JP4071869B2 - Optical amplifier - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて用いられる光増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光増幅器は、Er(エルビウム)元素等の希土類元素が添加された石英系の光導波路に所定波長の励起光を供給し、この光導波路に入力した信号光を光増幅して、その光増幅された信号光を出力するものであり、光伝送システムにおける重要な光部品の1つである。光増幅器は、信号光に対する光増幅利得が大きいことが要求され、また、ノイズとなる自然放出光の出力レベルが小さいことが要求される。特に、入力する信号光が微弱である場合には、上記の2つの要求は特に大きい。
【0003】
例えば、入力する信号光が極めて微弱である場合、45dBもの信号光増幅利得が必要となることがある。このような高い信号光増幅利得は、1個の光増幅性の光導波路で得ることが困難であるので、通常は、複数の光増幅性の光導波路を縦続接続することで得られる。自然放出光を除去する光フィルタをも用いれば、その光フィルタと2個の光増幅性の光導波路とを縦続接続することで、45dBの信号光増幅利得を得ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
信号光が1波長のみであれば、その1波長の信号光のみを低損失で透過させ、他の波長の光(自然放出光)を遮断するバンドパスフィルタの実現は容易であり、上記のような光増幅器の構成は比較的容易である。一方、信号光が多波長である場合には、多波長信号光それぞれを低損失で透過させ、多波長信号光それぞれの波長以外の波長の光(自然放出光)を遮断する光フィルタを用いる必要がある。このような透過特性を有する光フィルタとしては、多層膜フィルタ、カプラとグレーティングとを組み合わせたもの、光サーキュレータを利用したものが考えられる。
【0005】
しかし、多層膜フィルタにより上記透過特性を有するよう構成される光フィルタは、透過波長帯域における光の透過率が平坦であるものを製造することが困難である。カプラとグレーティングとを組み合わせたものは部品点数が多い。また、これらは挿入損失が有ることから微弱光を光増幅する場合には適切ではない。光サーキュレータを利用したものは、一般に高価格であり、また、部品点数が多い。
【0006】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、構成が容易であり、入力する多波長信号光が微弱であっても信号光増幅利得が大きく自然放出光の出力レベルが小さい光増幅器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る衛星間通信用の光増幅器は、(1) 反転分布が70%となるように設定され、光増幅波長帯域のうち互いに重なることがない第1および第2の透過波長帯域それぞれに含まれ、増幅器の利得ピークと一致する波長を有する光を光増幅する複数の光導波路と、(2) 複数の光導波路の間に設けられて互いに縦続接続され、光導波路に形成されたチャープトグレーティングからなり、利得ピークを有する光を透過させ、第1および第2の透過波長帯域の間の遮断波長帯域に含まれる光を除去する光ノッチフィルタと、(3) 複数の光導波路からの出力光を分岐する分岐カプラとを備え、(4) 分岐カプラの第1の分岐路に第1の透過波長帯域に含まれる信号光を選択的に透過する第1のバンドパスフィルタと、(5) 分岐カプラの第2の分岐路に第2の透過波長帯域に含まれる信号光を選択的に透過する第2のバンドパスフィルタとを備えることを特徴とする。
【0008】
この光増幅器によれば、光ノッチフィルタの前段に設けられた光導波路により、光増幅波長帯域に含まれる光が光増幅され、その光増幅された光およびこの光導波路で発生した自然放出光が出力される。この前段の光導波路から出力された光のうち、第1または第2の透過波長帯域に含まれる光は、光導波路に形成されたチャープトグレーティングからなる光ノッチフィルタを低損失(無損失を含む)で通過し、第1および第2の透過波長帯域の間の遮断波長帯域に含まれる光は光ノッチフィルタにより除去される。そして、光ノッチフィルタを通過した光は、光ノッチフィルタの後段に設けられた光導波路により光増幅され出力される。すなわち、第1および第2の透過波長帯域それぞれに含まれる信号光は高い光増幅利得で光増幅されて出力され、遮断波長帯域に含まれる光の出力強度は極めて微弱である。複数の光導波路からの出力光は分岐カプラにより分岐される。そして、第1の透過波長帯域に含まれる信号光は、分岐カプラの第1の分岐路に設けられた第1のバンドパスフィルタを選択的に透過する。また、第2の透過波長帯域に含まれる信号光は、分岐カプラの第2の分岐路に設けられた第2のバンドパスフィルタを選択的に透過する。
【0009】
また、発明に係る光増幅器では、光導波路はEr元素およびAl元素が添加された石英系のものであることを特徴とする。この場合には、光増幅波長帯域の幅が広く、第1および第2の透過波長帯域の間隔が広くでき、信号光分離の点で好適である。
【0010】
また、発明に係る光増幅器では、光ノッチフィルタの遮断波長帯域は波長帯域1535nm〜1554nmを含むことを特徴とする。この場合には、光導波路の利得ピーク波長付近の信号光は、高い光増幅利得で光増幅される。このとき、信号光出力強度および雑音指数の劣化を招くこと無く、また、後段の光導波路に供給される励起光の強度を大幅に低減することができるので好適である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、以下では、光増幅波長帯域に含まれる光を光増幅する光導波路として、希土類元素であるEr(エルビウム)元素が添加された石英系の光ファイバ(EDF: Erbium-Doped Fiber)について説明する。
