JPH04299883A - 光ファイバ増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、希土類元素ドープ光
ファイバを用いた光ファイバ増幅装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、Ｅｒ（エルビウム）等の希土類元
素をドープした光ファイバ（以下、ドープ光ファイバと
称する）に適当な波長の励起光を被伝送信号光と共に入
射することにより、信号光を増幅伝送する光ファイバ増
幅装置の研究開発が積極的に行われている。この光ファ
イバ増幅装置は、例えば半導体レーザを用いたレーザ増
幅器と比較して、偏波異存性が少ない、伝送用光ファイ
バとの結合損失が小さい、温度特性に優れている、増幅
用波長域が大きい等の特徴を有しており、今後の光通信
システム情報の構築において、非常に有用なものと考え
られている。そして、現在これらの特徴を積極的にシス
テムに適用すべく、利得等の特性向上が検討されている
。

【０００３】利得向上の方式として、ひとつの光ファイ
バ増幅器においてドープ光ファイバを長くする方式と、
複数の光ファイバ増幅器を直列接続する方式とが考えら
れている。これらの方式では、全体の利得を大きくする
ことができるが、光増幅用の励起光の利用効率が必ずし
も十分でなく、利得に制約があるといった問題点があっ
た。以下、その問題点について説明する。

【０００４】図１４はドープ光ファイバを用いた光ファ
イバ増幅器の基本構成を示すもので、光カプラ１で被伝
送信号光と励起光を混合してドープ光ファイバ２へ導き
、この光ファイバ２で増幅された信号光を光伝送ファイ
バ４に導出するようになっている。尚、ここではドープ
光ファイバ２はＥｒをドープした１００ｍのものである
とする。

【０００５】今、波長１．５５３μｍ、光強度−３０ｄ
Ｂｍの被伝送信号光に対し、１．４８μｍ、２０ｍＷの
励起光で励起して、２０ｄＢの利得を得る場合を考える
。一般に、光カプラ１で信号光と励起光とを混合する際
、自然放出光が入り込む。図１５に、波長１．５３５μ
ｍ付近にＡＳＥが入り込んだ場合の第１のドープ光ファ
イバ２の光出力スペクトルを示す。

【０００６】このように、ドープ光ファイバ２に信号光
の波長に近い波長を持つ自然放出光が入り込むと、信号
光について２０ｄＢの利得は得られるものの、その近傍
に入り込んだＡＳＥも増幅されて現れる。このＡＳＥの
ピーク値は被伝送信号光と比較すると小さな値であるが
、スペクトルに幅があるために、光強度としては被伝送
信号光に匹敵するほどの値である。すなわち、励起光の
うち、ＡＳＥに費やされる割合が大きく、その分信号光
の増幅が制約を受けることになる。

【０００７】図１６は光ファイバ増幅器を直列接続した
場合の基本構成を示すもので、第１の光増幅系１１、第
２の光増幅系１２はいずれも同一構成であり、それぞれ
光カプラＡ１，Ａ２、ドープ光ファイバＢ１，Ｂ２から
なる。第１の光増幅系１１の出力光は第２の光増幅系１
２に送られ、第２の光増幅系１２の出力は光伝送ファイ
バ１３に送出される。尚、ここでは第１、第２の光増幅
系１１，１２のドープ光ファイバＢ１，Ｂ２はいずれも
Ｅｒをドープした１００ｍのものであるとする。

【０００８】今、１．５５３μｍ、−３０ｄＢｍの被伝
送信号光に対し、１．４８μｍ、２０ｍＷの励起光で励
起して、第１の光増幅系１１で２０ｄＢの利得を得る場
合を考える。図１７に、波長１．５３５μｍ付近にＡＳ
Ｅが入り込んだ場合の第１のドープ光ファイバ２の光出
力スペクトルを示す。

【０００９】このように、第１の光増幅系１１に信号光
の波長に近い波長を持つ自然放出光が入り込むと、信号
光について２０ｄＢの利得は得られるものの、その近傍
に入り込んだＡＳＥも増幅されて現れる。このＡＳＥの
ピーク値は被伝送信号光と比較すると小さな値であるが
、スペクトルに幅があるために、光強度としては被伝送
信号光に匹敵するほどの値である。すなわち、励起光の
うち、ＡＳＥに費やされる割合が大きく、その分信号光
の増幅が制約を受けることになる。

【００１０】さらに、図１７の光スペクトルを有する信
号光が第２の光増幅系１２に導かれると、この系１２で
は、励起光は図１７の被伝送信号光、ＡＳＥ両者の増幅
に費やされ、信号光の増幅効率に悪化をもたらす。２０
ｍＷの励起光で励起された第２の光増幅系１２の出力光
スペクトルは図１８に示すようになり、結果的には２４
ｄＢの利得しか得られない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の光ファイバ増幅装置では、増幅のための励起光のうち
、自然放出光の増幅に費やされる割合が大きく、その分
被伝送信号光の増幅に制約があるといった問題点があっ
た。

