JP4411696B2 - 光カプラ、光増幅装置および光通信システム - Google Patents
光カプラ、光増幅装置および光通信システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域の多波長の信号光を一括光増幅することができる光増幅装置、この光増幅装置において好適に用いられる光カプラ、および、この光増幅装置を用いて信号光を増幅中継する光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、多波長の信号光を伝送することにより高速・大容量の光通信を行うことができる。光伝送路として用いられる石英系光ファイバの伝送損失が波長１．５５μｍ付近で小さく、Ｃバンド（波長１．５５μｍ帯、一般には１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍ）の光を増幅するＣバンド用光増幅器が実用化されていることから、ＷＤＭ伝送システムではＣバンドの多波長信号光が用いられている。
【０００３】
ところが、近年では更なる高速化・大容量化が要求され、また、Ｌバンド（波長１．５８μｍ帯、一般には１５７４ｎｍ〜１６０５ｎｍ）の光を増幅するＬバンド用光増幅器が開発されつつあることから、Ｃバンドの信号光に加えてＬバンドの信号光をも用いてＷＤＭ伝送を行うことが検討されている（例えば、文献「M. X. Ma, et al., "765 Gb/s over 2,000 km Transmission Using C- and L-Band Erbium Doped Fiber Amplifiers", OFC'99, Postdeadline papers, PD16 (1999)」を参照）。
【０００４】
このような光通信システムにおいてＣバンドおよびＬバンドの双方を含む帯域で信号光を光増幅する光増幅装置は、光分波部、Ｃバンド用光増幅器、Ｌバンド用光増幅器および光合波器を備えている。すなわち、光増幅装置は、入力した信号光を光分波部によりＣバンドとＬバンドとに分波して、Ｃバンドの信号光についてはＣバンド用光増幅器により光増幅し、Ｌバンドの信号光についてはＬバンド用光増幅器により光増幅し、これら光増幅されたＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とを光合波器により合波して出力する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光増幅装置は以下のような問題点を有していることを本願発明者は見出した。すなわち、Ｌバンド用光増幅器で生じる逆ＡＳＥ光はＬバンドではなくＣバンドにピークを有し、また、光分波部におけるバンド間アイソレーションは完全ではない。それ故、Ｌバンド用光増幅器で生じた逆ＡＳＥ光は、光分波部の前段に接続された光ファイバ線路におけるレイリー散乱に因り、戻り光として光分波部を経てＣバンド用光増幅器に入力して、Ｃバンドについて見かけ上の雑音指数の劣化の要因となる。また、このような光増幅装置を用いて信号光を増幅中継する光通信システムにおいては、良好な光ＳＮ比を確保しようとすれば増幅中継の段数を少なくせざるを得ず、長距離通信を行う上で問題となる。
【０００６】
本発明は、本願発明者の上記知見に基づいて、上記問題点を解消する為になされたものであり、広帯域に亘って信号光の光増幅が可能であって雑音特性が良好な光増幅装置、この光増幅装置において好適に用いられる光カプラ、および、この光増幅装置を用いて増幅中継な段数を多くすることができる光通信システム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】
本発明に係る光カプラは、第１ポート、第２ポートおよび第３ポートを有し、(1) 誘電体多層膜の干渉フィルタからなり、第１ポートより入力する光をＣバンドの光とＬバンドの光とに分波して、Ｃバンドの光を第２ポートへ出力し、Ｌバンドの光を第３ポートへ向けて出力し、第３ポートに入力したＣバンドの光の一部を第１ポートへ出力する光分波部と、(2) 第１ポートに設置され、第１ポートより入力する光を出力する光ファイバを接続するための入力端と、(3) 光分波部と第３ポートとの間のＬバンドの光の光路上に設けられ、Ｌバンドの光を透過させるとともに、Ｃバンドの光を遮断する光フィルタとを備えることを特徴とする。
【０００８】
この光カプラによれば、第１ポートより入力した光は光分波部によりＣバンドの光とＬバンドの光とに分波される。光分波部により分波されたＣバンドの光は第２ポートへ出力される。一方、光分波部により分波されたＬバンドの光は光フィルタを透過して第３ポートへ出力される。第３ポートからＣバンドの光が入力したとしても、その光は光フィルタにより遮断されるので、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、第３ポートから入力したＣバンドの光が第２ポートへ出力されることはない。したがって、この光カプラは、後述する本発明に係る光増幅装置において好適に用いられる。
【０００９】
また、本発明に係る光カプラでは、光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであることを特徴とする。この場合には、この光フィルタが透過させるべきＬバンドの光に対する挿入損が小さく、また、この光フィルタが光ファイバと融着接続される場合には融着損も小さい。殊に、光ファイバグレーティングの形成される光ファイバとその両端につながる光ファイバが同種のものである場合は、融着損は略零となる。
【００１３】
本発明に係る光増幅装置は、(1) 誘電体多層膜の干渉フィルタからなり、入力端の第１ポートより入力した信号光をＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波して、Ｃバンドの信号光およびＬバンドの信号光それぞれを第２ポート、第３ポートより出力する光分波部と、(2) 第２ポートから出力されたＣバンドの信号光を、蛍光物質が添加されたＣバンド増幅用光導波路で光増幅して出力するＣバンド用光増幅器と、(3) 第３ポートから出力されたＬバンドの信号光を、上記蛍光物質と同一種類の蛍光物質が添加されたＬバンド増幅用光導波路で光増幅して出力するＬバンド用光増幅器と、(4) Ｃバンド用光増幅器から出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器から出力されたＬバンドの信号光とを入力し、これらを合波して出力端より出力する光合波器と、(5) 光分波部とＬバンド増幅用光導波路との間の光路上に設けられ、Ｌバンドの光を透過させるとともに、Ｃバンドの光を遮断する光フィルタとを備えることを特徴とする。
【００１４】
この光増幅装置によれば、入力端より入力した信号光は、光分波部により、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波され、Ｃバンドの信号光およびＬバンドの信号光それぞれが互いに異なるポートより出力される。光分波部から出力されたＣバンドの信号光は、Ｃバンド用光増幅器のＣバンド増幅用光導波路で光増幅されて出力され、一方、光分波部から出力されたＬバンドの信号光は、光フィルタを透過した後に、Ｌバンド用光増幅器のＬバンド増幅用光導波路で光増幅されて出力される。Ｃバンド用光増幅器から出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器から出力されたＬバンドの信号光とは、光合波器により合波されて出力端より出力される。
【００１５】
Ｃバンド増幅用光導波路およびＬバンド増幅用光導波路それぞれに添加されている蛍光物質が互いに同一種類であるので、Ｌバンド増幅用光導波路における反転分布を低く抑えることで、Ｌバンド用光増幅器の利得帯域をＣバンド用光増幅器の利得帯域より長波長にすることができる。このとき、Ｌバンド用光増幅器における光増幅の際に生じる逆ＡＳＥ光は、Ｃバンドのものである場合があり、もしＣバンド用光増幅器に入力すれば雑音指数劣化の要因となる。しかし、本発明に係る光増幅装置では、この逆ＡＳＥ光は光フィルタにより遮断されるので、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、この逆ＡＳＥ光がＣバンド用光増幅器に入力することが防止され、Ｃバンド用光増幅器の雑音指数の劣化が抑制される。
【００１６】
また、本発明に係る光増幅装置では、光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであることを特徴とする。この場合には、この光フィルタが透過させるべきＬバンドの信号光に対する挿入損が小さく、この光フィルタが光ファイバと融着接続される際の融着損も小さい。
【００１７】
また、本発明に係る光増幅装置では、Ｃバンド増幅用光導波路およびＬバンド増幅用光導波路それぞれに添加される蛍光物質が希土類元素であるのが好適であり、希土類元素の中でも特にＥｒ元素であるのが更に好適である。蛍光物質がＥｒ元素である場合には、光伝送路として用いられる石英系光ファイバの伝送損失が小さい波長帯域で効率的な光増幅が行われる。
【００１８】