【0012】
図1は、本実施形態に係る光増幅器の構成図である。この光増幅器は、信号光の入力側から順に、光コネクタ11、光アイソレータ21、EDF31、WDMカプラ41、光アイソレータ22、光ノッチフィルタ51、光アイソレータ23、WDMカプラ42、EDF32、光アイソレータ24および分岐カプラ71が縦続接続されている。また、この光増幅器は、分岐カプラ71の2つの出力端のうち一方の出力端から順にバンドパスフィルタ82、分岐カプラ72および光コネクタ12が縦続接続され、他方の出力端から順にバンドパスフィルタ83、分岐カプラ73および光コネクタ13が縦続接続されている。さらに、WDMカプラ41には励起光源61が接続され、WDMカプラ42には励起光源62が接続されている。分岐カプラ72には受光素子92が接続され、分岐カプラ73には受光素子93が接続されている。
【0013】
光アイソレータ21、EDF31、WDMカプラ41、光アイソレータ22および励起光源61は、前段の光増幅部を構成している。光アイソレータ23、WDMカプラ42、EDF32、光アイソレータ24および励起光源62は、後段の光増幅部を構成している。光ノッチフィルタ51は、前段の光増幅部と後段の光増幅部との間にある。
【0014】
光アイソレータ21〜24それぞれは、光を順方向へ通過させるが、逆方向へは通過させない。すなわち、光アイソレータ21は、光コネクタ11から到達した光をEDF31へ通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光アイソレータ22は、WDMカプラ41から到達した光を光ノッチフィルタ51へ通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光アイソレータ23は、光ノッチフィルタ51から到達した光をWDMカプラ42へ通過させるが、逆方向へは光を通過させない。また、光アイソレータ24は、EDF32から到達した光を分岐カプラ71へ通過させるが、逆方向へは光を通過させない。
【0015】
EDF31および32それぞれは、Er元素が添加された石英系の光ファイバであり、所定波長の励起光が供給されているときに、入力した光増幅波長帯域に含まれる光を光増幅して出力する。EDF31および32それぞれは、波長に依存した信号光増幅利得特性を有し、所定の光増幅波長帯域に含まれる光については高い利得で光増幅するが、他の光については利得が低いか或いは光増幅しない。EDF31および32それぞれの信号光増幅利得特性は、組成や長さに依存するが、Al(アルミニウム)元素が共添加されることにより光増幅波長帯域の幅が広がる。
【0016】
WDMカプラ41は、励起光源61から出力されて到達した励起光をEDF31へ向けて通過させるとともに、EDF31から出力されて到達した信号光を光アイソレータ22へ向けて通過させる。すなわち、前段の光増幅部は逆方向励起の構成となっている。WDMカプラ42は、励起光源62から出力されて到達した励起光をEDF32へ向けて通過させるとともに、光アイソレータ23から到達した信号光をEDF32へ向けて通過させる。すなわち、後段の光増幅部は順方向励起の構成となっている。
【0017】
光ノッチフィルタ51は、EDF31および32それぞれの光増幅波長帯域のうち互いに重なることがない第1および第2の透過波長帯域の何れかに含まれる光を低損失(無損失を含む)で透過させ、第1および第2の透過波長帯域の間の遮断波長帯域に含まれる光を除去するものである。このような光ノッチフィルタ51は、光ファイバ等の光導波路に形成されたチャープトグレーティングにより容易に実現できる。チャープトグレーティングは、グレーティング周期が一定ではなく、遮断波長帯域に含まれる光をブラッグ反射するようグレーティング周期が或る範囲に亘って変化するものである。
【0018】
分岐カプラ71は、光アイソレータ24から到達した光を2分岐し、2分岐した一方をバンドパスフィルタ82へ向けて出力し、他方をバンドパスフィルタ83へ向けて出力する。バンドパスフィルタ82は、分岐カプラ71から到達した光のうち第1の透過波長帯域に含まれる信号光を選択的に透過させる。分岐カプラ72は、バンドパスフィルタ82から出力された信号光のうち大部分を光コネクタ12へ通過させ、一部を受光素子92へ向けて出力する。受光素子92は、分岐カプラ72から到達した光の強度を検出する。一方、バンドパスフィルタ83は、分岐カプラ71から到達した光のうち第2の透過波長帯域に含まれる信号光を選択的に透過させる。分岐カプラ73は、バンドパスフィルタ83から出力された信号光のうち大部分を光コネクタ13へ通過させ、一部を受光素子93へ向けて出力する。受光素子93は、分岐カプラ73から到達した光の強度を検出する。
【0019】
図2は、本実施形態に係る光増幅器の各要素の特性の説明図である。図2(a)は、EDF31およびEDF32の信号光増幅利得特性を示し、図2(b)は、光ノッチフィルタ51の透過特性を示している。また、図2(c)は、バンドパスフィルタ82の透過特性を示し、図2(d)は、バンドパスフィルタ83の透過特性を示している。
【0020】