【００１２】この発明は上記の問題を解決するためにな
されたもので、励起光の利用効率が高く、大きな利得を
得ることのできる光ファイバ増幅装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、複数の希土類元素ドープ光ファイバを直
列に接続してなる光ファイバ増幅装置において、前記複
数のドープ光ファイバの第１段目と第２段目との間に介
在され、被伝送信号光の波長と異なる波長光を減少せし
める機能を有する光学部品を具備することを第１の特徴
とし、希土類元素ドープ光ファイバを用いた光増幅器を
複数段直列に接続してなる光ファイバ増幅装置において
、前記光増幅器の第１段目と第２段目との間に介在され
、被伝送信号光の波長と異なる波長光を減少せしめる機
能を有する光学部品を具備することを第２の特徴とし、
希土類元素ドープ光ファイバを用いた光増幅器を複数段
直列に接続してなる光ファイバ増幅装置において、前記
複数の光増幅器の第１段目の励起光を、その出力光のう
ち被伝送信号光に対する他の波長光が所定値以下となる
ように制限する励起光制限手段を具備することを第３の
特徴とする。

【００１４】

【作用】上記の第１の特徴とする構成の光ファイバ増幅
装置では、第１段目の光ファイバの増幅出力光のうち、
被伝送信号光と共に増幅されてしまった自然放出波長光
を光学部品で減少せしめた後、第２段目の光ファイバに
送出するようにしているので、第２段目以降において、
励起光のうち、自然放出光の増幅に費やされる割合が小
さくなり、その分被伝送信号光の増幅に寄与することが
可能となる。

【００１５】上記の第２の特徴とする構成の光ファイバ
増幅装置では、第１段目の光ファイバ増幅器の出力光の
うち、被伝送信号光と共に増幅されてしまった自然放出
波長光を光学部品で減少せしめた後、第２段目の光ファ
イバに送出するようにしているので、第２段目以降にお
いて、励起光のうち、自然放出光の増幅に費やされる割
合が小さくなり、その分被伝送信号光の増幅に寄与する
ことが可能となる。

【００１６】上記の第３の特徴とする構成の光ファイバ
増幅装置では、第１段目の光増幅器の利得は小さくなる
が、被伝送信号光に対して自然放出光を所定値以下に制
限できるため、次段以降での励起光はそのほとんどが被
伝送信号光の増幅に費やされるようになり、全体の利得
を向上させることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図１乃至図１５を参照してこの発明の
実施例を説明する。但し、図１、図６において、図１４
、図１６と同一部分には同一符号を付して示し、それぞ
れ異なる部分を中心に説明する。

【００１８】図１はこの発明に係る第１の実施例の構成
を示すもので、第１、第２のドープ光ファイバ２，３を
直列に接続し、そのドープ光ファイバ２と３との間に干
渉膜フィルタ５が介在されるようにしたものである。こ
の干渉膜フィルタ５は被伝送信号光の波長と異なるＡＳ
Ｅを減少せしめる光学フィルタで、例えば図２に示すよ
うに配置される。

【００１９】図２において、ａは第１のドープ光ファイ
バ２の出力端、ｂは第２のドープ光ファイバ３の入力端
で、両者は干渉膜フィルタ５の面上で、入射角と出射角
とが一致（略９０°）するように接続される。干渉膜フ
ィルタ５は光ファイバ２からの被伝送信号光を光ファイ
バ３に全反射させ、他の波長光を透過させて、ＡＳＥを
減少させるものである。

【００２０】上記構成において、第１、第２のドープ光
ファイバ２，３はいずれもＥｒをドープした５０ｍのも
のであり、上記干渉膜フィルタ５のフィルタ特性は、図
３に示すように、波長１．５５３μｍのみを透過させる
急峻な特性であるものとする。ここで、第１のドープ光
ファイバ２において、波長１．５５３μｍ、光強度−３
０ｄＢｍの被伝送信号光に対し、１．４８μｍ、２０ｍ
Ｗの励起光で励起したとき、その光出力のスペクトルは
図１７に示したようになる。この光出力を上記干渉膜フ
ィルタ５に通すと、図４に示すように、被伝送信号光は
そのまま、他の波長光は減少され、特にＡＳＥはほとん
ど除去される。

【００２１】一方、ドープ光ファイバ自体には、入力信
号光が比較的大きい場合には、励起光は信号光の増幅に
より効率よく利用されるという性質がある。このため、
上記のように第１のドープ光ファイバ２の出力光を干渉
膜フィルタ５に通して、信号光を取り出し、ＡＳＥを抑
圧した後に、さらに第２のドープ光ファイバ３に入射す
れば、励起光が信号光の増幅に効率よく利用され、全体
の利得が向上する。

