-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Faserverstärker zum
Empfangen von Pumplicht und Signallicht, zum Verstärken des
Signallichts und zum Ausgeben von so verstärktem Signallicht; und eine
optische Faser zur optischen Verstärkung, die bei diesem optischen
Faserverstärker
verwendet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine optische Faser für
einen optischen Verstärker,
wobei wenigstens ein Teil ihres Kerns mit Erbium dotiert ist, und
einen optischen Faserverstärker
unter Verwendung dieser optischen Faser.
-
Stand der
Technik
-
IEEE
PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, IEEE INC. NEW YORK, US (MAI 1997),
VOL. 9, NO. 5, SEITEN 596 BIS 598 beschreibt einen Er-dotierten
auf Quarz basierenden Faserverstärker
(EDFA = Er-doped silica-based fiber amplifier) für ein 1,58-μm-Band-WDM-Signal.
Dieser EDFA ist mit einer Er-dotierten auf Quarz basierenden Faser
(EDF) versehen, die zusammen mit Al und Ge dotiert ist, wobei die
Cut-Off-Wellenlänge
bzw. Grenzwellenlänge
der Faser 1,13 μm
beträgt
und die Er-Konzentration
der Faser 1310 wt-ppm bzw. Gew.-ppm beträgt.
-
EP-A-0848463
beschreibt einen Er-dotierten auf Quarz basierenden Faserverstärker für ein 1,58 μm-Band-WDM-Signal.
Dieser EDFA ist mit einer Er-dotierten auf Quarz basierenden Faser
versehen, die zusammen mit Al und Ge dotiert ist, wobei die Grenzwellenlänge der
Faser 0,8 μm
beträgt
und die Er- Konzentration
der Faser 2000 wt-ppm beträgt
und die Al-Dotierungskonzentration
der Faser 1 Gew.-% beträgt.
-
Als
Technik zum Erhöhen
der Menge an übertragbarer
Information, d.h. der Kanalkapazität, in optischen Kommunikationsnetzwerken
ist eine Wellenlängenmultiplex-(WDM
= wavelength division multiplexing)-Kommunikationstechnologie bekannt
gewesen.
-
Bei
den WDM-Kommunikationen hat es eine Forderung für eine Entwicklung eines optischen
Faserverstärkers
mit superbreiter Bandbreite gegeben, der gleichzeitig WDM-Signallichter
verstärken
kann. Ein Beispiel für
eine derartige Technologie ist in Makoto Yamada et al., "Super-wide Band Optical
Fiber Technology Capable of Simultaneously Amplifying Communication
Wavelength Band" (NTT
Technical Journal, Novemberausgabe, 1998, S. 76–81) offenbart. Diese Veröffentlichung
offenbart einen optischen Verstärker,
in welchem ein optischer Faserverstärkerabschnitt unter Verwendung
einer mit Erdotierten optischen Faser mit einem Verstärkungsbereich
im Wellenlängenband
von 1,55 μm
und ein optischer Faserverstärkerabschnitt
unter Verwendung einer mit Er dotierten optischen Faser mit einem
Verstärkungsbereich
im Wellenlängenband
von 1,58 μm parallel
geschaltet sind, um dadurch einen weiten flachen Verstärkungsbereich über die
beiden Bänder
von sowohl 1,55 μm
als auch 1,58 μm
zu ergeben.
-
Jedoch
ist der Verstärkungsfaktor
pro Einheitslänge
(Verstärkung
pro Einheitslänge)
der mit Er dotierten optischen Faser, die herkömmlich bei dem mit Er dotierten
optischen Faserverstärker
im 1,58 μm-Band
verwendet wird, um wenigstens eine Größenordnung kleiner als derjenige
im 1,55-μm-Band.
Daher ist es zum Erhalten einer Signalverstärkung gleich derjenigen im
1,55-μm-Band
für die
optische Faser zum Verstärken
des 1,58-μm-Bandes
nötig,
eine Länge
zu haben, die wenigstens das 10-fache von derjenigen für das 1,55-μm-Band ist.
Somit erreicht sie mehrere hundert Meter. Sie ist diesbezüglich nachteilig,
dass die Vorrichtung ihre Größe erhöht.