EDF31およびEDF32は、図2(a)に示すように、光増幅波長帯域(λ1 〜λ4 )内で或る一定値以上の信号光増幅利得を有し、この光増幅波長帯域に含まれる光を光増幅する。光ノッチフィルタ51は、図2(b)に示すように、光増幅波長帯域のうち互いに重なることがない第1の透過波長帯域(λ1 〜λ2 )および第2の透過波長帯域(λ3 〜λ4 )それぞれで透過率が高く、第1および第2の透過波長帯域の間の遮断波長帯域(λ2 〜λ3 )で透過率が低い。なお、光ノッチフィルタ51がチャープトグレーティングからなるものである場合には、挿入損失を0dBとすることができるので、第1および第2の透過波長帯域における透過損失を略0dBにすることができる。また、遮断波長帯域における透過損失を15dB程度にすることができる。なお、ブラッグ波長より短波長側においてコアモード光とクラッドモード光との結合に因る損失が生じることがあり、そのときには、短波長側の第1の透過波長帯域の方が長波長側の第2の透過波長帯域より透過損失が3dB程度大きくなる。
【0021】
バンドパスフィルタ82は、図2(c)に示すように、第1の透過波長帯域(λ1 〜λ2 )に含まれる信号光の波長λa の極近傍でのみ透過率が高い。また、バンドパスフィルタ83は、図2(d)に示すように、第2の透過波長帯域(λ3 〜λ4 )に含まれる信号光の波長λb の極近傍でのみ透過率が高い。バンドパスフィルタ82,83それぞれの透過特性の半値全幅は例えば0.2nmである。
【0022】
次に、本実施形態に係る光増幅器の作用について説明する。励起光源61から出力された励起光がWDMカプラ41を介してEDF31に供給されることにより、EDF31は光増幅作用を奏し、励起光源62から出力された励起光がWDMカプラ42を介してEDF32に供給されることにより、EDF32は光増幅作用を奏する。
【0023】
光コネクタ11に入力した信号光は、光アイソレータ21を経てEDF31に入力し、EDF31により光増幅される。EDF31から出力された光は、WDMカプラ41および光アイソレータ22を経て光ノッチフィルタ51に入力する。光ノッチフィルタ51に入力した光のうち、第1および第2の透過波長帯域の何れかに含まれる光は光ノッチフィルタ51を低損失で透過し、遮断波長帯域に含まれる光は光ノッチフィルタ51により除去される。光ノッチフィルタ51を透過した光は、光アイソレータ23およびWDMカプラ42を経てEDF32に入力し、EDF32により光増幅される。EDF32から出力された光は、光アイソレータ24を経て分岐カプラ71に入力し、分岐カプラ71により2分岐される。
【0024】
分岐カプラ71からバンドパスフィルタ82へ到達した光のうち、第1の透過波長帯域に含まれる信号光は、バンドパスフィルタ82を透過し、大部分が分岐カプラ72を通過して、光コネクタ12から出力される。一方、分岐カプラ71からバンドパスフィルタ83へ到達した光のうち、第2の透過波長帯域に含まれる信号光は、バンドパスフィルタ83を透過し、大部分が分岐カプラ73を通過して、光コネクタ13から出力される。光コネクタ12,13それぞれから出力される光の強度は受光素子92,92によりモニタされる。このモニタ結果に基づいて、光コネクタ12,13それぞれから出力される光の強度が一定値になるよう、励起光源62の励起光出力強度が制御される。
【0025】
以上のように、光コネクタ11に入力した光のうち光コネクタ12から出力される光の波長依存性は、EDF31および32における信号光増幅利得特性、光ノッチフィルタ51における透過特性ならびにバンドパスフィルタ82における透過特性に応じたものである。したがって、第1の透過波長帯域に含まれる信号光は、EDF31および32により光増幅されて高い出力レベルで光コネクタ12から出力される。
【0026】
同様に、光コネクタ11に入力した光のうち光コネクタ13から出力される光の波長依存性は、EDF31および32における信号光増幅利得特性、光ノッチフィルタ51における透過特性ならびにバンドパスフィルタ83における透過特性に応じたものである。したがって、第2の透過波長帯域に含まれる信号光は、EDF31および32により光増幅されて高い出力レベルで光コネクタ13から出力される。
【0027】
一方、前段の光増幅部において発生した自然放出光は、そのうちの遮断波長帯域のものが光ノッチフィルタ51により除去される。また、信号光の波長以外の波長のものがバンドパスフィルタ82および83それぞれにより除去される。したがって、信号光の波長以外の波長の光は、極めて低い出力レベルで光コネクタ12および13それぞれから出力される。
【0028】
次に、本実施形態に係る光増幅器の具体例について説明する。ここでは、光コネクタ11に入力する信号光の強度は−45dBmとし、波長1530nm付近および波長1560nm付近それぞれの信号光を光増幅するものとする。
【0029】
励起光源61は、EDF31に供給すべき励起光として波長0.98μmのレーザ光を出力する半導体レーザ光源とし、その出力強度を50mWで一定とする。励起光源62は、EDF32に供給すべき励起光として波長1.48μmのレーザ光を出力する半導体レーザ光源とし、受光素子92および93それぞれによりモニタされる光強度が一定値になるよう励起光出力強度を制御するものとする。EDF31および32それぞれはAl添加のものとし、EDF31の波長1.53μ帯吸収条長積は40dBとし、EDF32の波長1.53μ帯吸収条長積は100dBとする。EDF31および32それぞれは、光増幅波長帯域1520nm〜1570nmにおいて信号光を光増幅する。
【0030】
光ノッチフィルタ51は、光ファイバに形成されたチャープトグレーティングからなるものとする。図3に光ノッチフィルタ51の透過特性図を示すように、光ノッチフィルタ51は、急峻な透過特性を有し、遮断波長帯域1538nm〜1557nmにおける透過損失が15dBであり、第1の透過波長帯域1520nm〜1538nmおよびこれより短波長側における透過損失が3dBであり、第2の透過波長帯域1557nm〜1570nmおよびこれより長波長側における透過損失が0dBである。
