JPH06196788A - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JPH06196788A JPH06196788A JP34732992A JP34732992A JPH06196788A JP H06196788 A JPH06196788 A JP H06196788A JP 34732992 A JP34732992 A JP 34732992A JP 34732992 A JP34732992 A JP 34732992A JP H06196788 A JPH06196788 A JP H06196788A
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- optical
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- optical filter
- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 希土類元素または遷移金属添加光ファイバ等
の活性媒体中の自然放出光強度を極力低減することによ
り、高利得と低雑音特性を合わせ持つ低価格の光増幅器
を提供する。 【構成】 コア部あるいはクラッド部にレーザ遷移準位
を有する希土類元素または遷移準位金属を添加した光フ
ァイバあるいは光導波路１からなる活性媒体と、これを
励起する励起光源２と、励起光と被増幅光を結合して前
記活性媒体に導く光学手段と、光アイソレータ４とを備
えた光増幅器において、前記活性媒体の中間部に、信号
光を透過する光フィルタ５を挿入し、活性媒体の全体に
対して自然放出光強度を低減する。
の活性媒体中の自然放出光強度を極力低減することによ
り、高利得と低雑音特性を合わせ持つ低価格の光増幅器
を提供する。 【構成】 コア部あるいはクラッド部にレーザ遷移準位
を有する希土類元素または遷移準位金属を添加した光フ
ァイバあるいは光導波路１からなる活性媒体と、これを
励起する励起光源２と、励起光と被増幅光を結合して前
記活性媒体に導く光学手段と、光アイソレータ４とを備
えた光増幅器において、前記活性媒体の中間部に、信号
光を透過する光フィルタ５を挿入し、活性媒体の全体に
対して自然放出光強度を低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信及び光計測の分
野において必要となる光増幅器に関するものである。
野において必要となる光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来光増幅器としては、半導体ＬＤを利
用したものが主流であり、通常、半導体増幅器は半導体
ＦＰ（ファブリペロー）型ＬＤに反射防止膜を施した、
進行波型増幅器として使用するものであった。しかし、
半導体増幅器には、増幅度の偏波依存性があること、パ
ターン効果により高ビットレートの信号光においてビッ
ト間相互の増幅度が変化するという欠点があった。
用したものが主流であり、通常、半導体増幅器は半導体
ＦＰ（ファブリペロー）型ＬＤに反射防止膜を施した、
進行波型増幅器として使用するものであった。しかし、
半導体増幅器には、増幅度の偏波依存性があること、パ
ターン効果により高ビットレートの信号光においてビッ
ト間相互の増幅度が変化するという欠点があった。
【０００３】これに対して希土類元素または遷移金属を
添加した光ファイバを使用し、添加した希土類元素また
は遷移金属の持つレーザ遷移を利用した光ファイバ増幅
器は真円コア光ファイバを用いることにより偏波無依存
性を容易に実現でき、パターン効果がなく、半導体ＬＤ
を用いた光増幅器に比べ優れている特徴を持つ。
添加した光ファイバを使用し、添加した希土類元素また
は遷移金属の持つレーザ遷移を利用した光ファイバ増幅
器は真円コア光ファイバを用いることにより偏波無依存
性を容易に実現でき、パターン効果がなく、半導体ＬＤ
を用いた光増幅器に比べ優れている特徴を持つ。
【０００４】図１３は、希土類または遷移金属を添加し
た光ファイバを用いて構成した光増幅器の基本構成を示
す（従来技術１）。１は希土類元素または遷移金属添加
光ファイバ、２は希土類元素または遷移金属添加光ファ
イバ１を励起する励起光を発生する励起光源（半導体Ｌ
Ｄ等）、３は信号光と励起光源２で発生された励起光を
合波する合波器（ファイバ型カップラ等）、４は光増幅
器の発振を抑えるための光アイソレータであり、各部品
は融着や光コネクタを用いて接続される。
た光ファイバを用いて構成した光増幅器の基本構成を示
す（従来技術１）。１は希土類元素または遷移金属添加
光ファイバ、２は希土類元素または遷移金属添加光ファ
イバ１を励起する励起光を発生する励起光源（半導体Ｌ
Ｄ等）、３は信号光と励起光源２で発生された励起光を
合波する合波器（ファイバ型カップラ等）、４は光増幅
器の発振を抑えるための光アイソレータであり、各部品
は融着や光コネクタを用いて接続される。
【０００５】図１４は、従来技術１の希土類元素または
遷移金属添加光ファイバ１における自然放出光強度Ｐ
ASE 、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSP（理論限
界は１）のファイバ長方向での分布を示す（ただし、同
図はファイバ中の励起光量が一定と仮定した場合のもの
である）。また、自然放出光強度ＰASE には、信号光と
同方向に伝搬する成分ＰASE (F) と信号光と逆方向に伝
搬する成分ＰASE (B) とがあり、図中に両者を合せて示
す。利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSPは、増幅始
準位レベルに存在する希土類または遷移金属の個数Ｎ1
と増幅終準位レベルに存在する希土類または遷移金属の
個数Ｎ2 を用いて、 ｇ＝Ａ（Ｎ2 −Ｎ1 ） Ａ：利得定数 ＮSP＝Ｎ2 ・Ｎ2 −Ｎ1 と表わせる。ただし、自然放出光強度ＰASE （Ｐ
ASE (F) ＋ＰASE (B) ）と利得係数ｇ及び反転分布パラ
メータＮSPとは、図１５に示すような関係となる。
遷移金属添加光ファイバ１における自然放出光強度Ｐ
ASE 、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSP（理論限
界は１）のファイバ長方向での分布を示す（ただし、同
図はファイバ中の励起光量が一定と仮定した場合のもの
である）。また、自然放出光強度ＰASE には、信号光と
同方向に伝搬する成分ＰASE (F) と信号光と逆方向に伝
搬する成分ＰASE (B) とがあり、図中に両者を合せて示
す。利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSPは、増幅始
準位レベルに存在する希土類または遷移金属の個数Ｎ1
と増幅終準位レベルに存在する希土類または遷移金属の
個数Ｎ2 を用いて、 ｇ＝Ａ（Ｎ2 −Ｎ1 ） Ａ：利得定数 ＮSP＝Ｎ2 ・Ｎ2 −Ｎ1 と表わせる。ただし、自然放出光強度ＰASE （Ｐ
ASE (F) ＋ＰASE (B) ）と利得係数ｇ及び反転分布パラ
メータＮSPとは、図１５に示すような関係となる。
【０００６】また、光増幅器の信号利得Ｇ及び雑音指数
Ｆ（理論限界２）は
Ｆ（理論限界２）は
【数１】
【数２】 と表せる。
【０００７】従って、従来技術１に示す光増幅器では、
希土類元素または遷移金属添加光ファイバ中において自
然放出光により、信号利得Ｇの低下及び雑音指数Ｆが増
加するという欠点があった。
希土類元素または遷移金属添加光ファイバ中において自
然放出光により、信号利得Ｇの低下及び雑音指数Ｆが増
加するという欠点があった。
【０００８】上記欠点を低減する目的で図１６に示す従
来技術２が開発された(R.L.Laming,M.Z.Zervas and D.