-
Zum
Verbessern der Verstärkung
der Einheitslänge
einer optischen Faser zur Verstärkung
kann eine Technik zum Erhöhen
der Konzentration von Er zum Erhöhen
der Absorption von Pumplicht durch Er berücksichtigt werden. Beispielsweise
offenbarten die Erfinder eine EDF, die die Konzentration von Er
auf 1100 wt-ppm erhöht,
in "High gain per
unit length Erbium-doped fiber for 1580 nm region amplification" (Institute of Telecommunications
Engineers Journal OAA'98
C-3-3), wobei eine
solche Er-Konzentration nahe einer Konzentrations-Löschgrenze
ist, wie sie herkömmliche
erwartet wird.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Angesichts
des oben beschriebenen Standes der Technik ist es die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, die Verstärkung pro Einheitslänge einer
optischen Faser mit einem Verstärkungsbereich
im Wellenlängenband
von 1,58 μm
zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine optische Faser gemäß Anspruch
1 und durch eine optische Faser gemäß Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert. In Verbindung mit einem Entwickeln einer optischen Faser
gemäß der Erfindung
wird die Tatsache verwendet, dass ein Unterdrücken der Verbindung von Er-Ionen
durch Dotieren zusammen mit Al das Löschen der Konzentration beschränkt. Dies
zeigt ein Erhöhen
der Er-Konzentration
auf größer als
bei einer herkömmlichen
Faser an. Weiterhin wird als Technik zum Erhöhen der Menge einer Er-Absorption
ein Verstärken
der Überlagerung
zwischen dem Er-dotierten Bereich und einer optischen Leistungsverteilung
angesehen. Um dies zu realisieren, ist es effektiv, die Grenzwellenlänge zu der
Seite der längeren
Wellenlänge zu
verschieben. Es erhöht
die Lichtbegrenzung im Kern.
-
Das
bedeutet, dass ein Verschieben der Grenzwellenlänge zu der Seite der längeren Wellenlänge die Lichtbegrenzung
im Kern erhöht,
um dadurch die Absorption durch Er zu erhöhen. Ebenso verschiebt sich
die Grenze für
eine Konzentration von dotiertem Er, wo das Löschen der Konzentration auftritt,
zu dem Bereich höherer
Konzentration, wodurch die Menge an Er-Ionen erhöht werden kann. Wenn die Konzentration
von dotiertem Er erhöht
wird und die Grenzwellenlänge
zu der Seite der längeren
Wellenlänge
verschoben wird, kann eine optische Faser für eine optische Verstärkung mit
einer hohen Verstärkung
pro Einheitslänge
erhalten werden. Zusätzlich
ist es auch diesbezüglich
effektiv, dass sich ein Biegeverlust erniedrigt, wodurch die optische Faser
für eine
optische Verstärkung
in eine kleine Spule gewickelt werden kann, um gepackt zu werden.
-
Die
optische Faser für
eine optische Verstärkung
gemäß einem
weiteren Beispiel ist eine optische Faser für eine optische Verstärkung, welche
für eine
1,58-μm-Band-Signalverstärkung verwendet
wird, von welcher Faser wenigstens ein Kernbereich mit Er gemeinsam
mit Ge und Al dotiertem Quarzglas hergestellt ist, eine durchschnittliche
atomare Er-Konzentration
des Kernbereichs von 950 wt-ppm bis 3000 wt-ppm, einschließlich, ist, und der Modenfelddurchmesser
(MFD = mode field diameter) der optischen Faser für eine optische
Verstärkung
im 1,58-μm-Band
5 μm oder
mehr ist.
-
Andererseits
weist der optische Faserverstärker
gemäß einem
weiteren Beispiel die oben angegebene Faser für eine optische Verstärkung auf,
eine Pumplichtquelle, die Pumplicht zum Erregen der optischen Faser für eine optische
Verstärkung
aussendet bzw. emittiert, einen Multiplexer bzw. Demultiplexer,
der das von der Pumplichtquelle emittierte Pumplicht in die optische
Faser zur optischen Verstärkung
einführt,
auf welche die Signallichter einfallen, und jeweilige optische Isolatoren,
die an Eingabe- und Ausgabeenden der Signallichter angeordnet sind.