本発明に係る光通信システムは、上記の光増幅装置を用いて信号光を増幅中継することを特徴とする。この光通信システムによれば、各光増幅装置において光増幅可能な信号光波長帯域が広く、また、各光増幅装置の雑音特性が良好であることから増幅中継の段数を従来の場合より多くしても良好な光ＳＮ比を確保することができるので、大容量で長距離の通信を行うことができる。
【００１９】
【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。なお、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。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る光増幅装置１および光カプラ１００の構成図である。本実施形態に係る光増幅装置１は、光カプラ１００、Ｃバンド用光増幅器（短波長側帯域用光増幅器）２００、Ｌバンド用光増幅器（長波長側帯域用光増幅器）３００および光合波器４００を備えており、入力端１１に入力するＣバンドおよびＬバンドの信号光を一括光増幅して出力端１２から出力する。
【００２１】
光カプラ１００は、第１ポート１０１、第２ポート１０２および第３ポート１０３を有しており、光分波部１１０および光フィルタ１２０を備えている。光分波部１１０は、Ｃバンド（波長１．５５μｍ帯、一般には１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍ）およびＬバンド（波長１．５８μｍ帯、一般には１５７４ｎｍ〜１６０５ｎｍ）の双方を含む波長帯域の信号光を第１ポート１０１より入力し、これをＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波して、Ｃバンドの信号光を第２ポート１０２へ出力し、Ｌバンドの信号光を第３ポート１０３へ出力する。光分波部１１０は、Ｃバンドの信号光およびＬバンドの信号光のうち一方を反射させ他方を透過させるグレーティングや干渉フィルタを含むものであるのが好適である。特に、誘電体多層膜からなる干渉フィルタを含むものである場合には、光分波部１１０は、反射させるバンドの信号光の位相を変化させることないので、そのバンドの信号光の伝送速度を大きくすることができる点で好適である。
【００２２】
光フィルタ１２０は、光分波部１１０と第３ポート１０３との間のＬバンド光路上に設けられ、Ｌバンドの光を透過させるとともに、Ｃバンドの光を遮断する。光フィルタ１２０は、光ファイバのコアにチャープトグレーティング（光ファイバ長手方向に間隔が変化している屈折率変調）が形成されたチャープトファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、透過させるべきＬバンドの信号光に対する挿入損失が小さい。また、光フィルタ１２０は、グレーティングが傾斜して形成されているのが好適であり、この場合には、遮断すべきＣバンドの光を元の光路へ反射させることがない。
【００２３】
Ｃバンド用光増幅器２００は、光カプラ１００の第２ポート１０２から出力されたＣバンドの信号光を光増幅して出力する。Ｌバンド用光増幅器３００は、光カプラ１００の第３ポート１０３から出力されたＬバンドの信号光を光増幅して出力する。光合波器４００は、Ｃバンド用光増幅器２００により光増幅されて出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器３００により光増幅されて出力されたＬバンドの信号光とを入力し、これらを合波して出力する
【００２４】
Ｃバンド用光増幅器２００は、入力側から出力側へ順に接続されたＷＤＭカプラ２２１、増幅用光導波路２１１、光アイソレータ２３１、ＷＤＭカプラ２２２、増幅用光導波路２１２、利得等化器２４０および光アイソレータ２３２を備える。さらに、Ｃバンド用光増幅器２００は、ＷＤＭカプラ２２１に接続された励起光源２５１、および、ＷＤＭカプラ２２２に接続された励起光源２５２を備える。Ｃバンド用光増幅器２００は、雑音指数の低減を図るべく、２つの増幅用光導波路２１１および２１２を備える２段構成とし、前段の増幅用光導波路２１１の前には光アイソレータ（一般に０．５ｄＢ程度の挿入損を有する）を設けていない。
【００２５】
増幅用光導波路２１１および２１２それぞれは、蛍光物質（好適にはＥｒ元素）が添加されて信号光を光増幅する光導波路（好適には光ファイバ）である。ＷＤＭカプラ２２１は、Ｃバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源２５１から出力された励起光を増幅用光導波路２１１へ導入する。同様に、ＷＤＭカプラ２２２は、Ｃバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源２５２から出力された励起光を増幅用光導波路２１２へ導入する。光アイソレータ２３１および２３２それぞれは、順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。利得等化器２４０は、Ｃバンドにおいて増幅用光導波路２１１および２１２の利得スペクトルと略同形状の損失スペクトルを有しており、Ｃバンド用光増幅器２００全体の利得を等化する。
【００２６】
Ｌバンド用光増幅器３００は、入力側から出力側へ順に接続されたＷＤＭカプラ３２１、増幅用光導波路３１１、光アイソレータ３３１、ＷＤＭカプラ３２２、増幅用光導波路３１２、利得等化器３４０および光アイソレータ３３２を備える。さらに、Ｌバンド用光増幅器３００は、ＷＤＭカプラ３２１に接続された励起光源３５１、および、ＷＤＭカプラ３２２に接続された励起光源３５２を備える。Ｌバンド用光増幅器３００も、雑音指数の低減を図るべく、２つの増幅用光導波路３１１および３１２を備える２段構成とし、前段の増幅用光導波路３１１の前には光アイソレータを設けていない。
【００２７】
増幅用光導波路３１１および３１２それぞれは、蛍光物質（好適にはＥｒ元素）が添加されて信号光を光増幅する光導波路（好適には光ファイバ）である。ＷＤＭカプラ３２１は、Ｌバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源３５１から出力された励起光を増幅用光導波路３１１へ導入する。同様に、ＷＤＭカプラ３２２は、Ｌバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源３５２から出力された励起光を増幅用光導波路３１２へ導入する。光アイソレータ３３１および３３２それぞれは、順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。利得等化器３４０は、Ｌバンドにおいて増幅用光導波路３１１および３１２の利得スペクトルと略同形状の損失スペクトルを有しており、Ｌバンド用光増幅器３００全体の利得を等化する。
【００２８】
この光増幅装置１は以下のように動作する。Ｃバンド用光増幅器２００では、励起光源２５１から出力された励起光がＷＤＭカプラ２２１を経て増幅用光導波路２１１に供給され、励起光源２５２から出力された励起光がＷＤＭカプラ２２２を経て増幅用光導波路２１２に供給される。Ｌバンド用光増幅器３００では、励起光源３５１から出力された励起光がＷＤＭカプラ３２１を経て増幅用光導波路３１１に供給され、励起光源３５２から出力された励起光がＷＤＭカプラ３２２を経て増幅用光導波路３１２に供給される。
【００２９】
光増幅装置１の入力端１１に信号光が入力すると、その信号光は、光カプラ１００の第１ポートに入力し、光分波部１１０によりＣバンドとＬバンドとに分波される。そして、Ｃバンドの信号光は第２ポート１０２から出力され、Ｌバンドの信号光は光フィルタ１２０を経て第３ポート１０３から出力される。
【００３０】
光カプラ１００の第２ポート１０２から出力されたＣバンドの信号光は、Ｃバンド用光増幅器２００のＷＤＭカプラ２２１、増幅用光導波路２１１、光アイソレータ２３１、ＷＤＭカプラ２２２、増幅用光導波路２１２、利得等化器２４０および光アイソレータ２３２を順次に経てＣバンド用光増幅器２００から出力されるが、この間に増幅用光導波路２１１および２１２により光増幅され、利得等化器２４０により利得等化される。
【００３１】
光カプラ１００の第３ポート１０３から出力されたＬバンドの信号光は、Ｌバンド用光増幅器３００のＷＤＭカプラ３２１、増幅用光導波路３１１、光アイソレータ３３１、ＷＤＭカプラ３２２、増幅用光導波路３１２、利得等化器３４０および光アイソレータ３３２を順次に経てＬバンド用光増幅器３００から出力されるが、この間に増幅用光導波路３１１および３１２により光増幅され、利得等化器３４０により利得等化される。
【００３２】
Ｃバンド用光増幅器２００から出力されたＣバンドの信号光、および、Ｌバンド用光増幅器３００から出力されたＬバンドの信号光は、光合波器４００により合波される。そして、その合波された信号光は、光増幅装置１の出力端１２から出力される。
【００３３】