【0031】
また、図4にバンドパスフィルタ82の透過特性図を示すように、バンドパスフィルタ82の中心波長を1535nmとし、バンドパスフィルタ83の中心波長を1560nmとする。バンドパスフィルタ82および83それぞれは、半値全幅を0.2nmとし、中心波長における透過損失を0dBとし、中心波長近傍以外の波長における透過損失を25dBとする。
【0032】
このような具体的構成の光増幅器として、波長1535nmおよび1560nmそれぞれの信号光を光コネクタ11に入力させる。また、光コネクタ12および13それぞれから出力される光の強度が+1dBmの一定値になるよう励起光源62の励起光出力強度を制御する。図5は、信号光出力強度、雑音指数、および、後段のEDF32に供給される励起光の強度をまとめた図表である。
【0033】
光コネクタ12および13それぞれから出力される光の強度が+1dBmの一定値になるよう制御されてはいるが、この光は信号光と自然放出光とからなるので、波長1535nmの信号光の出力強度は−1.76dBmであり、波長1560nmの信号光の出力強度は−1.81dBmであり、共に0dBm未満となっている。これは、バンドパスフィルタ82および83それぞれの透過特性に依存するものであり、光ノッチフィルタ51の透過特性には依存しない。
【0034】
波長1535nmでの雑音指数は4.40dBであり、波長1560nmでの雑音指数は4.24dBである。しかし、光コネクタ11における挿入損1dBを考慮すれば、雑音指数は量子限界の3dB近くにまで低減されている。
【0035】
後段のEDF32に供給される励起光の強度は、波長1535nmの信号光の場合には47.0mWであり、波長1560nmの信号光の場合には79.7mWである。一般に、波長1.48μm帯レーザ光源の最大出力強度は100mW程度であるから、これを励起光源62として用いれば、後段のEDF32に供給すべき励起光の強度が得られる。
【0036】
以上のように、本実施形態に係る光増幅器は、図3に示す透過特性図を有する光ノッチフィルタ51を用いることにより、充分に良好な特性を有することができる。
【0037】
なお、EDF31および32それぞれはAl添加EDFであり、この場合、図6に利得スペクトルを示すように、実使用時において或る程度飽和した状態では、波長1531nmおよび1558nmそれぞれの付近に利得ピークが生じる。これに対して、Al無添加EDFの場合、図7に利得スペクトルを示すように、波長1535nmおよび1550nmそれぞれの付近に利得ピークが生じる。図6および図7から判るように、Al無添加EDFの場合には利得ピーク波長の間隔は15nm程度であるのに対して、Al添加EDFの場合には利得ピーク波長の間隔は27nm程度である。したがって、EDF31および32それぞれとしてAl添加EDFを用いるのが信号光分離の点で好適である。
【0038】
次に、Al添加EDFの利得ピーク波長である波長1531nmおよび1558nmそれぞれの信号光を光増幅する場合の光増幅器の具体例について説明する。この場合、光ノッチフィルタ51は、図8に透過特性を示すように、急峻な透過特性を有し、遮断波長帯域1535nm〜1554nmにおける透過損失が15dBであり、第1の透過波長帯域1520nm〜1535nmおよびこれより短波長側における透過損失が3dBであり、第2の透過波長帯域1554nm〜1570nmおよびこれより長波長側における透過損失が0dBである。そして、光コネクタ12および13それぞれから出力される光の強度が+1dBmの一定値になるよう励起光源62の励起光出力強度を制御する。図9は、信号光出力強度、雑音指数、および、後段のEDF32に供給される励起光の強度をまとめた図表である。
【0039】
この場合も光コネクタ12および13それぞれから出力される光の強度が+1dBmの一定値になるよう制御されてはいるが、この光は信号光と自然放出光とからなるので、波長1531nmの信号光の出力強度は−1.62dBmであり、波長1558nmの信号光の出力強度は−1.68dBmであり、共に0dBm未満となっている。波長1531nmでの雑音指数は4.45dBであり、波長1558nmでの雑音指数は4.24dBである。後段のEDF32に供給される励起光の強度は、波長1531nmの信号光の場合には24.2mWであり、波長1558nmの信号光の場合には57.5mWである。これを図5と比較すると、信号光出力強度は0.1dB以上改善され、雑音指数は測定誤差範囲内である0.1dB以下の増加にとどまり、後段のEDF32に供給される励起光の強度は大幅に低減されている。
【0040】
以上のように、Al添加EDFの利得ピーク波長である波長1531nmおよび1558nmそれぞれの信号光を光増幅する場合には、図8に示す透過特性図を有する光ノッチフィルタ51を用いることにより、信号光出力強度および雑音指数の劣化を招くこと無く、後段のEDF32に供給される励起光の強度を大幅に低減することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、光ノッチフィルタの前段に設けられた光導波路により、光増幅波長帯域に含まれる光が光増幅され、その光増幅された光およびこの光導波路で発生した自然放出光が出力される。この前段の光導波路から出力された光のうち、第1または第2の透過波長帯域に含まれる光は光ノッチフィルタを低損失で通過し、第1および第2の透過波長帯域の間の遮断波長帯域に含まれる光は光ノッチフィルタにより除去される。そして、光ノッチフィルタを通過した光は、光ノッチフィルタの後段に設けられた光導波路により光増幅され出力される。すなわち、第1および第2の透過波長帯域それぞれに含まれる信号光は高い光増幅利得で光増幅されて出力され、遮断波長帯域に含まれる光の出力強度は極めて微弱である。