-
Gemäß einer
derartigen Konfiguration wird die optische Faser zur optischen Verstärkung mit
hoher Verstärkung
pro Einheitslänge,
wie es oben angegeben ist, zur Verfügung gestellt. Weiterhin erniedrigt
ein Einstellen des MFD auf wenigstens 5 μm die Leistungsdichte von Signallicht.
Dadurch reduziert es nichtlineare Effekte wie beispielsweise Verzerrungen,
in einer Signalwellenform, die durch eine Eigenphasenmodulation verursacht
werden, und ein Übersprechen
von Signalen, welches durch ein Mischen von vier Wellen verursacht
wird. Es ist auch beim Erniedrigen des Spleißverlustes effektiv, wenn sie
mit Fasern zur Signalübertragung
verbunden wird, um dadurch zum Verbessern einer Energieumwandlungseffizienz
vorteilhaft zu werden.
-
Die
Al-Konzentration im Kernbereich der optischen Faser für eine optische
Verstärkung
kann 1 Gew.-% oder mehr sein. Insbesondere ist sie von 5 Gew.-%
bis 20 Gew.-% einschließlich.
Wenn die Al-Konzentration so eingestellt ist, würde die Verbindung von Er-Ionen
unterdrückt
werden, wodurch die Konzentrationslöschgrenze zu der Seite höherer Konzentration
verschoben werden kann.
-
Eine
durchschnittliche atomare Er-Konzentration der optischen Faser zur
optischen Verstärkung
im Kernbereich kann von 1000 wt-ppm bis 3000 wt-ppm, einschließlich, sein,
und eine Grenzwellenlänge
der optischen Faser kann von 1,2 μm
bis 1,5 μm,
einschließlich,
sein. Somit ermöglicht
ein Verschieben der Grenzwellenlänge
zu der Seite einer längeren
Wellenlänge
dem Kern, einen verbesserten optischen Leistungsbegrenzungskoeffizienten
von 0,8 oder höher
zu haben, wohingegen dotiertes Er von 1000 wt-ppm oder mehr zulässt, dass
die optische Verstärkung
im 1,58-μm-Band
eine Verstärkung
pro Einheitslänge
gleich derjenigen im 1,55-μm-Band zu ergeben.
Im optischen Verstärkung,
der diese optische Faser zur optischen Verstärkung verwendet, wird eine
1,48-μm-Band-Pumplichtquelle
verwendet.
-
Eine
optische Faser zur optischen Verstärkung kann eine derartige sein,
in welcher die durchschnittliche atomare Er-Kommunikation im Kernbereich von 1500
wt-ppm bis 3000 wt-ppm, einschließlich, ist und die Grenzwellenlänge von
0,8 μm bis
1,1 μm,
einschließlich,
ist. In diesem Fall lässt
ein Erhöhen
der atomaren Er-Konzentration auf 1500 wt-ppm oder höher zu,
dass die optische Verstärkung
im 1,58-μm-Band
eine Verstärkung
pro Einheitslänge
gleich derjenigen im 1,55-μm-Band ergibt. Im optischen
Verstärker,
der diese optische Faser zur optischen Verstärkung verwendet, wird eine
0,98-μm-Band-Pumplichtquelle
verwendet werden.
-
Weiterhin
kann eine optische Faserverstärkervorrichtung
mit mehrstufigen Verstärkerabschnitten
aufgebaut werden, die in Reihe geschaltet sind. In diesen Abschnitten
können
die optische Faserverstärker
unter Verwendung von 1,48-μm-Band-Pumplichtquellen
und/oder die optischen Faserverstärker unter Verwendung von 0,98-μm-Band-Pumplichtquellen
verwendet werden. Ein derartiger mehrstufiger Aufbau macht es einfach, einen
erwünschten
Verstärkungsfaktor
zu erreichen.
-
Die
vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der hierin nachfolgend
angegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen
verstanden werden, welche nur anhand einer Illustration angegeben
sind und nicht derart anzusehen sind, dass sie die vorliegende Erfindung
beschränken.