Ｌバンド用光増幅器３００においてＬバンドの信号光の光増幅の際にＣバンドの逆ＡＳＥ光が生じる。Ｌバンド用光増幅器３００で発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０が設けられていないとすれば、光分波部１１０のバンド間アイソレーションの不完全さ故にＣバンド用光増幅器２００に入力し、Ｃバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化の原因となる。しかし、本実施形態では、光フィルタ１２０が設けられているので、Ｌバンド用光増幅器３００で発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０により遮断される。したがって、Ｃバンド用光増幅器２００に入力することが防止され、Ｃバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化が抑制される。
【００３４】
次に、より具体的な光増幅装置１の実施例について説明する。光カプラ１００は、光分波部１１０が干渉フィルタであって、光フィルタ１２０がチャープトファイバグレーティングであるとする。光分波部１１０の挿入損（すなわち、光フィルタ１２０が設けられていない場合の光カプラ１００の挿入損）は、図２に示すように、第１ポート１０１と第２ポート１０２との間で、Ｃバンドについて０．７ｄＢであり、Ｌバンドについて２０ｄＢであるとし、また、第１ポート１０１と第３ポート１０３との間で、Ｃバンドについて１０ｄＢであり、Ｌバンドについて０．４ｄＢであるとする。光フィルタ１２０の透過率は、図３に透過スペクトルを模式的に示すように、Ｃバンドで−１５ｄＢ程度であり、Ｌバンドで略０ｄＢであるとする。
【００３５】
増幅用光導波路２１１，２１２，３１１および３１２それぞれは、Ｅｒ元素に加えてＡｌ元素が共添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ濃度が５００ｗｔ．ｐｐｍであり、カットオフ波長が１．１μｍである。Ｃバンド用の前段の増幅用光導波路２１１の長さは５ｍであり、後段の増幅用光導波路２１２の長さも５ｍである。Ｌバンド用の前段の増幅用光導波路３１１の長さは１５ｍであり、後段の増幅用光導波路３１２の長さは６０ｍである。
【００３６】
Ｃバンド用の前段の増幅用光導波路２１１に励起光源２５１から順方向に供給される励起光は、波長が０．９８μｍであって、パワーが７５ｍＷである。Ｃバンド用の後段の増幅用光導波路２１２に励起光源２５２から順方向に供給される励起光は、波長が１．４８μｍであって、パワーが１５ｍＷである。Ｌバンド用の前段の増幅用光導波路３１１に励起光源３５１から順方向に供給される励起光は、波長が０．９８μｍであって、パワーが７５ｍＷである。また、Ｌバンド用の後段の増幅用光導波路３１２に励起光源３５２から順方向に供給される励起光は、波長が１．４８μｍであって、パワーが４０ｍＷである。光増幅装置１全体の利得を１４ｄＢとする。また、ＣバンドおよびＬバンドそれぞれについて光増幅装置１の入力端１１に入力する信号光を−１５．５ｄＢｍ／ｃｈ×８ｃｈとする。
【００３７】
増幅用光導波路（Ｅｒ添加光ファイバ）２１１，２１２，３１１および３１２それぞれに添加されているＥｒイオンの蛍光スペクトルのピーク波長は１５３０ｎｍ付近であるが、Ｌバンド用光増幅器３００の増幅用光導波路３１１および３１２それぞれでは、反転分布を低く抑えることにより、利得が発生する波長域をＬバンドにシフトさせる。ただし、Ｌバンド用光増幅器３００で発生する逆ＡＳＥ光のピーク波長をもＬバンドにシフトさせるとは限らない。
【００３８】
図４は、本実施例におけるＣバンド用光増幅器２００およびＬバンド用光増幅器３００それぞれの逆ＡＳＥスペクトルを示すグラフである。このグラフにおける波長の分解能は０．５ｎｍである。Ｃバンド用光増幅器２００の逆ＡＳＥスペクトルはＣバンド用光増幅器２００の入力端（図１中のＣ１点）で測定したものであり、Ｌバンド用光増幅器３００の逆ＡＳＥスペクトルはＬバンド用光増幅器３００の入力端（図１中のＬ１点）で測定したものである。このグラフから判るように、Ｌバンド用光増幅器３００の逆ＡＳＥ光は、Ｅｒイオン本来の蛍光ピーク波長である１５３０ｎｍでピークを有しており、そのピーク値が−１ｄＢｍにも達している。
【００３９】
もし、光フィルタ１２０を設けない場合には、これらの逆ＡＳＥ光は、光増幅装置１の入力端１１の前に接続された光ファイバ線路におけるレイリー散乱に因り、戻り光として入力端１１より光増幅装置１に入力し、光分波部１１０を経てＣバンド用光増幅器２００に入力して、雑音指数の劣化の原因となる。入力端１１の前に接続された光ファイバ線路が標準的なシングルモード光ファイバであるとすれば、レイリー散乱による戻り光比は３５ｄＢ程度となる。このことに加えて、図２で説明した光分波部１１０の挿入損を考慮すると、Ｃバンド用光増幅器２００およびＬバンド用光増幅器３００それぞれの見かけ上の雑音指数の劣化量は、図５および図６に示す表のとおりとなる。
【００４０】
図５および図６それぞれは、光フィルタ１２０を設けない場合における各点での逆ＡＳＥ光パワー（＠１５３０ｎｍ、＠１５７５ｎｍ）をまとめた図表である。Ａ点は入力端１１と光カプラ１００の第１ポート１０１との間の点であり、Ｃ１点はＣバンド用光増幅器２００の入力端であり、Ｃ２点はＣバンド用光増幅器２００の出力端であり、Ｌ１点はＬバンド用光増幅器３００の入力端であり、Ｌ２点はＬバンド用光増幅器３００の出力端である。図５は、Ｌバンド用光増幅器３００から出力される逆ＡＳＥ光について、Ｌ１点での出力パワー、Ａ点での戻り光の入力パワー、Ｃ１点での入力パワー、Ｃ２点での出力パワー、Ｌ１点での入力パワー、および、Ｌ２点での出力パワーそれぞれを示し、また、本来のＡＳＥ光のパワーおよび実効的な雑音指数の劣化量を示す。図６は、Ｃバンド用光増幅器２００から出力される逆ＡＳＥ光について、Ｃ１点での出力パワー、Ａ点での戻り光の入力パワー、Ｃ１点での入力パワー、Ｃ２点での出力パワー、Ｌ１点での入力パワー、および、Ｌ２点での出力パワーそれぞれを示し、また、本来のＡＳＥ光のパワーおよび実効的な雑音指数の劣化量を示す。
【００４１】
これらの図から判るように、光フィルタ１２０を設けない場合には、Ｌバンド用光増幅器３００においては、逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分があったとしても、見かけ上の雑音指数の劣化量は０．１７７ｄＢ程度であり、前段の増幅用光導波路３１１の前に光アイソレータ（挿入損０．５ｄＢ）を設けなかったことに因る雑音指数の改善効果が得られている。一方、Ｃバンド用光増幅器２００においては、自ら放出した逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分が再入力したときの見かけ上の雑音指数の劣化量は０．１６６ｄＢ程度であるが、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分が入力したときの見かけ上の雑音指数の劣化量は３．３ｄＢ以上となっている。これは、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光が、光分波部１１０のバンド間アイソレーションの不完全さに因り、Ｃバンド用光増幅器２００に混入するからである。
【００４２】
そこで、本実施形態に係る光増幅装置１では、図１に示すように光フィルタ１２０を設けることで、Ｃバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化を抑制している。すなわち、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０により遮断されるので、この逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分がＣバンド用光増幅器２００に入力するのが防止され、これに因りＣバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化が抑制される。
【００４３】
なお、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光が光フィルタ１２０により反射されてＬバンド用光増幅器３００に入力することも回避すべきであることから、光フィルタ１２０がグレーティングで構成される場合には、そのグレーティングを斜めに形成するのが好適である。
【００４４】
また、Ｌバンド用光増幅器３００の雑音指数の劣化を抑制する為に、Ｌバンドでの光フィルタ１２０の挿入損が小さいことが重要もあるから、光フィルタ１２０は、ファイバグレーティングであるのが好適である。また、光合波器１１０とＷＤＭカプラ３２１との間を接続する光ファイバと同種の光ファイバに形成されたものであれば融着損も殆ど無いので好適である。
【００４５】
また、図１に示した本実施形態に係る光増幅装置１では、光フィルタ１２０は、光カプラ１００の１要素であるとしたが、これに限られるものではない。光フィルタ１２０は、光分波部１１０とＬバンド用光増幅器３００の増幅用光導波路３１１との間のＬバンド信号光の光路上に設けられればよい。光フィルタ１２０は、光カプラ１００およびＬバンド用光増幅器３００の何れにも属さない独立の要素であってもよいし、Ｌバンド用光増幅器３００の１要素であってもよい。後者の場合には、図７に示すように、光フィルタ１２０はＬバンド用光増幅器３００の入力端と前段の増幅用光導波路３１１との間に設けられる。増幅用光導波路３１１で発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０により遮断されて、Ｌバンド用光増幅器３００の入力端より外部に出力されることがない。