【0042】
このように、光ノッチフィルタを用いることにより、構成は容易であり、入力する多波長信号光が微弱であっても信号光増幅利得は大きく自然放出光の出力レベルは小さい。したがって、例えば衛星間光通信における光増幅器として好適に用いられ得る。
【0043】
また、光導波路がEr元素およびAl元素が添加された石英系のものである場合には、光増幅波長帯域の幅が広く、第1および第2の透過波長帯域の間隔が広くでき、信号光分離の点で好適である。
【0044】
また、光ノッチフィルタの遮断波長帯域が波長帯域1535nm〜1554nmを含む場合には、光導波路の利得ピーク波長付近の信号光は、高い光増幅利得で光増幅される。このとき、信号光出力強度および雑音指数の劣化を招くこと無く、また、後段の光導波路に供給される励起光の強度を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図2】本実施形態に係る光増幅器の各要素の特性の説明図である。
【図3】光ノッチフィルタの透過特性図である。
【図4】バンドパスフィルタの透過特性図である。
【図5】信号光出力強度、雑音指数、および、後段のEDFに供給される励起光の強度をまとめた図表である。
【図6】Al添加EDFの利得スペクトル図である。
【図7】Al無添加EDFの利得スペクトル図である。
【図8】光ノッチフィルタの透過特性図である。
【図9】信号光出力強度、雑音指数、および、後段のEDFに供給される励起光の強度をまとめた図表である。
【符号の説明】
11〜13…光コネクタ、21〜24…光アイソレータ、31,32…EDF、41,42…WDMカプラ、51…光ノッチフィルタ、61,62…励起光源、71〜73…分岐カプラ、82,83…バンドパスフィルタ、92,93…受光素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifier used in an optical transmission system.
[0002]
[Prior art]
The optical amplifier supplies excitation light of a predetermined wavelength to a silica-based optical waveguide to which a rare earth element such as Er (erbium) element is added, optically amplifies the signal light input to the optical waveguide, and the optical amplification is performed. This is one of important optical components in an optical transmission system. The optical amplifier is required to have a large optical amplification gain with respect to the signal light, and is also required to have a low output level of spontaneous emission light that becomes noise. In particular, when the input signal light is weak, the above two requirements are particularly great.
[0003]
For example, if the input signal light is extremely weak, a signal light amplification gain of 45 dB may be required. Such a high signal light amplification gain is difficult to obtain with a single light amplifying optical waveguide, and is usually obtained by cascading a plurality of light amplifying optical waveguides. If an optical filter that removes spontaneously emitted light is also used, a 45 dB signal light amplification gain can be obtained by cascading the optical filter and two optical amplifying optical waveguides.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