-
Ein
weiterer Umfang einer Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird
aus der hierin nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung
klar werden. Jedoch sollte es verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung
und spezifische Beispiele, während
sie bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anzeigen, nur anhand einer Illustration angegeben
sind, da verschiedene Änderungen
und Modifikationen innerhalb des Sinngehalts und Schutzumfangs der
Erfindung Fachleuten auf dem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung
offensichtlich werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 bis 3 sind
schematische Ansichten, die jeweils die Gesamtkonfigurationen von
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
des optischen Faserverstärkers
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
-
4A ist
eine vertikale Schnittansicht einer optischen Faser zur optischen
Verstärkung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wohingegen
-
4B eine
transversale Schnittansicht davon ist;
-
5A ist
eine vertikale Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der optischen Faser zur optischen Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung,
wohingegen
-
5B eine
transversale Schnittansicht davon ist;
-
6 ist
ein Diagramm, das ein Brechungsindexprofil der optischen Faser zur
optischen Verstärkung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
7 ist
eine Kurve, die eine Verstärkungswellenform
gemäß dem optischen Faserverstärker gemäß einem
Beispiel zeigt, das nützlich
zum Verstehen der vorliegenden Erfindung ist;
-
8 ist
eine Kurve, die Beziehungen zwischen einer atomaren Er-Konzentration
und Verstärkungscharakteristiken
zeigt, wohingegen
-
9 ein
Diagramm ist, das die Beziehung zwischen einer atomaren Er-Konzentration
und einer Verstärkung
pro Einheitslänge
zeigt;
-
10 bis 12 sind
Kurven, die Beziehungen zwischen der durchschnittlichen Verstärkung im 1,58-μm-Band und der Umwandlungseffizienz
in einer EDF (einer mit Erbium dotierten optischen Faser) mit verschiedenen
atomaren Er-Konzentrationen
bei atomaren Al-Konzentrationen
von jeweils 5,5 Gew.-%, 1,2 Gew.-% und 8,5 Gew.-% zeigen;
-
13 ist
eine Kurve, die Beziehungen zwischen einer maximalen Umwandlungseffizienz
und jeweiligen atomaren Konzentrationen von Al und Er zeigt;
-
14 ist
eine Kurve, die Beziehungen zwischen einer atomaren Al-Konzentration
und atomaren Er-Konzentrationen zeigt, bei welchen eine Umwandlungseffizienz
abfällt;
-
15 ist
eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Grenzwellenlänge und
einem Begrenzungskoeffizienten in der optischen Faser zur optischen
Verstärkung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
-
16 ist
eine Kurve, die die Beziehungen zwischen dem Spleißverlust
und dem MFD von EDF ausdruckt, wenn EDFs der vorliegenden Erfindung
mittels Schmelzen zu einer standardmäßigen Monomodefaser gespleißt sind.
-
Beste Arten
zum Ausführen
der Erfindung
-
Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen erklärt
werden. Zum Erleichtern des Verstehens der Erklärung bezeichnen dieselben Bezugszeichen
dieselben Teile, wo es möglich
ist, in allen Zeichnungen, und wird eine wiederholte Erklärung weggelassen
werden.
-
Die 1 bis 3 sind
schematische Ansichten, die jeweilige Konfigurationen von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
des optischen Faserverstärkers
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen. Jedes der Ausführungsbeispiele
ist so konfiguriert, dass zu verstärkendes Signallicht vom linken
Ende der Zeichnung aus eingegeben wird und verstärkte Signallicht vom rechten
Ende aus ausgegeben wird. Jeder der jeweiligen optischen Faserverstärker 10a, 10b, 10c,
die in den 1 bis 3 gezeigt
sind, hat eine optische Faser 1 zur optischen Verstärkung gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche ein Verstärkungsmedium
zum Verstärken des
Signallichts ist. Optische Isolatoren 4A, 4b zum
Unterdrücken
der Oszillation eines optischen Faserverstärkers sind jeweils an den Eingabe-
und Ausgabe-Endseiten des Signals angeordnet. Weiterhin sind Pumplichtquellen 2A und/oder 2B zum
Erzeugen von Pumplicht in einem 0,98-μm-Band oder 1,48-μm-Band vorgesehen,
und ein optischer Multiplexer/Demultiplexer 3A und/oder 3B zum
Einführen
des in der Pumplichtquelle 2A und/oder 2B erzeugten
Pumplichts in die optische Faser 1, auf welcher die Signallichter
einfallen.