N.Paynes, "Technical Digest of 18th European Confe
rence on Optical Communication, 1992, Berlin", MoA
3.4)。従来技術２は希土類元素または遷移金属添加光フ
ァイバ１−１，１−２の中間部に光アイソレータ部６を
挿入する構成である。ただし、この光アイソレータ部６
は励起光をほぼ無損失で透過する特性を有する（実際に
この様な特性は図１７に示すように、信号光と励起光を
合波する合波器３と光アイソレータ４を組み合わせるこ
とにより実現可能である）。従って、以下では励起光損
失及び順方向信号損失は零として説明する。図では光ア
イソレータ部６より前方の光ファイバを１−１、後方の
光ファイバを１−２として表示している。図１８は、従
来技術２における、光ファイバ１中の自然放出光強度Ｐ
ASE 、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSPの分布を
示す。また、同図には、従来技術１での特性を破線で示
している。光アイソレータ部６を希土類元素または遷移
金属添加光ファイバ１の中間部に挿入することにより、
光アイソレータ部６より前方における信号光と逆方向に
伝搬する成分ＰASE(B) がなくなり、利得係数ｇが増加
すると共に反転分布パラメータＮSPが低減する。従っ
て、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSPの積分に比
例する光増幅器の信号利得Ｇ及び雑音指数Ｆの特性は改
善できる。
来技術２が開発された(R.L.Laming,M.Z.Zervas and D.
N.Paynes, "Technical Digest of 18th European Confe
rence on Optical Communication, 1992, Berlin", MoA
3.4)。従来技術２は希土類元素または遷移金属添加光フ
ァイバ１−１，１−２の中間部に光アイソレータ部６を
挿入する構成である。ただし、この光アイソレータ部６
は励起光をほぼ無損失で透過する特性を有する（実際に
この様な特性は図１７に示すように、信号光と励起光を
合波する合波器３と光アイソレータ４を組み合わせるこ
とにより実現可能である）。従って、以下では励起光損
失及び順方向信号損失は零として説明する。図では光ア
イソレータ部６より前方の光ファイバを１−１、後方の
光ファイバを１−２として表示している。図１８は、従
来技術２における、光ファイバ１中の自然放出光強度Ｐ
ASE 、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSPの分布を
示す。また、同図には、従来技術１での特性を破線で示
している。光アイソレータ部６を希土類元素または遷移
金属添加光ファイバ１の中間部に挿入することにより、
光アイソレータ部６より前方における信号光と逆方向に
伝搬する成分ＰASE(B) がなくなり、利得係数ｇが増加
すると共に反転分布パラメータＮSPが低減する。従っ
て、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮSPの積分に比
例する光増幅器の信号利得Ｇ及び雑音指数Ｆの特性は改
善できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術２で
は光アイソレータ部より後方の光ファイバ１−１におけ
る自然放出光強度ＰASE の低減はなく、高利得、低雑音
の光増幅器を構成する上では不完全であった。また、光
アイソレータの価格は高く、光増幅器において光アイソ
レータを２個使用することは光増幅器の高価格化を意味
する。
は光アイソレータ部より後方の光ファイバ１−１におけ
る自然放出光強度ＰASE の低減はなく、高利得、低雑音
の光増幅器を構成する上では不完全であった。また、光
アイソレータの価格は高く、光増幅器において光アイソ
レータを２個使用することは光増幅器の高価格化を意味
する。
【００１０】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は希土類元素または遷移金属添加光
ファイバ等の活性媒体中の自然放出光強度を極力低減す
ることにより、高利得と低雑音特性を合わせ持つ低価格
の光増幅器を提供することにある。
のであり、その目的は希土類元素または遷移金属添加光
ファイバ等の活性媒体中の自然放出光強度を極力低減す
ることにより、高利得と低雑音特性を合わせ持つ低価格
の光増幅器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、請求項１ではコア部あるいはクラッド部にレ
ーザ遷移準位を有する希土類元素または遷移準位金属を
添加した光ファイバあるいは光導波路からなる活性媒体
と、これを励起する励起光源と、励起光と被増幅光を結
合して前記活性媒体に導く光学手段と、光アイソレータ
とを備えた光増幅器において、前記活性媒体の中間部