If the signal light has only one wavelength, it is easy to realize a band pass filter that transmits only the signal light of one wavelength with low loss and blocks light of other wavelengths (spontaneously emitted light). The construction of a simple optical amplifier is relatively easy. On the other hand, when the signal light has multiple wavelengths, it is necessary to use an optical filter that transmits each of the multi-wavelength signal lights with low loss and blocks light having a wavelength other than the wavelength of each of the multi-wavelength signal lights (spontaneously emitted light). There is. As an optical filter having such transmission characteristics, a multilayer filter, a combination of a coupler and a grating, and an optical circulator can be considered.
[0005]
However, it is difficult to manufacture an optical filter configured to have the above transmission characteristics by a multilayer filter with a flat light transmittance in the transmission wavelength band. A combination of a coupler and a grating has a large number of parts. In addition, since these have insertion loss, they are not appropriate when optically a weak light is amplified. Those using an optical circulator are generally expensive and have a large number of parts.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, has a simple configuration, and has a large signal light amplification gain and a low output level of spontaneous emission light even if the input multi-wavelength signal light is weak. An object is to provide an optical amplifier.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The optical amplifier for intersatellite communication according to the present invention is (1) set so that the inversion distribution is 70%, and in each of the first and second transmission wavelength bands that do not overlap each other among the optical amplification wavelength bands. A plurality of optical waveguides that optically amplify light having a wavelength that matches the gain peak of the amplifier, and (2) a chirp formed in the optical waveguide provided between the plurality of optical waveguides and connected in cascade. An optical notch filter comprising a grating and transmitting light having a gain peak and removing light included in a cutoff wavelength band between the first and second transmission wavelength bands; and (3) output from a plurality of optical waveguides. A branch coupler for branching light; (4) a first bandpass filter that selectively transmits signal light included in the first transmission wavelength band in the first branch path of the branch coupler; and (5) Second to the second branch of the branch coupler And a second band-pass filter that selectively transmits signal light included in the transmission wavelength band.