-
In
Abhängigkeit
davon, von welcher Richtung aus das Pumplicht in die optische Faser 1 eingeführt wird,
werden die optischen Verstärker
grob in drei Typen klassifiziert. Der optische Verstärker 10a,
in welchem Signallicht und Pumplicht miteinander verbunden werden
und zur optischen Faser 1 geführt werden, wie es in 1 gezeigt
ist, wird Vorwärts-Pumpsystem genannt.
Der optische Faserverstärker 10b,
in welchem Pumplicht von der Richtung entgegengesetzt zu dem Signallicht
eingeführt
wird, wie es in 2 gezeigt ist, wird Rückwärts-Pumpsystem
genannt. Weiterhin wird der optische Faserverstärker 10c, in welchem
Pumplicht von beiden Enden der optischen Faser 1 eingeführt wird,
wie es in 3 gezeigt ist, bidirektionales
Pumpsystem genannt. Eine Vielzahl von diesen Verstärkern können in
Reihe kombiniert bzw. geschaltet werden, um einen Verstärkerabschnitt
zu bilden.
-
Die 4A, 4B, 5A und 5B sind
Ansichten, die Konfigurationen der optischen Faser 1 zeigen,
die in den optischen Faserverstärkern 10a, 10b, 10c verwendet
wird, wobei die 4A und 5B vertikale
Schnittansichten sind, wohingegen die 4B und 5B ihre
entsprechenden transversalen Schnittansichten sind.
-
Die
in den 4A und 4B gezeigte
optische Faser ist so konfiguriert, dass ein Mantelbereich mit einem
Außendurchmesser
von 2b um einen Kernbereich 11 mit einem Außendurchmesser
von 2a ausgebildet ist. Der Kernbereich 11 ist
aus mit wenigstens Al, Ge und Er zusammen dotiertem Quarzglas hergestellt,
wohingegen der Mantelbereich 12 aus Quarzglas hergestellt
ist, der einen Brechungsindex hat, der niedriger als derjenige des
Kernbereichs 11 ist, und zu welchem wenigstens Er nicht
hinzugeführt
worden ist. Im Folgenden wird eine derartige Art von optischer Faser
zur optischen Verstärkung
gänzlich
dotierte EDF (mit Erbium dotierte optische Faser) genannt werden.
-
Die
in den 5A und 5B gezeigte
optische Faser unterscheidet sich von derjenigen, die oben angegeben
ist, diesbezüglich,
dass der Kernbereich 11 durch einen fluoreszierenden Bereich 11a im
axialen Zentrumsteil gebildet ist, der mit Er dotiert ist, und einen
transparenten Bereich 11b dort herum, der nicht mit Er
dotiert ist. Im Folgenden wird eine derartige Art von optischer
Faser zur optischen Verstärkung
teilweise dotierte EDF genannt werden.
-
Jede
der optischen Fasern zur optischen Verstärkung hat ein so genanntes
Si-(Stufenindex = Step Index)-Typ-Brechungsindexprofil, das in 6 gezeigt
ist. Die relative Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kernbereich 11 und
dem Mantelbereich 12 wird im Folgenden durch Δn dargestellt
werden.
-
Hier
ist der Kernbereich 11 (der fluoreszierende Bereich 11a,
wenn der Kernbereich 11 in den fluoreszierenden Bereich 11a und
den transparenten Bereich 11b aufgeteilt ist) mit Er mit
einer atomaren Konzentration von wenigstens 950 wt-ppm, aber weniger
als 3000 wt-ppm dotiert. Die atomare Al-Konzentration ist vorzugsweise
1 Gew.-% oder mehr, bevorzugter von 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% einschließlich. Weiterhin
ist der Modenfelddurchmesser optischen Faser 1 auf 5 μm oder mehr
eingestellt.
-
In
dem Fall, in welchem die Pumpwellenlänge einer Lichtquelle 2A oder 2B im
1,48-μm-Band
ist, ist es bevorzugt, dass die durchschnittliche atomare Er-Konzentration
im Kernbereich der optischen Faser 1 von 1000 wt-ppm bis
3000 wt-ppm, einschließlich,
ist und ihr Grenzwellenlänge λc von 1,2 μm bis 1,5 μm, einschließlich, eingestellt
ist.