に、信号光を透過する光フィルタを挿入した。また請求
項２では、請求項１において、信号光を透過する光フィ
ルタと光アイソレータの両者を前記活性媒体の中間部に
挿入した。
するため、請求項１ではコア部あるいはクラッド部にレ
ーザ遷移準位を有する希土類元素または遷移準位金属を
添加した光ファイバあるいは光導波路からなる活性媒体
と、これを励起する励起光源と、励起光と被増幅光を結
合して前記活性媒体に導く光学手段と、光アイソレータ
とを備えた光増幅器において、前記活性媒体の中間部
に、信号光を透過する光フィルタを挿入した。また請求
項２では、請求項１において、信号光を透過する光フィ
ルタと光アイソレータの両者を前記活性媒体の中間部に
挿入した。
【００１２】
【作用】本発明の基本的構成を図１(a) 及び(b) に示
す。従来の構成と比べ最大の特徴は、希土類元素または
遷移金属添加光ファイバ或いは光導波路の自然放出光強
度を低減するため、同ファイバ中間部に信号光を通過す
る光フィルタ部５を挿入することである。ただし、図１
(a) は光フィルタ部のみを挿入した本発明１を、図１
(b) は光フィルタ部５と励起光を透過する光アイソレー
タ部６の両者を挿入する本発明２を示す。ただし、１−
１及び１−２は希土類元素または遷移金属添加光ファイ
バ、２は希土類元素または遷移金属添加光ファイバ１−
１、１−２を励起する励起光を発生する半導体ＬＤ、３
は信号光と半導体ＬＤ２で発生された励起光を合波する
合波器（ファイバ型カップラ等）、４は光増幅器の発振
を抑えるための光アイソレータである。また、上記光フ
ィルタ部５及び光アイソレータ部６は励起光をほぼ無損
失で透過する特性を有する（この様な特性は、信号光と
励起光を合分波する合波器と光フィルタ或いは光アイソ
レータを組み合わせることにより実現可能である）。従
って、以下では励起光損失及び順方向信号損失は零とし
て説明する。
す。従来の構成と比べ最大の特徴は、希土類元素または
遷移金属添加光ファイバ或いは光導波路の自然放出光強
度を低減するため、同ファイバ中間部に信号光を通過す
る光フィルタ部５を挿入することである。ただし、図１
(a) は光フィルタ部のみを挿入した本発明１を、図１
(b) は光フィルタ部５と励起光を透過する光アイソレー
タ部６の両者を挿入する本発明２を示す。ただし、１−
１及び１−２は希土類元素または遷移金属添加光ファイ
バ、２は希土類元素または遷移金属添加光ファイバ１−
１、１−２を励起する励起光を発生する半導体ＬＤ、３
は信号光と半導体ＬＤ２で発生された励起光を合波する
合波器（ファイバ型カップラ等）、４は光増幅器の発振
を抑えるための光アイソレータである。また、上記光フ
ィルタ部５及び光アイソレータ部６は励起光をほぼ無損
失で透過する特性を有する（この様な特性は、信号光と
励起光を合分波する合波器と光フィルタ或いは光アイソ
レータを組み合わせることにより実現可能である）。従
って、以下では励起光損失及び順方向信号損失は零とし
て説明する。
【００１３】以下に本発明を詳細に説明する。
【００１４】自然放出光は信号光の帯域に対して非常に
広い蛍光スペクトルを有する。図２はEr添加ファイバの
蛍光特性の１例を示す。自然放出光強度ＰASE は次式で
示すように各波長における自然放出光ＰSP( λ）の積分
で表せる。
広い蛍光スペクトルを有する。図２はEr添加ファイバの
蛍光特性の１例を示す。自然放出光強度ＰASE は次式で
示すように各波長における自然放出光ＰSP( λ）の積分
で表せる。
【００１５】
【数３】 すなわち、信号光のみを透過する光フィルタ部５（光フ
ィルタ帯域≧信号光帯域）を挿入することにより、不必
要な自然放出光成分を除去でき、等価的に自然放出光強
度ＰASE を低減できる。
ィルタ帯域≧信号光帯域）を挿入することにより、不必
要な自然放出光成分を除去でき、等価的に自然放出光強
度ＰASE を低減できる。
【００１６】図３及び図４は各々、本発明１及び２にお
ける希土類或いは遷移金属添加光ファイバ１内の自然放
出光強度ＰASE 、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮ
SPのファイバ長方向での分布を示す（ただし、同図はフ
ァイバ中の励起光量が一定と仮定した場合のものであ
る）。同図には、光フィルタ部５或いは光アイソレータ
部６を挿入しない従来技術１の特性を破線で示してい
る。
ける希土類或いは遷移金属添加光ファイバ１内の自然放
出光強度ＰASE 、利得係数ｇ及び反転分布パラメータＮ
SPのファイバ長方向での分布を示す（ただし、同図はフ
ァイバ中の励起光量が一定と仮定した場合のものであ
る）。同図には、光フィルタ部５或いは光アイソレータ
部６を挿入しない従来技術１の特性を破線で示してい
る。
【００１７】本発明１の構成では光フィルタ部５を希土
類元素または遷移金属添加光ファイバ１の中間部に挿入
するため、光フィルタ部５を透過する信号光と同方向伝
搬成分ＰASE (F) と信号光と逆方向伝搬成分ＰASE (B)
の両者を低減でき、光フィルタ部５の挿入された位置よ