【００４６】
図８は、本実施形態に係る光通信システムの概略構成図である。この光通信システムは、送信局２と受信局３との間にＮ段の光増幅装置１1〜１Nが順に設けられている。光増幅装置１1〜１Nそれぞれは、図１に示した光増幅装置１と同様の構成である。送信局２と光増幅装置１1との間は光ファイバ線路４1により接続されている。光増幅装置１n-1と光増幅装置１nとの間は光ファイバ線路４nにより接続されている（ｎ＝２〜Ｎ）。また、光増幅装置１Nと受信局３との間は光ファイバ線路４N+1により接続されている。この光通信システムにおいて、ＣバンドおよびＬバンドの双方に亘る波長帯域の多波長信号光は、送信局２から送出され、光増幅装置１1〜１Nにより順次に増幅中継されて伝送され、受信局３に到達して受信される。
【００４７】
光増幅装置１すなわち光増幅装置１1〜１Nそれぞれは、図１中のＢ点（出力端１２と光合波器４００との間の点）において３７．８ｄＢ（波長分解能０．１ｎｍ）程度の光ＳＮ比を確保することができる。したがって、例えば、１波あたり２．５Ｇｂ／ｓの信号を伝送する光通信システムでは、波形歪み等を考慮してマージンを見込むと２０ｄＢ程度の光ＳＮ比が必要であるが、この光増幅装置１を用いれば増幅中継可能な段数Ｎは６０程度まで可能である。なお、光フィルタ１２０を設けない場合には、本実施形態の場合と比べると、増幅中継可能な段数は半分程度にまで減少する。また、光フィルタ１２０を設けることなく、Ｃバンド用光増幅器２００の増幅用光導波路２１１およびＬバンド用光増幅器３００の増幅用光導波路３１１それぞれの前段に光アイソレータを設ける場合には、本実施形態の場合と比べると、増幅中継可能な段数は９０％程度にまで減少する。
【００４８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、増幅用光導波路２１１，２１２，３１１および３１２それぞれは、光ファイバでなくてもよく、平面光導波路であってもよい。また、増幅用光導波路２１１，２１２，３１１および３１２それぞれは、Ｅｒ元素が添加されたものでなくてもよく、他の蛍光物質（例えばＴｍ元素等の希土類元素）が添加されたものであってもよい。
【００４９】
増幅用光導波路にＴｍ元素が添加される場合には、１．４７μｍ帯および１．５０μｍ帯の双方に亘る広い帯域で光増幅を行うことができる。すなわち、Ｔｍ元素本来の蛍光スペクトルのピーク波長は１．４７μｍ付近であるが、反転分布を低く抑えることにより、利得が発生する波長域を波長１．５０μｍ帯にシフトさせることができる。そこで、光分波部により波長１．４７μｍ帯の信号光と波長１．５０μｍ帯の信号光とに分波し、波長１．４７μｍ帯用光増幅器により波長１．４７μｍ帯の信号光を光増幅し、波長１．５０μｍ帯用光増幅器により波長１．５０μｍ帯の信号光を光増幅することで、これら波長１．４７μｍ帯および波長１．５０μｍ帯の双方に亘る広い帯域で光増幅を行うことができる。
【００５０】
この波長１．５０μｍ帯用光増幅器でも、波長１．４７μｍ付近にピーク波長を有する逆ＡＳＥ光が発生する。このＡＳＥ光が波長１．４７μｍ帯用光増幅器に入力すると、波長１．４７μｍ帯光増幅器の雑音指数が劣化する。そこで、この場合にも、上記実施形態と同様に、光分波部と波長１．５０μｍ帯用光増幅器の増幅用光導波路との間の波長１．５０μｍ帯の信号光の光路上に光フィルタを設ける。そして、この光フィルタにより、波長１．５０μｍ帯の光を透過させるとともに、波長１．４７μｍ帯の光を遮断することで、波長１．５０μｍ帯用光増幅器で発生したＡＳＥ光が波長１．４７μｍ帯用光増幅器に入力するのを防止して、波長１．４７μｍ帯光増幅器の雑音指数の劣化を抑制することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光カプラによれば、第１ポートより入力した光は光分波部によりＣバンドの光とＬバンドの光とに分波され、Ｃバンドの光が第２ポートへ出力され、Ｌバンドの光が光フィルタを透過して第３ポートへ出力される。第３ポートからＣバンドの光が入力したとしても、その光は光フィルタにより遮断されるので、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、第３ポートから入力したＣバンドの光が第２ポートへ出力されることはない。したがって、この光カプラは、本発明に係る光増幅装置において好適に用いられる。
【００５３】
本発明に係る光増幅装置によれば、入力端より入力した信号光は光分波部によりＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波され、Ｃバンドの信号光はＣバンド用光増幅器のＣバンド増幅用光導波路で光増幅され、一方、Ｌバンドの信号光は光フィルタを透過した後にＬバンド用光増幅器のＬバンド増幅用光導波路で光増幅される。そして、Ｃバンド用光増幅器から出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器から出力されたＬバンドの信号光とは、光合波器により合波されて出力端より出力される。Ｌバンド用光増幅器における光増幅の際に生じる逆ＡＳＥ光は光フィルタにより遮断される。したがって、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、その逆ＡＳＥ光がＣバンド用光増幅器に入力することが防止され、Ｃバンド用光増幅器の雑音指数の劣化が抑制される。
【００５４】
また、本発明に係る光カプラ、光増幅器および光増幅装置それぞれでは、光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、この光フィルタが透過させるべき波長帯域の光に対する挿入損が小さく、この光フィルタが光ファイバと融着接続される際の融着損も小さい。また、増幅用光導波路に添加される蛍光物質がＥｒ元素である場合には、光伝送路として用いられる石英系光ファイバの伝送損失が小さい波長帯域で効率的な光増幅が行われる。
【００５５】
本発明に係る光通信システムは、上記の光増幅装置を用いて信号光を増幅中継するものであり、各光増幅装置において光増幅可能な信号光波長帯域が広く、また、各光増幅装置の雑音特性が良好であることから増幅中継の段数を従来の場合より多くしても良好な光ＳＮ比を確保することができるので、大容量で長距離の通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光増幅装置および光カプラの構成図である。
【図２】本実例に係る光合波器の特性を説明する図である。
【図３】本実施例における光フィルタの透過スペクトルを模式的に示す図である。
【図４】本実施例におけるＣバンド用光増幅器およびＬバンド用光増幅器それぞれの逆ＡＳＥスペクトルを示すグラフである。
【図５】光フィルタを設けない場合における各点での逆ＡＳＥ光パワーをまとめた図表である。
【図６】光フィルタを設けない場合における各点での逆ＡＳＥ光パワーをまとめた図表である。
【図７】本実施形態に係る光増幅器の概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る光通信システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１…光増幅装置、１１…入力端、１２…出力端、１００…光カプラ、１０１…第１ポート、１０２…第２ポート、１０３…第３ポート、１１０…光分波部、１２０…光フィルタ、２００…Ｃバンド用光増幅器（短波長側帯域用光増幅器）、２１１，２１２…増幅用光導波路（短波長側帯域増幅用光導波路）、２２１，２２２…ＷＤＭカプラ、２３１，２３２…光アイソレータ、２４０…利得等化器、２５１，２５２…励起光源、３００…Ｌバンド用光増幅器（長波長側帯域用光増幅器）、３１１，３１２…増幅用光導波路（長波長側帯域増幅用光導波路）、３２１，３２２…ＷＤＭカプラ、３３１，３３２…光アイソレータ、３４０…利得等化器、３５１，３５２…励起光源、４００…光合波器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域の多波長の信号光を一括光増幅することができる光増幅装置、この光増幅装置において好適に用いられる光カプラ、および、この光増幅装置を用いて信号光を増幅中継する光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、多波長の信号光を伝送することにより高速・大容量の光通信を行うことができる。光伝送路として用いられる石英系光ファイバの伝送損失が波長１．５５μｍ付近で小さく、Ｃバンド（波長１．５５μｍ帯、一般には１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍ）の光を増幅するＣバンド用光増幅器が実用化されていることから、ＷＤＭ伝送システムではＣバンドの多波長信号光が用いられている。
【０００３】