-
In
dem Fall, in welchem die Pumpwellenlänge der Lichtquelle 2A oder 2B im
0,98-μm-Band
ist, ist es bevorzugt, dass die durchschnittliche atomare Er-Konzentration
im Kernbereich der optischen Faser von 1500 wt-ppm bis 3000 wt-ppm,
einschließlich,
ist und ihre Grenzwellenlänge λc von 0,8 μm bis 1,1 μm, einschließlich, eingestellt
ist.
-
Die
optische Faser 1 kann wie folgt hergestellt werden.
-
Zuerst
wird ein Verfahren zum Herstellen der gänzlich dotierten EDF erklärt werden,
die in den 4A und 4B gezeigt
ist. Ein Glasrohr, das aus reinem Quarzglas oder Silikaglas hergestellt
ist, das mit F, Cl und ähnlichem
dotiert ist, wird als Anfangsmaterialien vorbereitet. Quarzglas,
das mit Ge, P und ähnlichem
dotiert ist, wird im Innenraum des Anfangsrohrs durch eine MVCD-Technik
abgelagert, um einen porösen
Körper zu
bilden. Der so abgelagerte poröse
Körper
wird mit einer Lösung
imprägniert,
die Er und Al enthält.
Nach der Beendigung der Imprägnierung
wird das Lösungsmittel
durch Trocknen eliminiert, und dann wird der poröse Körper erhitzt, um transparent
und glasiert bzw. gesintert zu werden, um dadurch einen mit Er und
Al dotierten Bereich zu bilden. Die Ablagerung, die Imprägnierung,
das Trocknen und das Sintern von porösen Schichten wird wiederholt,
wie es erforderlich ist, um eine Mehrschichtenstruktur zu bilden,
um dadurch eine Faservorform herzustellen, die dann gezogen wird,
um eine erwünschte
gänzlich
dotierte EDF zu ergeben.
-
In
dem Fall der in den 5A und 5B gezeigten
teilweise dotierten EDF wird auf gleiche Weise ein Anfangsrohr bzw.
Startrohr vorbereitet, und dann wird mit Ge, P und ähnlichem
dotiertes Quarzglas anfangs innerhalb des Startrohrs durch eine
MVCD-Technik abgelagert, um eine transparente Quarzglasschicht zu
bilden. Darauf folgend werden wie bei der gänzlich dotierten EDF die Ablagerung,
die Imprägnierung,
das Trocknen und das Sintern von porösen Schichten wiederholt, um
eine Mehrschichtenstruktur zu bilden, um dadurch eine Faservorform
herzustellen, die dann gezogen wird, um eine erwünschte teilweise dotierte EDF
zu ergeben.
-
Die
Verstärkungscharakteristik
des optischen Faserverstärkers 10c eines
bidirektionalen Erregungssystems gemäß einem Beispiel, das nützlich zum
Verstehen der vorliegenden Erfindung ist, welches in 3 gezeigt
ist, wurde studiert. Für
die optische Faser 1 wurde eine gänzlich dotierte EDF mit charakteristischen Werten,
wie beispielsweise denjenigen, die in der Tabelle 1 aufgelistet
sind, verwendet. Eine 1,48-μm-Band-LD (Laserdiode)
wurde als die Pumplichtquelle 2A, 2b verwendet,
und eine Einstellung wurde so bewirkt, dass eine Populationsinversion
sich 40% nähert. 7 zeigt
die Ergebnisse einer Messung einer Verstärkungscharakteristik.
-
TABELLE
1: Charakteristische Werte für
EDF
-
Wie
es in 7 gezeigt ist, ist es bestätigt worden, dass eine optische
Verstärkung
mit der optischen Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung im Wesentlichen eine flache und vorteilhafte Verstärkungscharakteristik
in einem 1,58-μm-Band ergibt,
in welchem Signallicht eine Wellenlänge im Bereich von 1,57 bis
1,60 μm hat.
-
Als
Nächstes
werden Ergebnisse von Studien in Bezug auf die Beziehung zwischen
einer atomaren Er-Konzentration und einer Verstärkungscharakteristik erklärt werden.