り前方及び後方の光ファイバ中での自然放出光を大幅に
低減できる（ただし、光フィルタ部は透過帯域を有する
ため若干の自然放出光成分が透過する）。すなわち、光
フィルタ部５の挿入された位置より前方及び後方の光フ
ァイバ中で、利得係数ｇの増加及び反転分布パラメータ
ＮSPの低減が実現でき、利得係数ｇ及び反転分布パラメ
ータＮSPの積分に比例する光増幅器の信号利得Ｇ及び雑
音指数Ｆの特性は改善する。
類元素または遷移金属添加光ファイバ１の中間部に挿入
するため、光フィルタ部５を透過する信号光と同方向伝
搬成分ＰASE (F) と信号光と逆方向伝搬成分ＰASE (B)
の両者を低減でき、光フィルタ部５の挿入された位置よ
り前方及び後方の光ファイバ中での自然放出光を大幅に
低減できる（ただし、光フィルタ部は透過帯域を有する
ため若干の自然放出光成分が透過する）。すなわち、光
フィルタ部５の挿入された位置より前方及び後方の光フ
ァイバ中で、利得係数ｇの増加及び反転分布パラメータ
ＮSPの低減が実現でき、利得係数ｇ及び反転分布パラメ
ータＮSPの積分に比例する光増幅器の信号利得Ｇ及び雑
音指数Ｆの特性は改善する。
【００１８】本発明１は以上で示したように、光ファイ
バ１の全長にわたり自然放出光の低減が達成できるた
め、光アイソレータ部６より前方の自然放出光のみを低
減する従来技術２に比べ、同等或いはそれ以上の特性改
善が可能であると共に、低価格の光フィルタ部５を用い
る構成であり、従来技術２で使用される光アイソレータ
部６に比べ光増幅器の低価格化が可能である。
バ１の全長にわたり自然放出光の低減が達成できるた
め、光アイソレータ部６より前方の自然放出光のみを低
減する従来技術２に比べ、同等或いはそれ以上の特性改
善が可能であると共に、低価格の光フィルタ部５を用い
る構成であり、従来技術２で使用される光アイソレータ
部６に比べ光増幅器の低価格化が可能である。
【００１９】また、本発明２は光フィルタ部５と共に光
アイソレータ部６を挿入する構成であるため、光フィル
タ部５と光アイソレータ部６の挿入された位置より後方
では、本発明１と同様に信号光と同方向伝搬自然放出光
成分ＰASE (F) が低減する。一方光フィルタ部５と光ア
イソレータ部６の挿入された位置より前方では本発明１
の構成では除去できなかったので信号光と逆方向伝搬自
然放出光成分ＰASE (B) を完全に取り除くことができ
る。従って、本発明２は、光フィルタ部５と光アイソレ
ータ部６の相乗効果により、本発明１及び従来技術２よ
り、一層、高利得・低雑音の光増幅器が実現できる。
アイソレータ部６を挿入する構成であるため、光フィル
タ部５と光アイソレータ部６の挿入された位置より後方
では、本発明１と同様に信号光と同方向伝搬自然放出光
成分ＰASE (F) が低減する。一方光フィルタ部５と光ア
イソレータ部６の挿入された位置より前方では本発明１
の構成では除去できなかったので信号光と逆方向伝搬自
然放出光成分ＰASE (B) を完全に取り除くことができ
る。従って、本発明２は、光フィルタ部５と光アイソレ
ータ部６の相乗効果により、本発明１及び従来技術２よ
り、一層、高利得・低雑音の光増幅器が実現できる。
【００２０】本発明１及び２の説明では、１つの光フィ
ルタ部あるいは１対の光フィルタ部＋光アイソレータ部
を用いて効果を説明したが、複数の光フィルタ或いは１
対の光フィルタ部＋光アイソレータ部を用いても良い。
また、本発明２では光フィルタ部と光アイソレータ部を
希土類或いは遷移金属添加ファイバの同じ場所に設置す
る場合を説明したが、両者は別々に設置しても良い。
ルタ部あるいは１対の光フィルタ部＋光アイソレータ部
を用いて効果を説明したが、複数の光フィルタ或いは１
対の光フィルタ部＋光アイソレータ部を用いても良い。
また、本発明２では光フィルタ部と光アイソレータ部を
希土類或いは遷移金属添加ファイバの同じ場所に設置す
る場合を説明したが、両者は別々に設置しても良い。
【００２１】
【実施例】以下に図面を参照し本発明をより具体的に詳
述するが、以下に開示する実施例は本発明の単なる例示
に過ぎず、本発明の範囲を何等限定するものではない。
図５は本発明の実施例の構成を説明する図である。図５
(a) は光フィルタ部５を、図５(b) は光フィルタ部５と
光アイソレータ部６を挿入した構成である。本実施例で
は希土類或いは遷移金属添加光ファイバ１−１及び１−
２として、Er添加石英系ファイバを用いた。Er添加濃度
は役100ppmであり、カットオフ波長は0.90μｍ、比屈折
率差は1.2%である。光ファイバ１−１及び１−２の長さ
は各々、20m である。励起光源２は、0.98μｍ帯の励起
光を供給する半導体ＬＤモジュールで、このモジュール
の最大励起光量は120mW である。信号光と励起光源２で
発生した励起光を合波する合波器３は0.98/1.5μｍWDM
ファイバ型カップラを用い、信号光及び励起光に対する
合波損失は〜0dB である。４は光増幅器の発振を抑える
ための光アイソレータであり、YIG 結晶を用いたもので
ある。信号光の挿入損失は〜0dB である。光フィルタ７