ところが、近年では更なる高速化・大容量化が要求され、また、Ｌバンド（波長１．５８μｍ帯、一般には１５７４ｎｍ〜１６０５ｎｍ）の光を増幅するＬバンド用光増幅器が開発されつつあることから、Ｃバンドの信号光に加えてＬバンドの信号光をも用いてＷＤＭ伝送を行うことが検討されている（例えば、文献「M. X. Ma, et al., "765 Gb/s over 2,000 km Transmission Using C- and L-Band Erbium Doped Fiber Amplifiers", OFC'99, Postdeadline papers, PD16 (1999)」を参照）。
【０００４】
このような光通信システムにおいてＣバンドおよびＬバンドの双方を含む帯域で信号光を光増幅する光増幅装置は、光分波部、Ｃバンド用光増幅器、Ｌバンド用光増幅器および光合波器を備えている。すなわち、光増幅装置は、入力した信号光を光分波部によりＣバンドとＬバンドとに分波して、Ｃバンドの信号光についてはＣバンド用光増幅器により光増幅し、Ｌバンドの信号光についてはＬバンド用光増幅器により光増幅し、これら光増幅されたＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とを光合波器により合波して出力する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光増幅装置は以下のような問題点を有していることを本願発明者は見出した。すなわち、Ｌバンド用光増幅器で生じる逆ＡＳＥ光はＬバンドではなくＣバンドにピークを有し、また、光分波部におけるバンド間アイソレーションは完全ではない。それ故、Ｌバンド用光増幅器で生じた逆ＡＳＥ光は、光分波部の前段に接続された光ファイバ線路におけるレイリー散乱に因り、戻り光として光分波部を経てＣバンド用光増幅器に入力して、Ｃバンドについて見かけ上の雑音指数の劣化の要因となる。また、このような光増幅装置を用いて信号光を増幅中継する光通信システムにおいては、良好な光ＳＮ比を確保しようとすれば増幅中継の段数を少なくせざるを得ず、長距離通信を行う上で問題となる。
【０００６】
本発明は、本願発明者の上記知見に基づいて、上記問題点を解消する為になされたものであり、広帯域に亘って信号光の光増幅が可能であって雑音特性が良好な光増幅装置、この光増幅装置において好適に用いられる光カプラ、および、この光増幅装置を用いて増幅中継な段数を多くすることができる光通信システム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】
本発明に係る光カプラは、第１ポート、第２ポートおよび第３ポートを有し、(1) 誘電体多層膜の干渉フィルタからなり、第１ポートより入力する光をＣバンドの光とＬバンドの光とに分波して、Ｃバンドの光を第２ポートへ出力し、Ｌバンドの光を第３ポートへ向けて出力し、第３ポートに入力したＣバンドの光の一部を第１ポートへ出力する光分波部と、(2) 第１ポートに設置され、第１ポートより入力する光を出力する光ファイバを接続するための入力端と、(3) 光分波部と第３ポートとの間のＬバンドの光の光路上に設けられ、Ｌバンドの光を透過させるとともに、Ｃバンドの光を遮断する光フィルタとを備えることを特徴とする。
【０００８】
この光カプラによれば、第１ポートより入力した光は光分波部によりＣバンドの光とＬバンドの光とに分波される。光分波部により分波されたＣバンドの光は第２ポートへ出力される。一方、光分波部により分波されたＬバンドの光は光フィルタを透過して第３ポートへ出力される。第３ポートからＣバンドの光が入力したとしても、その光は光フィルタにより遮断されるので、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、第３ポートから入力したＣバンドの光が第２ポートへ出力されることはない。したがって、この光カプラは、後述する本発明に係る光増幅装置において好適に用いられる。
【０００９】
また、本発明に係る光カプラでは、光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであることを特徴とする。この場合には、この光フィルタが透過させるべきＬバンドの光に対する挿入損が小さく、また、この光フィルタが光ファイバと融着接続される場合には融着損も小さい。殊に、光ファイバグレーティングの形成される光ファイバとその両端につながる光ファイバが同種のものである場合は、融着損は略零となる。
【００１３】
本発明に係る光増幅装置は、(1) 誘電体多層膜の干渉フィルタからなり、入力端の第１ポートより入力した信号光をＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波して、Ｃバンドの信号光およびＬバンドの信号光それぞれを第２ポート、第３ポートより出力する光分波部と、(2) 第２ポートから出力されたＣバンドの信号光を、蛍光物質が添加されたＣバンド増幅用光導波路で光増幅して出力するＣバンド用光増幅器と、(3) 第３ポートから出力されたＬバンドの信号光を、上記蛍光物質と同一種類の蛍光物質が添加されたＬバンド増幅用光導波路で光増幅して出力するＬバンド用光増幅器と、(4) Ｃバンド用光増幅器から出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器から出力されたＬバンドの信号光とを入力し、これらを合波して出力端より出力する光合波器と、(5) 光分波部とＬバンド増幅用光導波路との間の光路上に設けられ、Ｌバンドの光を透過させるとともに、Ｃバンドの光を遮断する光フィルタとを備えることを特徴とする。
【００１４】
この光増幅装置によれば、入力端より入力した信号光は、光分波部により、Ｃバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波され、Ｃバンドの信号光およびＬバンドの信号光それぞれが互いに異なるポートより出力される。光分波部から出力されたＣバンドの信号光は、Ｃバンド用光増幅器のＣバンド増幅用光導波路で光増幅されて出力され、一方、光分波部から出力されたＬバンドの信号光は、光フィルタを透過した後に、Ｌバンド用光増幅器のＬバンド増幅用光導波路で光増幅されて出力される。Ｃバンド用光増幅器から出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器から出力されたＬバンドの信号光とは、光合波器により合波されて出力端より出力される。
【００１５】
Ｃバンド増幅用光導波路およびＬバンド増幅用光導波路それぞれに添加されている蛍光物質が互いに同一種類であるので、Ｌバンド増幅用光導波路における反転分布を低く抑えることで、Ｌバンド用光増幅器の利得帯域をＣバンド用光増幅器の利得帯域より長波長にすることができる。このとき、Ｌバンド用光増幅器における光増幅の際に生じる逆ＡＳＥ光は、Ｃバンドのものである場合があり、もしＣバンド用光増幅器に入力すれば雑音指数劣化の要因となる。しかし、本発明に係る光増幅装置では、この逆ＡＳＥ光は光フィルタにより遮断されるので、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、この逆ＡＳＥ光がＣバンド用光増幅器に入力することが防止され、Ｃバンド用光増幅器の雑音指数の劣化が抑制される。
【００１６】
また、本発明に係る光増幅装置では、光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであることを特徴とする。この場合には、この光フィルタが透過させるべきＬバンドの信号光に対する挿入損が小さく、この光フィルタが光ファイバと融着接続される際の融着損も小さい。
【００１７】
また、本発明に係る光増幅装置では、Ｃバンド増幅用光導波路およびＬバンド増幅用光導波路それぞれに添加される蛍光物質が希土類元素であるのが好適であり、希土類元素の中でも特にＥｒ元素であるのが更に好適である。蛍光物質がＥｒ元素である場合には、光伝送路として用いられる石英系光ファイバの伝送損失が小さい波長帯域で効率的な光増幅が行われる。
【００１８】
本発明に係る光通信システムは、上記の光増幅装置を用いて信号光を増幅中継することを特徴とする。この光通信システムによれば、各光増幅装置において光増幅可能な信号光波長帯域が広く、また、各光増幅装置の雑音特性が良好であることから増幅中継の段数を従来の場合より多くしても良好な光ＳＮ比を確保することができるので、大容量で長距離の通信を行うことができる。
【００１９】
【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。なお、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。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る光増幅装置１および光カプラ１００の構成図である。本実施形態に係る光増幅装置１は、光カプラ１００、Ｃバンド用光増幅器（短波長側帯域用光増幅器）２００、Ｌバンド用光増幅器（長波長側帯域用光増幅器）３００および光合波器４００を備えており、入力端１１に入力するＣバンドおよびＬバンドの信号光を一括光増幅して出力端１２から出力する。
【００２１】