Die folgende Erklärung
betrifft die Ergebnisse, die dann erhalten werden, wenn mehrere
Arten von EDF mit verschiedenen atomaren Er-Konzentrationen betrachtet werden. Wo
die Menge an dotiertem Al, die relative Brechungsindexdifferenz Δn, die Grenzwellenlänge λc und der
MFD auf jeweils 5-Gew.-%, 1,3%, 1,3 μm und 5,5 μm eingestellt wurden. Der Inversionspegel
wurde optimiert, um die Verstärkungseffizienz
im 1,58-μm-Band
mit einem Pumplicht im 1,48-μm-Band
mit dem optischen Faserverstärker
vom bidirektionalen Pumptyp zu maximieren, der in 3 gezeigt
ist.
-
Wie
es in 8 gezeigt ist, erreichte die Verstärkungseffizienz
ihr Maximum von 75%, wenn die atomare Er-Konzentration 1000 wt-ppm
in dem Fall war, in welchem die Verstärkungssignalverstärkung +10
dB war. Die Effizienz erniedrigte sich sowohl auf der höheren als
auch auf der Seite niedrigerer Konzentration, wobei das Ausmaß eines
Abfalls auf der Seite niedrigerer Konzentration größer wird.
Beispielsweise wurde eine Verstärkungseffizienz
von 60% oder höher
sicherbar, wenn die atomare Er-Konzentration im Bereich von 450 bis
2700 wt-ppm war. Die Verstärkungseffizienz
von 50% oder höher
wurde sicherbar, wenn die atomare Er-Konzentration im Bereich von 300 bis
3300 wt-ppm war. In dem Fall, im welchem die Verstärkungssignalverstärkung andererseits
+25 dB war, verschob sich die atomare Er-Konzentration, bei welcher die Verstärkungseffizienz
maximiert war, zu der Seite höherer
Konzentration im Vergleich mit dem Fall bei +10 dB, um etwa 1200
wt-ppm zu werden, und ihre maximale Verstärkungseffizienz wurde etwa
57%. In diesem Fall wurde eine Verstärkungseffizienz von 50% oder
höher sicherbar,
wenn die atomare Er-Konzentration im Bereich von 600 bis 2600 wt-ppm
war.
-
9 zeigt
die Beziehung zwischen der atomaren Er-Konzentration und eine Verstärkung pro
Einheitslänge
in dem Fall, in welchem die Verstärkungssignalverstärkung +10
dB ist. Während
die Verstärkung pro
Einheitslänge
grundsätzlich
größer wird,
wenn die atomare Er-Konzentration höher ist, wird ihre Rate einer Erhöhung ruhiger
bzw. langsamer, nachdem die atomare Konzentration 1000 wt-ppm übersteigt.
Es ist für
die atomare Er-Konzentration als nötig bestätigt worden, 950 wt-ppm oder
höher zu
sein, um eine Verstärkung
pro Einheitslänge
von 0,5 dB/m oder größer zu sichern.
-
Als
Nächstes
werden Ergebnisse von Studien in Bezug auf die Verstärkungscharakteristik
mit verschiedenen Al-Konzentrationen
und Er-Konzentrationen diskutiert werden. Hier wurde die Verstärkungscharakteristik
unter Verwendung des in 3 gezeigten bidirektionalen
Erregungssystems studiert, während
die relative Brechungsindexdifferenz Δn, die Grenzwellenlänge λc und die
MFD von EDF jeweils auf 1,3%, 1,3 μm und 5,5 μm eingestellt wurden. Die Pumpwellenlänge wurde
auf das 1,48-μm-Band
eingestellt, wohingegen das Eingangssignallicht auf +5 dB eingestellt
wurde.
-
Die 10 bis 12 zeigen
Beziehungen zwischen der durchschnittlichen Verstärkung im 1,58-μm-Band und
der Umwandlungseffizienz in de EDF mit verschiedenen atomaren Er-Konzentrationen. Diese
Figuren zeigen Beziehungen bei atomaren Al-Konzentrationen von jeweils
5,5 Gew.-%, 1,2 Gew.-% und 8,5 Gew.-%. 13 zeigt
Beziehungen zwischen der maximalen Umwandlungseffizienz und den
jeweiligen atomaren Konzentrationen von Al und Er. Hier ist der
maximale Wert einer Licht/optische Umwandlungseffizienz, der aus
den 10 bis 12 erhalten
wird, als maximale Umwandlungseffizienz definiert.