としては、誘電体多層膜フィルタを使用した。透過波長
1.536 μｍ、透過帯域は〜0.2nm である。光フィルタ部
５は光フィルタ７とファイバ型カップラ３を用いて構成
し、また、光アイソレータ部６は光アイソレータ４とフ
ァイバ型カップラ３を用いて構成した。各部品は融着に
より接続した。
述するが、以下に開示する実施例は本発明の単なる例示
に過ぎず、本発明の範囲を何等限定するものではない。
図５は本発明の実施例の構成を説明する図である。図５
(a) は光フィルタ部５を、図５(b) は光フィルタ部５と
光アイソレータ部６を挿入した構成である。本実施例で
は希土類或いは遷移金属添加光ファイバ１−１及び１−
２として、Er添加石英系ファイバを用いた。Er添加濃度
は役100ppmであり、カットオフ波長は0.90μｍ、比屈折
率差は1.2%である。光ファイバ１−１及び１−２の長さ
は各々、20m である。励起光源２は、0.98μｍ帯の励起
光を供給する半導体ＬＤモジュールで、このモジュール
の最大励起光量は120mW である。信号光と励起光源２で
発生した励起光を合波する合波器３は0.98/1.5μｍWDM
ファイバ型カップラを用い、信号光及び励起光に対する
合波損失は〜0dB である。４は光増幅器の発振を抑える
ための光アイソレータであり、YIG 結晶を用いたもので
ある。信号光の挿入損失は〜0dB である。光フィルタ７
としては、誘電体多層膜フィルタを使用した。透過波長
1.536 μｍ、透過帯域は〜0.2nm である。光フィルタ部
５は光フィルタ７とファイバ型カップラ３を用いて構成
し、また、光アイソレータ部６は光アイソレータ４とフ
ァイバ型カップラ３を用いて構成した。各部品は融着に
より接続した。
【００２２】図６は本実施例の構成で得られた利得特性
を示す。信号波長は1.5360μｍであり、外部共振器付き
半導体レーザ光源を使用した。また、同図には光フィル
タ部５或いは光アイソレータ部６を挿入しない従来技術
１（光ファイバ１−１と１−２を直接接続した状態）と
光アイソレータ部６のみを挿入する従来技術２の結果を
併せて示す。光フィルタ部５或いは光フィルタ部５と光
アイソレータ部６を挿入することにより、従来技術１の
最大利得48dB、雑音指数3.8dB （励起光量100mW 時）、
従来技術２の最大利得55dB、雑音指数3.2dB （励起光量
100mW 時）に比べ、60dB以上の高利得と〜3dB に近い雑
音指数（理論限界は3dB)を合わせ持つ1.5 μｍ帯の光増
幅器が実現できた。また、光フィルタ部５だけよりも、
光フィルタ部５と光アイソレータ部６の両者を挿入した
方の特性が優れることも判明した。
を示す。信号波長は1.5360μｍであり、外部共振器付き
半導体レーザ光源を使用した。また、同図には光フィル
タ部５或いは光アイソレータ部６を挿入しない従来技術
１（光ファイバ１−１と１−２を直接接続した状態）と
光アイソレータ部６のみを挿入する従来技術２の結果を
併せて示す。光フィルタ部５或いは光フィルタ部５と光
アイソレータ部６を挿入することにより、従来技術１の
最大利得48dB、雑音指数3.8dB （励起光量100mW 時）、
従来技術２の最大利得55dB、雑音指数3.2dB （励起光量
100mW 時）に比べ、60dB以上の高利得と〜3dB に近い雑
音指数（理論限界は3dB)を合わせ持つ1.5 μｍ帯の光増
幅器が実現できた。また、光フィルタ部５だけよりも、
光フィルタ部５と光アイソレータ部６の両者を挿入した
方の特性が優れることも判明した。
【００２３】さらに、図５(b) における、光フィルタ部
５と光アイソレータ部６を図７に示す光フィルタ・アイ
ソレータ部に置き換えて光増幅器を構成した。この光増
幅器の特性は、図６に示す。光フィルタ部５＋光アイソ
レータ部６を挿入した場合と同等の優れた特性（利得60
dB以上、雑音指数〜3dB)であった。
５と光アイソレータ部６を図７に示す光フィルタ・アイ
ソレータ部に置き換えて光増幅器を構成した。この光増
幅器の特性は、図６に示す。光フィルタ部５＋光アイソ
レータ部６を挿入した場合と同等の優れた特性（利得60
dB以上、雑音指数〜3dB)であった。
【００２４】また、光フィルタ７としては、光導波回路
を用いた光フィルタを使用して、同様の測定を行い同じ
結果を得た。ただし、光導波型フィルタの透過波長は1.
536μｍ、透過帯域は〜0.1nm である。
を用いた光フィルタを使用して、同様の測定を行い同じ
結果を得た。ただし、光導波型フィルタの透過波長は1.
536μｍ、透過帯域は〜0.1nm である。
【００２５】実施例２は、実施例１における希土類或い
は遷移金属添加光ファイバ１−１及び１−２として、Pr
添加フッ化物ファイバを用いた。Pr添加濃度はやく500p
pmであり、カットオフ波長は1.00μｍ、比屈折率差は3.
7%である。光ファイバ１−１及び１−２の長さは各々、
10m である。励起光源２は、Ti−サファイヤ固体レーザ
であり、発振波長は1.017 μｍである。信号光と励起２
光源２で発生した励起光を合波する合波器３は1.017/1.