光カプラ１００は、第１ポート１０１、第２ポート１０２および第３ポート１０３を有しており、光分波部１１０および光フィルタ１２０を備えている。光分波部１１０は、Ｃバンド（波長１．５５μｍ帯、一般には１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍ）およびＬバンド（波長１．５８μｍ帯、一般には１５７４ｎｍ〜１６０５ｎｍ）の双方を含む波長帯域の信号光を第１ポート１０１より入力し、これをＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波して、Ｃバンドの信号光を第２ポート１０２へ出力し、Ｌバンドの信号光を第３ポート１０３へ出力する。光分波部１１０は、Ｃバンドの信号光およびＬバンドの信号光のうち一方を反射させ他方を透過させるグレーティングや干渉フィルタを含むものであるのが好適である。特に、誘電体多層膜からなる干渉フィルタを含むものである場合には、光分波部１１０は、反射させるバンドの信号光の位相を変化させることないので、そのバンドの信号光の伝送速度を大きくすることができる点で好適である。
【００２２】
光フィルタ１２０は、光分波部１１０と第３ポート１０３との間のＬバンド光路上に設けられ、Ｌバンドの光を透過させるとともに、Ｃバンドの光を遮断する。光フィルタ１２０は、光ファイバのコアにチャープトグレーティング（光ファイバ長手方向に間隔が変化している屈折率変調）が形成されたチャープトファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、透過させるべきＬバンドの信号光に対する挿入損失が小さい。また、光フィルタ１２０は、グレーティングが傾斜して形成されているのが好適であり、この場合には、遮断すべきＣバンドの光を元の光路へ反射させることがない。
【００２３】
Ｃバンド用光増幅器２００は、光カプラ１００の第２ポート１０２から出力されたＣバンドの信号光を光増幅して出力する。Ｌバンド用光増幅器３００は、光カプラ１００の第３ポート１０３から出力されたＬバンドの信号光を光増幅して出力する。光合波器４００は、Ｃバンド用光増幅器２００により光増幅されて出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器３００により光増幅されて出力されたＬバンドの信号光とを入力し、これらを合波して出力する
【００２４】
Ｃバンド用光増幅器２００は、入力側から出力側へ順に接続されたＷＤＭカプラ２２１、増幅用光導波路２１１、光アイソレータ２３１、ＷＤＭカプラ２２２、増幅用光導波路２１２、利得等化器２４０および光アイソレータ２３２を備える。さらに、Ｃバンド用光増幅器２００は、ＷＤＭカプラ２２１に接続された励起光源２５１、および、ＷＤＭカプラ２２２に接続された励起光源２５２を備える。Ｃバンド用光増幅器２００は、雑音指数の低減を図るべく、２つの増幅用光導波路２１１および２１２を備える２段構成とし、前段の増幅用光導波路２１１の前には光アイソレータ（一般に０．５ｄＢ程度の挿入損を有する）を設けていない。
【００２５】
増幅用光導波路２１１および２１２それぞれは、蛍光物質（好適にはＥｒ元素）が添加されて信号光を光増幅する光導波路（好適には光ファイバ）である。ＷＤＭカプラ２２１は、Ｃバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源２５１から出力された励起光を増幅用光導波路２１１へ導入する。同様に、ＷＤＭカプラ２２２は、Ｃバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源２５２から出力された励起光を増幅用光導波路２１２へ導入する。光アイソレータ２３１および２３２それぞれは、順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。利得等化器２４０は、Ｃバンドにおいて増幅用光導波路２１１および２１２の利得スペクトルと略同形状の損失スペクトルを有しており、Ｃバンド用光増幅器２００全体の利得を等化する。
【００２６】
Ｌバンド用光増幅器３００は、入力側から出力側へ順に接続されたＷＤＭカプラ３２１、増幅用光導波路３１１、光アイソレータ３３１、ＷＤＭカプラ３２２、増幅用光導波路３１２、利得等化器３４０および光アイソレータ３３２を備える。さらに、Ｌバンド用光増幅器３００は、ＷＤＭカプラ３２１に接続された励起光源３５１、および、ＷＤＭカプラ３２２に接続された励起光源３５２を備える。Ｌバンド用光増幅器３００も、雑音指数の低減を図るべく、２つの増幅用光導波路３１１および３１２を備える２段構成とし、前段の増幅用光導波路３１１の前には光アイソレータを設けていない。
【００２７】
増幅用光導波路３１１および３１２それぞれは、蛍光物質（好適にはＥｒ元素）が添加されて信号光を光増幅する光導波路（好適には光ファイバ）である。ＷＤＭカプラ３２１は、Ｌバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源３５１から出力された励起光を増幅用光導波路３１１へ導入する。同様に、ＷＤＭカプラ３２２は、Ｌバンド信号光を順方向に通過させるとともに、励起光源３５２から出力された励起光を増幅用光導波路３１２へ導入する。光アイソレータ３３１および３３２それぞれは、順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。利得等化器３４０は、Ｌバンドにおいて増幅用光導波路３１１および３１２の利得スペクトルと略同形状の損失スペクトルを有しており、Ｌバンド用光増幅器３００全体の利得を等化する。
【００２８】
この光増幅装置１は以下のように動作する。Ｃバンド用光増幅器２００では、励起光源２５１から出力された励起光がＷＤＭカプラ２２１を経て増幅用光導波路２１１に供給され、励起光源２５２から出力された励起光がＷＤＭカプラ２２２を経て増幅用光導波路２１２に供給される。Ｌバンド用光増幅器３００では、励起光源３５１から出力された励起光がＷＤＭカプラ３２１を経て増幅用光導波路３１１に供給され、励起光源３５２から出力された励起光がＷＤＭカプラ３２２を経て増幅用光導波路３１２に供給される。
【００２９】
光増幅装置１の入力端１１に信号光が入力すると、その信号光は、光カプラ１００の第１ポートに入力し、光分波部１１０によりＣバンドとＬバンドとに分波される。そして、Ｃバンドの信号光は第２ポート１０２から出力され、Ｌバンドの信号光は光フィルタ１２０を経て第３ポート１０３から出力される。
【００３０】
光カプラ１００の第２ポート１０２から出力されたＣバンドの信号光は、Ｃバンド用光増幅器２００のＷＤＭカプラ２２１、増幅用光導波路２１１、光アイソレータ２３１、ＷＤＭカプラ２２２、増幅用光導波路２１２、利得等化器２４０および光アイソレータ２３２を順次に経てＣバンド用光増幅器２００から出力されるが、この間に増幅用光導波路２１１および２１２により光増幅され、利得等化器２４０により利得等化される。
【００３１】
光カプラ１００の第３ポート１０３から出力されたＬバンドの信号光は、Ｌバンド用光増幅器３００のＷＤＭカプラ３２１、増幅用光導波路３１１、光アイソレータ３３１、ＷＤＭカプラ３２２、増幅用光導波路３１２、利得等化器３４０および光アイソレータ３３２を順次に経てＬバンド用光増幅器３００から出力されるが、この間に増幅用光導波路３１１および３１２により光増幅され、利得等化器３４０により利得等化される。
【００３２】
Ｃバンド用光増幅器２００から出力されたＣバンドの信号光、および、Ｌバンド用光増幅器３００から出力されたＬバンドの信号光は、光合波器４００により合波される。そして、その合波された信号光は、光増幅装置１の出力端１２から出力される。
【００３３】
Ｌバンド用光増幅器３００においてＬバンドの信号光の光増幅の際にＣバンドの逆ＡＳＥ光が生じる。Ｌバンド用光増幅器３００で発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０が設けられていないとすれば、光分波部１１０のバンド間アイソレーションの不完全さ故にＣバンド用光増幅器２００に入力し、Ｃバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化の原因となる。しかし、本実施形態では、光フィルタ１２０が設けられているので、Ｌバンド用光増幅器３００で発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０により遮断される。したがって、Ｃバンド用光増幅器２００に入力することが防止され、Ｃバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化が抑制される。
【００３４】
次に、より具体的な光増幅装置１の実施例について説明する。光カプラ１００は、光分波部１１０が干渉フィルタであって、光フィルタ１２０がチャープトファイバグレーティングであるとする。光分波部１１０の挿入損（すなわち、光フィルタ１２０が設けられていない場合の光カプラ１００の挿入損）は、図２に示すように、第１ポート１０１と第２ポート１０２との間で、Ｃバンドについて０．７ｄＢであり、Ｌバンドについて２０ｄＢであるとし、また、第１ポート１０１と第３ポート１０３との間で、Ｃバンドについて１０ｄＢであり、Ｌバンドについて０．４ｄＢであるとする。光フィルタ１２０の透過率は、図３に透過スペクトルを模式的に示すように、Ｃバンドで−１５ｄＢ程度であり、Ｌバンドで略０ｄＢであるとする。