[0008]
According to this optical amplifier, the light included in the optical amplification wavelength band is optically amplified by the optical waveguide provided in front of the optical notch filter, and the optically amplified light and the spontaneous emission light generated in the optical waveguide are Is output. Of the light output from the preceding optical waveguide, the light included in the first or second transmission wavelength band has a low loss (including no loss ) through an optical notch filter formed of a chirped grating formed in the optical waveguide. ) And is included in the cutoff wavelength band between the first and second transmission wavelength bands is removed by the optical notch filter. Then, the light that has passed through the optical notch filter is optically amplified and output by an optical waveguide provided at the subsequent stage of the optical notch filter. That is, the signal light included in each of the first and second transmission wavelength bands is optically amplified and output with a high optical amplification gain, and the output intensity of the light included in the cutoff wavelength band is extremely weak. Output light from a plurality of optical waveguides is branched by a branch coupler. The signal light included in the first transmission wavelength band is selectively transmitted through the first bandpass filter provided in the first branch path of the branch coupler. Further, the signal light included in the second transmission wavelength band is selectively transmitted through the second band pass filter provided in the second branch path of the branch coupler.
[0009]
The optical amplifier according to the present invention is characterized in that the optical waveguide is of a quartz type to which an Er element and an Al element are added. In this case, the width of the optical amplification wavelength band is wide and the interval between the first and second transmission wavelength bands can be widened, which is preferable in terms of signal light separation.
[0010]
In the optical amplifier according to the invention, the cutoff wavelength band of the optical notch filter includes a wavelength band of 1535 nm to 1554 nm. In this case, the signal light near the gain peak wavelength of the optical waveguide is optically amplified with a high optical amplification gain. At this time, the signal light output intensity and the noise figure are not deteriorated, and the intensity of the pumping light supplied to the subsequent optical waveguide can be greatly reduced, which is preferable.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the following, a quartz-based optical fiber (EDF: Erbium-Doped Fiber) to which an Er (erbium) element, which is a rare earth element, is added will be described as an optical waveguide for optically amplifying light included in the optical amplification wavelength band. .
[0012]
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical amplifier according to the present embodiment. The optical amplifier includes, in order from the signal light input side, an optical connector 11, an
[0013]
The
[0014]
Each of the
[0015]
Each of the
[0016]
The WDM coupler 41 allows the excitation light output from the
[0017]
The
[0018]
The branch coupler 71 splits the light that has arrived from the
[0019]
FIG. 2 is an explanatory diagram of the characteristics of each element of the optical amplifier according to the present embodiment. 2A shows the signal light amplification gain characteristics of the
[0020]
As shown in FIG. 2A, the
[0021]
As shown in FIG. 2C, the
[0022]
Next, the operation of the optical amplifier according to this embodiment will be described. The pumping light output from the pumping
[0023]
The signal light input to the optical connector 11 is input to the
[0024]
Of the light reaching the
[0025]
As described above, the wavelength dependence of the light output from the
[0026]
Similarly, the wavelength dependence of the light output from the optical connector 13 out of the light input to the optical connector 11 includes signal light amplification gain characteristics in the
[0027]
On the other hand, the spontaneous emission light generated in the optical amplification unit in the previous stage is removed by the
[0028]
Next, a specific example of the optical amplifier according to the present embodiment will be described. Here, it is assumed that the intensity of the signal light input to the optical connector 11 is −45 dBm, and the signal light near the wavelength of 1530 nm and near the wavelength of 1560 nm is optically amplified.
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
Further, as shown in the transmission characteristic diagram of the
[0032]
As an optical amplifier having such a specific configuration, signal lights having wavelengths of 1535 nm and 1560 nm are input to the optical connector 11. Further, the excitation light output intensity of the
[0033]
Although the intensity of light output from each of the
[0034]
The noise figure at a wavelength of 1535 nm is 4.40 dB, and the noise figure at a wavelength of 1560 nm is 4.24 dB. However, considering the insertion loss of 1 dB in the optical connector 11, the noise figure is reduced to close to the quantum limit of 3 dB.