3 μｍWDM ファイバ型カップラを用い、信号光及び励起
光に対する合波損失は〜0dB である。４は光増幅器の発
振を抑えるための光アイソレータであり、YIG 結晶を用
いたものである。信号光の挿入損失は〜0dB である。光
フィルタ７としては、誘電体多層膜フィルタを使用し
た。透過波長は1.30μｍ、透過帯域は〜0.5nm である。
各部品は融着により接続した。
は遷移金属添加光ファイバ１−１及び１−２として、Pr
添加フッ化物ファイバを用いた。Pr添加濃度はやく500p
pmであり、カットオフ波長は1.00μｍ、比屈折率差は3.
7%である。光ファイバ１−１及び１−２の長さは各々、
10m である。励起光源２は、Ti−サファイヤ固体レーザ
であり、発振波長は1.017 μｍである。信号光と励起２
光源２で発生した励起光を合波する合波器３は1.017/1.
3 μｍWDM ファイバ型カップラを用い、信号光及び励起
光に対する合波損失は〜0dB である。４は光増幅器の発
振を抑えるための光アイソレータであり、YIG 結晶を用
いたものである。信号光の挿入損失は〜0dB である。光
フィルタ７としては、誘電体多層膜フィルタを使用し
た。透過波長は1.30μｍ、透過帯域は〜0.5nm である。
各部品は融着により接続した。
【００２６】以上の部品を用いて、実施例１と同様の光
増幅器を構成し、増幅特性を評価した。信号波長は1.30
0 μｍである。光フィルタ部５或いは光フィルタ部５と
光アイソレータ部６を挿入することにより、従来技術１
の最大利得40dB、雑音指数4.5dB （励起光量400mW
時）、従来技術２の最大利得52dB、雑音指数3.8dB(励起
光量400mW 時）に比べ、55dB以上の高利得と〜3dB に近
い雑音指数（理論限界は3dB)を合わせ持つ1.3 μｍ帯の
光増幅器が実現できた。
増幅器を構成し、増幅特性を評価した。信号波長は1.30
0 μｍである。光フィルタ部５或いは光フィルタ部５と
光アイソレータ部６を挿入することにより、従来技術１
の最大利得40dB、雑音指数4.5dB （励起光量400mW
時）、従来技術２の最大利得52dB、雑音指数3.8dB(励起
光量400mW 時）に比べ、55dB以上の高利得と〜3dB に近
い雑音指数（理論限界は3dB)を合わせ持つ1.3 μｍ帯の
光増幅器が実現できた。
【００２７】図８は本発明の実施例３の構成を説明する
図である。本実施例は光フィルタ部５を複数個及び光フ
ィルタ部５と光アイソレータ部６を複合した光増幅器で
ある。本実施例では、Er添加石英系光ファイバ１−１、
１−２、１−３、１−４を用いた。Er添加濃度は約100p
pmであり、カットオフ波長は0.90μｍ、比屈折率差は1.
2%である。光ファイバ１−１及び１−２の長さは各々、
10m である。その他の光部品は、実施例１と同じものを
使用した。
図である。本実施例は光フィルタ部５を複数個及び光フ
ィルタ部５と光アイソレータ部６を複合した光増幅器で
ある。本実施例では、Er添加石英系光ファイバ１−１、
１−２、１−３、１−４を用いた。Er添加濃度は約100p
pmであり、カットオフ波長は0.90μｍ、比屈折率差は1.
2%である。光ファイバ１−１及び１−２の長さは各々、
10m である。その他の光部品は、実施例１と同じものを
使用した。
【００２８】図８(a) は光フィルタ部５を、図８(b) は
光フィルタ部５と光アイソレータ部６を挿入した構成で
ある。本実施例に示す２つの光増幅器とも実施例１に比
べ、65dB以上の高利得と〜3dB のｐ低雑音性を確認した
ことから、光フィルタ部５の挿入数を増加すること、及
び光フィルタ部５と光アイソレータ部６との複合によ
り、光増幅器がより一層、高性能な特性を有することが
確認できた。
光フィルタ部５と光アイソレータ部６を挿入した構成で
ある。本実施例に示す２つの光増幅器とも実施例１に比
べ、65dB以上の高利得と〜3dB のｐ低雑音性を確認した
ことから、光フィルタ部５の挿入数を増加すること、及
び光フィルタ部５と光アイソレータ部６との複合によ
り、光増幅器がより一層、高性能な特性を有することが
確認できた。
【００２９】図９(a)(b)(c)(d)は本発明の実施例４の構
成を説明する図である。図９(a)(b)は光フィルタ部を挿
入する構成、図９(c) は光フィルタ部と光アイソレータ
部を挿入する構成、図９(d) は信号光（1.55μｍ帯）と
励起光（0.98μｍ）を合波する光合波器と光増幅器を集
積化した構成を示す。
成を説明する図である。図９(a)(b)は光フィルタ部を挿
入する構成、図９(c) は光フィルタ部と光アイソレータ
部を挿入する構成、図９(d) は信号光（1.55μｍ帯）と
励起光（0.98μｍ）を合波する光合波器と光増幅器を集
積化した構成を示す。
【００３０】１１はEr添加光導波路を示し、火炎堆積液
侵法及び反応性イオンエッチングでシリコン基板１０上
に作成した。Erの添加濃度は6000ppm である。ただし、
図９(b)(C)(d) に示す光導波路ではErの添加された部分
（表示１１で示す部分）と非添加部分より構成した。１
２はEr非添加の光導波路１１´により構成した励起光
(0.98 μｍ）／信号光（1.55μｍ帯）合分波用の方向性
結合器、１３は励起光（0.98μｍ）及び信号光を透過す
る光フィルタ部で、透過率は各々の波長で99% 以上であ
る。１４は信号光のみを透過する光フィルタ部、１５は
光アイソレータ部である。図１０に光フィルタ部の構成
を示す。光フィルタはガラス基板の上に蒸着法で作成し
た誘電体多層膜フィルタ１６（厚み約30μｍ）を、反応
性イオンエイング法により形成した挿入溝（幅50μｍ）
１６´に挿入後、光学接着剤で固定して作製した。図１
１，図１２に光アイソレータ部の構成を示す。図１１示
す様に、光アイソレータはBiイオン置換YIG 磁気光学結
晶７を誘電帯と金属の交互多層膜から成る偏光子１８で
挾んだ構造で厚さ150 μｍである。この光アイソレータ
は図１２に示すように反応性イオンエイング法により形
成した挿入溝（幅170μｍ）１６´´に挿入し、光学接
着剤で固定した後、この上に磁場印加用磁石１９を配置
して構成した。
侵法及び反応性イオンエッチングでシリコン基板１０上
に作成した。Erの添加濃度は6000ppm である。ただし、
図９(b)(C)(d) に示す光導波路ではErの添加された部分
（表示１１で示す部分）と非添加部分より構成した。１
２はEr非添加の光導波路１１´により構成した励起光