【００３５】
増幅用光導波路２１１，２１２，３１１および３１２それぞれは、Ｅｒ元素に加えてＡｌ元素が共添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ濃度が５００ｗｔ．ｐｐｍであり、カットオフ波長が１．１μｍである。Ｃバンド用の前段の増幅用光導波路２１１の長さは５ｍであり、後段の増幅用光導波路２１２の長さも５ｍである。Ｌバンド用の前段の増幅用光導波路３１１の長さは１５ｍであり、後段の増幅用光導波路３１２の長さは６０ｍである。
【００３６】
Ｃバンド用の前段の増幅用光導波路２１１に励起光源２５１から順方向に供給される励起光は、波長が０．９８μｍであって、パワーが７５ｍＷである。Ｃバンド用の後段の増幅用光導波路２１２に励起光源２５２から順方向に供給される励起光は、波長が１．４８μｍであって、パワーが１５ｍＷである。Ｌバンド用の前段の増幅用光導波路３１１に励起光源３５１から順方向に供給される励起光は、波長が０．９８μｍであって、パワーが７５ｍＷである。また、Ｌバンド用の後段の増幅用光導波路３１２に励起光源３５２から順方向に供給される励起光は、波長が１．４８μｍであって、パワーが４０ｍＷである。光増幅装置１全体の利得を１４ｄＢとする。また、ＣバンドおよびＬバンドそれぞれについて光増幅装置１の入力端１１に入力する信号光を−１５．５ｄＢｍ／ｃｈ×８ｃｈとする。
【００３７】
増幅用光導波路（Ｅｒ添加光ファイバ）２１１，２１２，３１１および３１２それぞれに添加されているＥｒイオンの蛍光スペクトルのピーク波長は１５３０ｎｍ付近であるが、Ｌバンド用光増幅器３００の増幅用光導波路３１１および３１２それぞれでは、反転分布を低く抑えることにより、利得が発生する波長域をＬバンドにシフトさせる。ただし、Ｌバンド用光増幅器３００で発生する逆ＡＳＥ光のピーク波長をもＬバンドにシフトさせるとは限らない。
【００３８】
図４は、本実施例におけるＣバンド用光増幅器２００およびＬバンド用光増幅器３００それぞれの逆ＡＳＥスペクトルを示すグラフである。このグラフにおける波長の分解能は０．５ｎｍである。Ｃバンド用光増幅器２００の逆ＡＳＥスペクトルはＣバンド用光増幅器２００の入力端（図１中のＣ１点）で測定したものであり、Ｌバンド用光増幅器３００の逆ＡＳＥスペクトルはＬバンド用光増幅器３００の入力端（図１中のＬ１点）で測定したものである。このグラフから判るように、Ｌバンド用光増幅器３００の逆ＡＳＥ光は、Ｅｒイオン本来の蛍光ピーク波長である１５３０ｎｍでピークを有しており、そのピーク値が−１ｄＢｍにも達している。
【００３９】
もし、光フィルタ１２０を設けない場合には、これらの逆ＡＳＥ光は、光増幅装置１の入力端１１の前に接続された光ファイバ線路におけるレイリー散乱に因り、戻り光として入力端１１より光増幅装置１に入力し、光分波部１１０を経てＣバンド用光増幅器２００に入力して、雑音指数の劣化の原因となる。入力端１１の前に接続された光ファイバ線路が標準的なシングルモード光ファイバであるとすれば、レイリー散乱による戻り光比は３５ｄＢ程度となる。このことに加えて、図２で説明した光分波部１１０の挿入損を考慮すると、Ｃバンド用光増幅器２００およびＬバンド用光増幅器３００それぞれの見かけ上の雑音指数の劣化量は、図５および図６に示す表のとおりとなる。
【００４０】
図５および図６それぞれは、光フィルタ１２０を設けない場合における各点での逆ＡＳＥ光パワー（＠１５３０ｎｍ、＠１５７５ｎｍ）をまとめた図表である。Ａ点は入力端１１と光カプラ１００の第１ポート１０１との間の点であり、Ｃ１点はＣバンド用光増幅器２００の入力端であり、Ｃ２点はＣバンド用光増幅器２００の出力端であり、Ｌ１点はＬバンド用光増幅器３００の入力端であり、Ｌ２点はＬバンド用光増幅器３００の出力端である。図５は、Ｌバンド用光増幅器３００から出力される逆ＡＳＥ光について、Ｌ１点での出力パワー、Ａ点での戻り光の入力パワー、Ｃ１点での入力パワー、Ｃ２点での出力パワー、Ｌ１点での入力パワー、および、Ｌ２点での出力パワーそれぞれを示し、また、本来のＡＳＥ光のパワーおよび実効的な雑音指数の劣化量を示す。図６は、Ｃバンド用光増幅器２００から出力される逆ＡＳＥ光について、Ｃ１点での出力パワー、Ａ点での戻り光の入力パワー、Ｃ１点での入力パワー、Ｃ２点での出力パワー、Ｌ１点での入力パワー、および、Ｌ２点での出力パワーそれぞれを示し、また、本来のＡＳＥ光のパワーおよび実効的な雑音指数の劣化量を示す。
【００４１】
これらの図から判るように、光フィルタ１２０を設けない場合には、Ｌバンド用光増幅器３００においては、逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分があったとしても、見かけ上の雑音指数の劣化量は０．１７７ｄＢ程度であり、前段の増幅用光導波路３１１の前に光アイソレータ（挿入損０．５ｄＢ）を設けなかったことに因る雑音指数の改善効果が得られている。一方、Ｃバンド用光増幅器２００においては、自ら放出した逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分が再入力したときの見かけ上の雑音指数の劣化量は０．１６６ｄＢ程度であるが、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分が入力したときの見かけ上の雑音指数の劣化量は３．３ｄＢ以上となっている。これは、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光が、光分波部１１０のバンド間アイソレーションの不完全さに因り、Ｃバンド用光増幅器２００に混入するからである。
【００４２】
そこで、本実施形態に係る光増幅装置１では、図１に示すように光フィルタ１２０を設けることで、Ｃバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化を抑制している。すなわち、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０により遮断されるので、この逆ＡＳＥ光のレイリー散乱成分がＣバンド用光増幅器２００に入力するのが防止され、これに因りＣバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化が抑制される。
【００４３】
なお、Ｌバンド用光増幅器３００から発生した逆ＡＳＥ光が光フィルタ１２０により反射されてＬバンド用光増幅器３００に入力することも回避すべきであることから、光フィルタ１２０がグレーティングで構成される場合には、そのグレーティングを斜めに形成するのが好適である。
【００４４】
また、Ｌバンド用光増幅器３００の雑音指数の劣化を抑制する為に、Ｌバンドでの光フィルタ１２０の挿入損が小さいことが重要もあるから、光フィルタ１２０は、ファイバグレーティングであるのが好適である。また、光合波器１１０とＷＤＭカプラ３２１との間を接続する光ファイバと同種の光ファイバに形成されたものであれば融着損も殆ど無いので好適である。
【００４５】
また、図１に示した本実施形態に係る光増幅装置１では、光フィルタ１２０は、光カプラ１００の１要素であるとしたが、これに限られるものではない。光フィルタ１２０は、光分波部１１０とＬバンド用光増幅器３００の増幅用光導波路３１１との間のＬバンド信号光の光路上に設けられればよい。光フィルタ１２０は、光カプラ１００およびＬバンド用光増幅器３００の何れにも属さない独立の要素であってもよいし、Ｌバンド用光増幅器３００の１要素であってもよい。後者の場合には、図７に示すように、光フィルタ１２０はＬバンド用光増幅器３００の入力端と前段の増幅用光導波路３１１との間に設けられる。増幅用光導波路３１１で発生した逆ＡＳＥ光は、光フィルタ１２０により遮断されて、Ｌバンド用光増幅器３００の入力端より外部に出力されることがない。
【００４６】
図８は、本実施形態に係る光通信システムの概略構成図である。この光通信システムは、送信局２と受信局３との間にＮ段の光増幅装置１1〜１Nが順に設けられている。光増幅装置１1〜１Nそれぞれは、図１に示した光増幅装置１と同様の構成である。送信局２と光増幅装置１1との間は光ファイバ線路４1により接続されている。光増幅装置１n-1と光増幅装置１nとの間は光ファイバ線路４nにより接続されている（ｎ＝２〜Ｎ）。また、光増幅装置１Nと受信局３との間は光ファイバ線路４N+1により接続されている。この光通信システムにおいて、ＣバンドおよびＬバンドの双方に亘る波長帯域の多波長信号光は、送信局２から送出され、光増幅装置１1〜１Nにより順次に増幅中継されて伝送され、受信局３に到達して受信される。
【００４７】