【００２２】図５に第２のドープ光ファイバ３の出力ス
ペクトルを示す。図５と図１５を比較して明らかなよう
に、励起光強度、全ドープ光ファイバ長は同じであるに
もかかわらず、信号光の利得は２５ｄＢとなって５ｄＢ
改善され、しかも信号光の波長近傍のＡＳＥは大幅に抑
制される。

【００２３】したがって、上記構成による光ファイバ増
幅装置は、第１のドープ光ファイバ２の増幅出力光のう
ち、信号光と共に増幅されてしまったＡＳＥを干渉膜フ
ィルタ５で減少せしめた後、第２のドープ光ファイバ３
に送出するようにしているので、第２のファイバ以降に
おいて、励起光のうち、ＡＳＥの増幅に費やされる割合
が小さくなり、その分信号光の増幅に寄与することが可
能となり、全体の利得を向上させることができる。

【００２４】図６はこの発明に係る第２の実施例の構成
を示すもので、前記第１、第２の光増幅系１１，１２の
入出力端間に、特定波長以上の光のみを透過させる干渉
膜フィルタ１４を介在させるようにしたものである。こ
の干渉膜フィルタ１４は被伝送信号光の波長と異なるＡ
ＳＥを減少せしめる光学フィルタで、例えば図７に示す
ように配置される。

【００２５】図７において、ａは第１の光増幅系１１の
出力端、ｂは第２の光増幅系１２の入力端となる光ファ
イバで、両者は干渉膜フィルタ１４を挟んで接続される
。干渉膜フィルタ１４は光ファイバａからの被伝送信号
光以上の波長光を透過させ、それ以下の波長光を減少さ
せる分光特性を有するものである。

【００２６】上記構成において、第１、第２の光増幅系
１１，１２のドープ光ファイバＢ１，Ｂ２はいずれもＥ
ｒをドープした１００ｍのものであり、上記干渉膜フィ
ルタ１４のフィルタ特性は、図８に示すように、波長１
．５４５μｍ以上の波長光を透過させる急峻な特性であ
るものとする。ここで、第１の光増幅系１１において、
波長１．５５３μｍ、光強度−３０ｄＢｍの被伝送信号
光に対し、１．４８μｍ、２０ｍＷの励起光で励起した
とき、その光出力のスペクトルは図１７に示したように
なる。この光出力を上記干渉膜フィルタ５に通すと、図
９に示すように、１．５５２μｍの信号光の利得は１９
．５ｄＢ（ほぼそのまま）であるのに対し、他の波長光
すなわち１．５３５μｍのＡＳＥは−３０ｄＢｍとかな
り抑圧される。

【００２７】一方、ドープ光ファイバには、入力信号光
が比較的大きい場合には、励起光は信号光の増幅により
効率よく利用されるという性質がある。このため、上記
のように第１の光増幅系１１の出力光を干渉膜フィルタ
１４に通して信号光を取り出し、ＡＳＥを抑制した後に
、さらに第２の光増幅系１２に入射すれば、励起光が信
号光の増幅に効率よく利用され、全体の利得が向上する
。

【００２８】図１０に第２の光増幅系１２の出力スペク
トルを示す。図１０と図１８を比較して明らかなように
、励起光強度、光増幅系は同じであるにもかかわらず、
信号光の利得は２８ｄＢとなって４ｄＢ改善され、しか
も信号光の波長近傍のＡＳＥは−３０ｄＢｍも抑制され
る。

【００２９】したがって、上記構成による光ファイバ増
幅装置は、第１の光増幅系１１の出力光のうち、信号光
と共に増幅されてしまったＡＳＥを干渉膜フィルタ１４
で減少せしめた後、第２の光増幅系１２に送出するよう
にしているので、第２の光増幅系以降において、励起光
のうちＡＳＥの増幅に費やされる割合が小さくなり、そ
の分信号光の増幅に寄与することが可能となり、これに
よって全体の利得を向上させることができる。

【００３０】ところで、上述したようにドープ光ファイ
バには、入力信号光が比較的大きい場合には、励起光は
信号光の増幅により効率よく利用されるという性質があ
る。この性質を積極的に利用し、上記第１の光増幅系１
１の出力において、何等かの方法で信号光とＡＳＥとに
差をつけてやれば、上記のような光学部品を用いなくて
も第２の光増幅系１２で励起光を信号光の増幅により効
率よく利用することができる。