(0.98 μｍ）／信号光（1.55μｍ帯）合分波用の方向性
結合器、１３は励起光（0.98μｍ）及び信号光を透過す
る光フィルタ部で、透過率は各々の波長で99% 以上であ
る。１４は信号光のみを透過する光フィルタ部、１５は
光アイソレータ部である。図１０に光フィルタ部の構成
を示す。光フィルタはガラス基板の上に蒸着法で作成し
た誘電体多層膜フィルタ１６（厚み約30μｍ）を、反応
性イオンエイング法により形成した挿入溝（幅50μｍ）
１６´に挿入後、光学接着剤で固定して作製した。図１
１，図１２に光アイソレータ部の構成を示す。図１１示
す様に、光アイソレータはBiイオン置換YIG 磁気光学結
晶７を誘電帯と金属の交互多層膜から成る偏光子１８で
挾んだ構造で厚さ150 μｍである。この光アイソレータ
は図１２に示すように反応性イオンエイング法により形
成した挿入溝（幅170μｍ）１６´´に挿入し、光学接
着剤で固定した後、この上に磁場印加用磁石１９を配置
して構成した。
【００３１】本実施例で使用したEr添加した光導波路の
長さは20cm( 図９(b)(c)(d) の構成ではトータルの長
さ）である。光フィルタ部或いは光フィルタ＋光アイソ
レータ部を挿入しない場合の最大利得15dB、雑音指数4.
5dB に比べ、本実施例の構成では全て20dB以上の高利得
と雑音の低減(3.7dB) が達成でき、本発明の有効性を確
認できた。
長さは20cm( 図９(b)(c)(d) の構成ではトータルの長
さ）である。光フィルタ部或いは光フィルタ＋光アイソ
レータ部を挿入しない場合の最大利得15dB、雑音指数4.
5dB に比べ、本実施例の構成では全て20dB以上の高利得
と雑音の低減(3.7dB) が達成でき、本発明の有効性を確
認できた。
【００３２】以上の実施例では、希土類元素や遷移金属
を添加した光ファイバや光導波路としてEr添加光ファイ
バ、Pe添加ファイバ、Er添加光導波路を使用したが本発
明はこれに限るものではなく、Tm、Yb、Nd添加ファイバ
やPr、Yb、Tm、Nd添加ガラス導波路、Er、Pr、Yb、Tm、
Nd、Cr添加結晶導波路（結晶としてはLiNbO3、YAG 、YL
F 、Ca 5(PO 4) 3 F 、Mg2 SiO 4 ) また励起方法とし
て信号光と同一方向に励起光を入射したが、逆方向から
入射しても良い。
を添加した光ファイバや光導波路としてEr添加光ファイ
バ、Pe添加ファイバ、Er添加光導波路を使用したが本発
明はこれに限るものではなく、Tm、Yb、Nd添加ファイバ
やPr、Yb、Tm、Nd添加ガラス導波路、Er、Pr、Yb、Tm、
Nd、Cr添加結晶導波路（結晶としてはLiNbO3、YAG 、YL
F 、Ca 5(PO 4) 3 F 、Mg2 SiO 4 ) また励起方法とし
て信号光と同一方向に励起光を入射したが、逆方向から
入射しても良い。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、希土
類元素や遷移金属を添加した光ファイバ或いは光導波路
のような活性媒体の中間部に、信号光を通過する光フィ
ルタ部を挿入し、活性媒体の全体に対して自然放出光強
度を低減するため、高利得と低雑音特性を合わせ持つ高
性能の光増幅器を提供できると共に、低価格の光フィル
タを用いるため、同光増幅器の価格も低減できる。
類元素や遷移金属を添加した光ファイバ或いは光導波路
のような活性媒体の中間部に、信号光を通過する光フィ
ルタ部を挿入し、活性媒体の全体に対して自然放出光強
度を低減するため、高利得と低雑音特性を合わせ持つ高
性能の光増幅器を提供できると共に、低価格の光フィル
タを用いるため、同光増幅器の価格も低減できる。
【００３４】また、光フィルタ部と共に光アイソレータ
部を、活性媒体の中間部に挿入する光増幅器は、光フィ
ルタのみを挿入する光増幅器や、光アイソレータ部のみ
に比較してさらに一層高性能な光増幅器を提供できるた
め、光通信や光計測の分野において大きな成果をもたら
す。
部を、活性媒体の中間部に挿入する光増幅器は、光フィ
ルタのみを挿入する光増幅器や、光アイソレータ部のみ
に比較してさらに一層高性能な光増幅器を提供できるた
め、光通信や光計測の分野において大きな成果をもたら
す。
【図１】本発明の構成を説明する図
【図２】Er添加ファイバの蛍光スペクトル及び光フィル
タ部の効果を説明する図
タ部の効果を説明する図
【図３】本発明の原理を説明する図
【図４】本発明の原理を説明する図
【図５】本発明の実施例１を説明する図
【図６】本発明の実施例１を用いて得られた利得特性を
示す図
示す図
【図７】光フィルタ・アイソレータ部の構成を説明する
図
図
【図８】実施例３の構成を説明する図
【図９】本発明の実施例４を説明する図
【図１０】光フィルタ部の構成を示す図
【図１１】光アイソレータ部の構成を示す図
【図１２】光アイソレータ部の構成を示す図
【図１３】従来技術１を説明する図
【図１４】従来技術１を説明する図
【図１５】自然放出光強度ＰASE 利得係数ｇ及び反転分
布パラメータＮSPの関係を示す図
布パラメータＮSPの関係を示す図
【図１６】従来技術２の構成を説明する図
【図１７】光アイソレータ部の構成を説明する図
【図１８】従来技術２の原理を説明する図
１…希土類元素または遷移金属添加光ファイバ或いは光
導波路、２…希土類元素または遷移金属添加光ファイバ
或いは光導波路１を励起する励起光を発生する励起光源
（半導体ＬＤ等）、３…信号光と励起光源２で発生され
た励起光を合波する合波器（ファイバ型カップラ等）、
４…光増幅器の発振を抑えるための光アイソレータ、５
…光フィルタ部、６…光アイソレータ部、７…誘電体多
層膜や光導波路を用いて構成された光フィルタ。
導波路、２…希土類元素または遷移金属添加光ファイバ
或いは光導波路１を励起する励起光を発生する励起光源
（半導体ＬＤ等）、３…信号光と励起光源２で発生され
た励起光を合波する合波器（ファイバ型カップラ等）、
４…光増幅器の発振を抑えるための光アイソレータ、５
…光フィルタ部、６…光アイソレータ部、７…誘電体多
層膜や光導波路を用いて構成された光フィルタ。
フロントページの続き (72)発明者 須藤 昭一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 コア部あるいはクラッド部にレーザ遷移
準位を有する希土類元素または遷移金属を添加した光フ
ァイバあるいは光導波路からなる活性媒体と、これを励