光増幅装置１すなわち光増幅装置１1〜１Nそれぞれは、図１中のＢ点（出力端１２と光合波器４００との間の点）において３７．８ｄＢ（波長分解能０．１ｎｍ）程度の光ＳＮ比を確保することができる。したがって、例えば、１波あたり２．５Ｇｂ／ｓの信号を伝送する光通信システムでは、波形歪み等を考慮してマージンを見込むと２０ｄＢ程度の光ＳＮ比が必要であるが、この光増幅装置１を用いれば増幅中継可能な段数Ｎは６０程度まで可能である。なお、光フィルタ１２０を設けない場合には、本実施形態の場合と比べると、増幅中継可能な段数は半分程度にまで減少する。また、光フィルタ１２０を設けることなく、Ｃバンド用光増幅器２００の増幅用光導波路２１１およびＬバンド用光増幅器３００の増幅用光導波路３１１それぞれの前段に光アイソレータを設ける場合には、本実施形態の場合と比べると、増幅中継可能な段数は９０％程度にまで減少する。
【００４８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、増幅用光導波路２１１，２１２，３１１および３１２それぞれは、光ファイバでなくてもよく、平面光導波路であってもよい。また、増幅用光導波路２１１，２１２，３１１および３１２それぞれは、Ｅｒ元素が添加されたものでなくてもよく、他の蛍光物質（例えばＴｍ元素等の希土類元素）が添加されたものであってもよい。
【００４９】
増幅用光導波路にＴｍ元素が添加される場合には、１．４７μｍ帯および１．５０μｍ帯の双方に亘る広い帯域で光増幅を行うことができる。すなわち、Ｔｍ元素本来の蛍光スペクトルのピーク波長は１．４７μｍ付近であるが、反転分布を低く抑えることにより、利得が発生する波長域を波長１．５０μｍ帯にシフトさせることができる。そこで、光分波部により波長１．４７μｍ帯の信号光と波長１．５０μｍ帯の信号光とに分波し、波長１．４７μｍ帯用光増幅器により波長１．４７μｍ帯の信号光を光増幅し、波長１．５０μｍ帯用光増幅器により波長１．５０μｍ帯の信号光を光増幅することで、これら波長１．４７μｍ帯および波長１．５０μｍ帯の双方に亘る広い帯域で光増幅を行うことができる。
【００５０】
この波長１．５０μｍ帯用光増幅器でも、波長１．４７μｍ付近にピーク波長を有する逆ＡＳＥ光が発生する。このＡＳＥ光が波長１．４７μｍ帯用光増幅器に入力すると、波長１．４７μｍ帯光増幅器の雑音指数が劣化する。そこで、この場合にも、上記実施形態と同様に、光分波部と波長１．５０μｍ帯用光増幅器の増幅用光導波路との間の波長１．５０μｍ帯の信号光の光路上に光フィルタを設ける。そして、この光フィルタにより、波長１．５０μｍ帯の光を透過させるとともに、波長１．４７μｍ帯の光を遮断することで、波長１．５０μｍ帯用光増幅器で発生したＡＳＥ光が波長１．４７μｍ帯用光増幅器に入力するのを防止して、波長１．４７μｍ帯光増幅器の雑音指数の劣化を抑制することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光カプラによれば、第１ポートより入力した光は光分波部によりＣバンドの光とＬバンドの光とに分波され、Ｃバンドの光が第２ポートへ出力され、Ｌバンドの光が光フィルタを透過して第３ポートへ出力される。第３ポートからＣバンドの光が入力したとしても、その光は光フィルタにより遮断されるので、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、第３ポートから入力したＣバンドの光が第２ポートへ出力されることはない。したがって、この光カプラは、本発明に係る光増幅装置において好適に用いられる。
【００５３】
本発明に係る光増幅装置によれば、入力端より入力した信号光は光分波部によりＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波され、Ｃバンドの信号光はＣバンド用光増幅器のＣバンド増幅用光導波路で光増幅され、一方、Ｌバンドの信号光は光フィルタを透過した後にＬバンド用光増幅器のＬバンド増幅用光導波路で光増幅される。そして、Ｃバンド用光増幅器から出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器から出力されたＬバンドの信号光とは、光合波器により合波されて出力端より出力される。Ｌバンド用光増幅器における光増幅の際に生じる逆ＡＳＥ光は光フィルタにより遮断される。したがって、光分波部の帯域間アイソレーションが不完全であっても、その逆ＡＳＥ光がＣバンド用光増幅器に入力することが防止され、Ｃバンド用光増幅器の雑音指数の劣化が抑制される。
【００５４】
また、本発明に係る光カプラ、光増幅器および光増幅装置それぞれでは、光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、この光フィルタが透過させるべき波長帯域の光に対する挿入損が小さく、この光フィルタが光ファイバと融着接続される際の融着損も小さい。また、増幅用光導波路に添加される蛍光物質がＥｒ元素である場合には、光伝送路として用いられる石英系光ファイバの伝送損失が小さい波長帯域で効率的な光増幅が行われる。
【００５５】
本発明に係る光通信システムは、上記の光増幅装置を用いて信号光を増幅中継するものであり、各光増幅装置において光増幅可能な信号光波長帯域が広く、また、各光増幅装置の雑音特性が良好であることから増幅中継の段数を従来の場合より多くしても良好な光ＳＮ比を確保することができるので、大容量で長距離の通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光増幅装置および光カプラの構成図である。
【図２】本実例に係る光合波器の特性を説明する図である。
【図３】本実施例における光フィルタの透過スペクトルを模式的に示す図である。
【図４】本実施例におけるＣバンド用光増幅器およびＬバンド用光増幅器それぞれの逆ＡＳＥスペクトルを示すグラフである。
【図５】光フィルタを設けない場合における各点での逆ＡＳＥ光パワーをまとめた図表である。
【図６】光フィルタを設けない場合における各点での逆ＡＳＥ光パワーをまとめた図表である。
【図７】本実施形態に係る光増幅器の概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る光通信システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１…光増幅装置、１１…入力端、１２…出力端、１００…光カプラ、１０１…第１ポート、１０２…第２ポート、１０３…第３ポート、１１０…光分波部、１２０…光フィルタ、２００…Ｃバンド用光増幅器（短波長側帯域用光増幅器）、２１１，２１２…増幅用光導波路（短波長側帯域増幅用光導波路）、２２１，２２２…ＷＤＭカプラ、２３１，２３２…光アイソレータ、２４０…利得等化器、２５１，２５２…励起光源、３００…Ｌバンド用光増幅器（長波長側帯域用光増幅器）、３１１，３１２…増幅用光導波路（長波長側帯域増幅用光導波路）、３２１，３２２…ＷＤＭカプラ、３３１，３３２…光アイソレータ、３４０…利得等化器、３５１，３５２…励起光源、４００…光合波器。
Claims (6)
- 誘電体多層膜の干渉フィルタからなり、入力端の第１ポートより入力した信号光をＣバンドの信号光とＬバンドの信号光とに分波して、前記Ｃバンドの信号光および前記Ｌバンドの信号光それぞれを第２ポート、第３ポートより出力する光分波部と、
前記第２ポートから出力された前記Ｃバンドの信号光を、蛍光物質が添加されたＣバンド増幅用光導波路で光増幅して出力するＣバンド用光増幅器と、
前記第３ポートから出力された前記Ｌバンドの信号光を、前記蛍光物質と同一種類の蛍光物質が添加されたＬバンド増幅用光導波路で光増幅して出力するＬバンド用光増幅器と、
前記Ｃバンド用光増幅器から出力された前記Ｃバンドの信号光と、前記Ｌバンド用光増幅器から出力された前記Ｌバンドの信号光とを入力し、これらを合波して出力端より出力する光合波器と、
前記光分波部と前記Ｌバンド増幅用光導波路との間の光路上に設けられ、前記Ｌバンドの光を透過させるとともに、前記Ｃバンドの光を遮断する光フィルタと
を備えることを特徴とする光増幅装置。 - 前記光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
- 前記Ｃバンド増幅用光導波路および前記Ｌバンド増幅用光導波路それぞれに添加される前記蛍光物質はＥｒ元素であることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
- 請求項１記載の光増幅装置を用いて信号光を増幅中継することを特徴とする光通信システム。
- 第１ポート、第２ポートおよび第３ポートを有し、
誘電体多層膜の干渉フィルタからなり、前記第１ポートより入力する光をＣバンドの光とＬバンドの光とに分波して、前記Ｃバンドの光を前記第２ポートへ出力し、前記Ｌバンドの光を前記第３ポートへ向けて出力し、前記第３ポートに入力した前記Ｃバンドの光の一部を前記第１ポートへ出力する光分波部と、
前記第１ポートに設置され、前記第１ポートより入力する光を出力する光ファイバを接続するための入力端と、
前記光分波部と前記第３ポートとの間の前記Ｌバンドの光の光路上に設けられ、前記Ｌバンドの光を透過させるとともに、前記Ｃバンドの光を遮断する光フィルタと
を備えることを特徴とする光カプラ。 - 前記光フィルタは光ファイバのコアにグレーティングが形成された光ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項５記載の光カプラ。
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