[0035]
The intensity of the excitation light supplied to the subsequent EDF 32 is 47.0 mW in the case of signal light having a wavelength of 1535 nm, and 79.7 mW in the case of signal light having a wavelength of 1560 nm. In general, the maximum output intensity of a laser light source with a wavelength of 1.48 μm is about 100 mW. Therefore, if this is used as the
[0036]
As described above, the optical amplifier according to the present embodiment can have sufficiently good characteristics by using the
[0037]
Each of the
[0038]
Next, a specific example of an optical amplifier in the case of optically amplifying signal lights having wavelengths of 1531 nm and 1558 nm, which are gain peak wavelengths of the Al-added EDF, will be described. In this case, as shown in FIG. 8, the
[0039]
In this case as well, the intensity of the light output from each of the
[0040]
As described above, in the case of optically amplifying the signal lights having wavelengths of 1531 nm and 1558 nm, which are the gain peak wavelengths of the Al-added EDF, by using the
[0041]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, light included in the optical amplification wavelength band is optically amplified by the optical waveguide provided in the front stage of the optical notch filter, and the optically amplified light and the optical waveguide are provided. Spontaneous emission light generated in is output. Of the light output from the preceding optical waveguide, the light included in the first or second transmission wavelength band passes through the optical notch filter with low loss, and is blocked between the first and second transmission wavelength bands. The light included in the wavelength band is removed by the optical notch filter. Then, the light that has passed through the optical notch filter is optically amplified and output by an optical waveguide provided at the subsequent stage of the optical notch filter. That is, the signal light included in each of the first and second transmission wavelength bands is optically amplified and output with a high optical amplification gain, and the output intensity of the light included in the cutoff wavelength band is extremely weak.
[0042]
Thus, by using the optical notch filter, the configuration is easy, and even if the input multi-wavelength signal light is weak, the signal light amplification gain is large and the output level of the spontaneous emission light is small. Therefore, for example, it can be suitably used as an optical amplifier in intersatellite optical communication.
[0043]
In addition, when the optical waveguide is of a quartz system to which an Er element and an Al element are added, the width of the optical amplification wavelength band is wide, the interval between the first and second transmission wavelength bands can be widened, and the signal light It is preferable in terms of separation.
[0044]
When the cutoff wavelength band of the optical notch filter includes the wavelength band of 1535 nm to 1554 nm, the signal light near the gain peak wavelength of the optical waveguide is optically amplified with a high optical amplification gain. At this time, the intensity of the pumping light supplied to the subsequent optical waveguide can be significantly reduced without causing deterioration of the signal light output intensity and noise figure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical amplifier according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of characteristics of each element of the optical amplifier according to the present embodiment.
FIG. 3 is a transmission characteristic diagram of an optical notch filter.
FIG. 4 is a transmission characteristic diagram of a bandpass filter.
FIG. 5 is a chart summarizing signal light output intensity, noise figure, and intensity of pumping light supplied to a subsequent EDF.
FIG. 6 is a gain spectrum diagram of an Al-added EDF.
FIG. 7 is a gain spectrum diagram of an Al-free EDF.
FIG. 8 is a transmission characteristic diagram of an optical notch filter.
FIG. 9 is a table summarizing signal light output intensity, noise figure, and intensity of pumping light supplied to a subsequent EDF.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11-13 ... Optical connector, 21-24 ...
Claims (3)
前記複数の光導波路の間に設けられて互いに縦続接続され、光導波路に形成されたチャープトグレーティングからなり、前記利得ピークを有する光を透過させ、前記第1および前記第2の透過波長帯域の間の遮断波長帯域に含まれる光を除去する光ノッチフィルタと、
前記複数の光導波路からの出力光を分岐する分岐カプラとを備え、
前記分岐カプラの第1の分岐路に前記第1の透過波長帯域に含まれる信号光を選択的に透過する第1のバンドパスフィルタと、
前記分岐カプラの第2の分岐路に前記第2の透過波長帯域に含まれる信号光を選択的に透過する第2のバンドパスフィルタと
を備えることを特徴とする衛星間通信用光増幅器。 Light having a wavelength that is set to have an inversion distribution of 70% and is included in each of the first and second transmission wavelength bands that do not overlap each other in the optical amplification wavelength band and that matches the gain peak of the amplifier A plurality of optical waveguides to be amplified;
The chirped grating formed between the plurality of optical waveguides and cascaded to each other and formed in the optical waveguide, transmits light having the gain peak, and has the first and second transmission wavelength bands. An optical notch filter that removes light included in the cutoff wavelength band between,
A branch coupler for branching output light from the plurality of optical waveguides,
A first band pass filter that selectively transmits signal light included in the first transmission wavelength band to the first branch path of the branch coupler;
An optical amplifier for intersatellite communication, comprising: a second bandpass filter that selectively transmits signal light included in the second transmission wavelength band in the second branch path of the branch coupler.
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