起する励起光源と、励起光と被増幅光を結合して前記活
性媒体に導く光学手段と、光アイソレータとからなる光
増幅器において、 前記活性媒体の中間部に、信号光を透過する光フィルタ
を挿入したことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項２】 信号光を透過する光フィルタと光アイソ
レータの両者を活性媒体の中間部に挿入したことを特徴
とする請求項１記載の光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34732992A JPH06196788A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34732992A JPH06196788A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196788A true JPH06196788A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18389490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34732992A Pending JPH06196788A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196788A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5808788A (en) * | 1996-01-29 | 1998-09-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical fiber amplifier |
| WO2001067561A3 (en) * | 2000-03-03 | 2002-01-31 | Molecular Optoelectronics Corp | Optical waveguide amplifier |
| US6438304B1 (en) | 1998-07-23 | 2002-08-20 | Molecular Optoelectronics Corporation | Optical waveguide with dissimilar core and cladding materials, and light emitting device employing the same |
| US6511571B2 (en) | 1998-07-23 | 2003-01-28 | Molecular Optoelectronics Corporation | Method for fabricating an optical waveguide |
| JP2006120969A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-05-11 | Fujitsu Ltd | 光増幅器 |
| US7333263B2 (en) * | 2005-01-24 | 2008-02-19 | National Sun Yat-Sen University | Transition metal doped fiber amplifier |
| US7466477B2 (en) | 1995-03-20 | 2008-12-16 | Fujitsu Limited | Optical fiber amplifier and dispersion compensating fiber module for optical fiber amplifier |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP34732992A patent/JPH06196788A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7466477B2 (en) | 1995-03-20 | 2008-12-16 | Fujitsu Limited | Optical fiber amplifier and dispersion compensating fiber module for optical fiber amplifier |
| US5808788A (en) * | 1996-01-29 | 1998-09-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical fiber amplifier |
| US6438304B1 (en) | 1998-07-23 | 2002-08-20 | Molecular Optoelectronics Corporation | Optical waveguide with dissimilar core and cladding materials, and light emitting device employing the same |
| US6511571B2 (en) | 1998-07-23 | 2003-01-28 | Molecular Optoelectronics Corporation | Method for fabricating an optical waveguide |
| WO2001067561A3 (en) * | 2000-03-03 | 2002-01-31 | Molecular Optoelectronics Corp | Optical waveguide amplifier |
| JP2006120969A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-05-11 | Fujitsu Ltd | 光増幅器 |
| JP4703164B2 (ja) * | 2004-10-25 | 2011-06-15 | 富士通株式会社 | 光増幅器 |
| US7333263B2 (en) * | 2005-01-24 | 2008-02-19 | National Sun Yat-Sen University | Transition metal doped fiber amplifier |
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