１１６励起光源
１１，３１，５２，８１，８３，９１，９３，１１３ラマンファイバ
６４ツリウム添加ファイバ増幅器
６５エルビウム添加ファイバ増幅器
７５ラマン増幅器

Claims

前段に設置した第１のラマンファイバと、
後段に設置した第２のラマンファイバと、
中間段に設置したツリウム添加ファイバと、
前記第１のラマンファイバを励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第１の励起光源と、
前記第２のラマンファイバを励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第２の励起光源と、
前記ツリウム添加ファイバを励起する第３の励起光源を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
前記第１のラマンファイバを励起する、励起光波長が１３４０〜１５００ｎｍの第４の励起光源と、
前記第２のラマンファイバを励起する、励起光波長が１３４０〜１５００ｎｍの第５の励起光源、の少なくとも１つを有することを特徴とする〔請求項１〕に記載の光ファイバ増幅器。
前記第４の励起光源から出射した励起光を、前記第１のラマンファイバに導くための信号光と励起光の合波器を、前記第１のラマンファイバの前段に設置したことを特徴とする〔請求項２〕に記載の光ファイバ増幅器。
前段に設置した分布ラマン増幅の利得媒質としての敷設伝送ファイバと、
後段に設置した第２のラマンファイバと、
中間段に設置したツリウム添加ファイバと、
前記敷設伝送ファイバを励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第１の励起光源と、
前記ラマンファイバを励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第２の励起光源と、
前記ツリウム添加ファイバを励起する第３の励起光源を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。