【００３１】そこで、第１の光増幅系１１において、励
起光量と信号光利得及びＡＳＥ強度の関係を調べてみる
と、図１１に示すようになる。同図からわかるように、
信号光利得は３ｄＢ／ｍＷ程度で増加するのに対し、Ａ
ＳＥは１０ｄＢ／ｍＷ程度で増加する。いま、第３の実
施例として、第１の光増幅系１１の励起光を２０ｍＷ（
図１７参照）から１９ｍＷに切り替えると、その出力ス
ペクトルは図１２に示すようになる。同図において、図
１７と比較してみると、信号光の利得は１７ｄＢと若干
小さくなっているが、１．５３５μｍのＡＳＥは１０ｄ
Ｂも小さくなっている。

【００３２】このような光スペクトルを有する光を直接
第２の増幅系１２に入射してみると、図１３に示すよう
な出力スペクトルが得られる。同図を見て明らかなよう
に、前述した性質により、第１の増幅系１１の出力光に
おけるＡＳＥは信号光と比較して十分低減されている（
１／１０以下）ので、第２の増幅系１２の励起光はその
ほとんどが信号光の増幅に費やされる。この結果、信号
光の利得としては２８ｄＢとなるが、ＡＳＥはほぼその
ままとなる。

【００３３】したがって、第１の光増幅系１１において
、ＡＳＥが増幅信号光の１／１０以下に抑制されるよう
に励起光の光量を調整すれば、第１の増幅系１１での利
得は若干小さくなるが、第２の増幅系１２においてほと
んどの励起光が信号光の励起に費やされることから、結
果的には大きな利得が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳記したようにこの発明によれば、
励起光の利用効率が高く、大きな利得を得ることのでき
る光ファイバ増幅装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る光ファイバ増幅装置
の構成を示す図。

【図２】同実施例に用いる干渉膜フィルタの配置状態を
示す図。

【図３】前記干渉膜フィルタのフィルタ特性を示す特性
図。

【図４】前記干渉膜フィルタの出力スペクトルを示す波
形図。

【図５】同実施例の第２のドープ光ファイバの出力スペ
クトルを示す波形図。

【図６】この発明に係る第２の実施例の構成を示す図。

【図７】同実施例に用いる干渉膜フィルタの配置状態を
示す図。

【図８】前記干渉膜フィルタのフィルタ特性を示す特性
図。

【図９】前記干渉膜フィルタの出力スペクトルを示す波
形図。

【図１０】同実施例の第２の光増幅系の出力スペクトル
を示す波形図。

【図１１】同実施例の第１の光増幅系における励起光量
と信号光利得及びＡＳＥ強度の関係を示す特性図。

【図１２】この発明に係る第３の実施例における第１の
光増幅系の出力スペクトルを示す波形図。

【図１３】同実施例の第２の光増幅系の出力スペクトル
を示す波形図。

【図１４】従来におけるドープ光ファイバを用いた光フ
ァイバ増幅器の基本構成を示す図。

【図１５】図１４の第１のドープ光ファイバの出力スペ
クトルを示す波形図。

【図１６】従来の光ファイバ増幅器を直列接続した場合
の基本構成を示す図。

【図１７】図１６の第１のドープ光ファイバの出力スペ
クトルを示す波形図。

【図１８】図１６の第２のドープ光ファイバの出力スペ
クトルを示す波形図。

【符号の説明】

１…光カプラ、２，３…ドープ光ファイバ、４…光伝送
ファイバ、５…干渉膜フィルタ、１１…第１の光増幅系
、１２…第２の光増幅系、１３…光伝送ファイバ、Ａ１
，Ａ２…光カプラ、Ｂ１，Ｂ２…ドープ光ファイバ、１
４…干渉膜フィルタ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の希土類元素ドープ光ファイバを
   直列に接続してなる光ファイバ増幅装置において、前記
   複数のドープ光ファイバの第１段目と第２段目との間に
   介在され、被伝送信号光の波長と異なる波長光を減少せ
   しめる機能を有する光学部品を具備する光ファイバ増幅
   装置。
2. 【請求項２】　　前記光学部品は干渉膜フィルタである
   ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅装置。
3. 【請求項３】　　希土類元素ドープ光ファイバを用いた
   光増幅器を複数段直列に接続してなる光ファイバ増幅装
   置において、前記複数の光増幅器の第１段目と第２段目
   との間に介在され、被伝送信号光の波長と異なる波長光
   を減少せしめる機能を有する光学部品を具備する光ファ
   イバ増幅装置。
4. 【請求項４】　　前記光学部品は干渉膜フィルタである
   ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ増幅装置。
5. 【請求項５】　　希土類元素ドープ光ファイバを用いた
   光増幅器を複数段直列に接続してなる光ファイバ増幅装
   置において、前記複数の光増幅器の第１段目の励起光を
   、その出力光のうち被伝送信号光に対する他の波長光が
   所定値以下となるように制限する励起光制限手段を具備
   する光ファイバ増幅装置。