-
Wie
es in den 10 bis 12 gezeigt
ist, ist es bestätigt
worden, dass die maximale Umwandlungseffizienz kleiner wird, wenn
die Er-Konzentration höher
ist. Ebenso kann es aus der 13 gesehen
werden, dass in dem Fall, in welchem die Menge an hinzugefügtem Al
Null war, die maximale Umwandlungseffizienz dramatischer kleiner
wurde, wenn die Er-Konzentration
höher war.
Wenn die dotierte Menge an Al höher
war, verbesserte sich die maximale Umwandlungseffizienz im Bereich
hoher Konzentration von Er. In dem Fall, in welchem die Al-Konzentration
5,5 Gew.-% oder 8,5 Gew.-% war, wurde die maximale Umwandlungseffizienz von
60% selbst dann beibehalten, wenn die Er-Konzentration 3000 wt-ppm überstieg.
-
14 zeigt
eine Kurve von atomaren Er-Konzentrationen (auf der Seite höherer Konzentration)
bei welchen die Umwandlungseffizienz um 2,5% und 5% von der maximalen
Umwandlungseffizienz aus abfällt, die
bei einzelnen Al-Konzentrationen
ausgedruckt ist. In jedem Fall ist es herausgefunden worden, dass
die Er-Konzentrationen, wo die Effizienz wesentlich abfällt, identisch
werden und maximiert werden, wenn die atomare Al-Konzentration 5%
oder höher
ist. Daher kann dann, wenn die atomare Al-Konzentration auf 5 Gew.-% oder
höher eingestellt
ist, eine große
Menge von Er dort hinzugefügt
werden. Es wird angenommen, dass es aufgrund der Tatsache so ist,
dass die Existenz von Al-Atomen verhindern kann, dass sich Er-Atome
binden, um dadurch abzuhalten, dass die Effizienz aufgrund des Bindens
von Er-Ionen kleiner
wird.
-
Die
Erfinder haben herausgefunden, dass dann, wenn die Al-Konzentration 5 Gew.-%
oder höher
ist, die Verstärkung
pro Einheitslänge
G/L der optischen Faser zur optischen Verstärkung im 1,58-μm-Band ausgedrückt werden
kann durch: G/L =
hinzugefügte
Er-Konzentration[ppm] × Absorptionskoeffizient[dB/m/ppm] × Begrenzungskoeffizient × 0,033 (1)
-
Der
Absorptionskoeffizient in diesem Ausdruck ist ein Spitzenwert von
dem 1,53-μm-Band,
wohingegen 0,033 das Verstärkungsverhältnis bei
1,58 μm
darstellt.
-
15 ist
eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Grenzwellenlänge λc in der
optischen Faser zur optischen Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung
und dem Begrenzungskoeffizienten zeigt. Hier ist der Begrenzungskoeffizient
die Überlagerung
zwischen dem Modenfeld einer Signalwellenlänge und dem mit Er dotierten
Kernteil und ist ein Koeffizient, der durch den folgenden Ausdruck
definiert ist:
wobei
die optische Leistungsdichte bei dem Abstand von r von dem Kernzentrum
P(r) ist.
-
Wenn
die optische Verstärkung
durch Pumplicht durch Verwenden einer optischen Faser zur optischen Verstärkung ausgeführt wird,
wird Pumplicht in einem Band nahe der Grenzwellenlänge λc verwendet.
Beispielsweise wird dann, wenn eine optische Verstärkung mit
Pumplicht im 1,48-μm-Band
ausgeführt
wird, eine EDF, deren Grenzwellenlänge λc in der Nähe von 1,2 bis 1,5 μm ist, als
die optische Faser zur optischen Verstärkung verwendet. In diesem
Fall erreicht der Begrenzungskoeffizient 0,8 oder höher, wie
es aus 15 gesehen werden kann. Da andererseits
der Absorptionskoeffizient 0,025 dB/m/ppm ist, damit die G/L 0,5
dB/m wird, wird es ausreichend sein, wenn Er um 750 wt-ppm oder
mehr hinzugefügt
wird. Bevorzugter ist die Konzentration von hinzugefügtem Er
1000 wt-ppm oder höher.
Vom Standpunkt eines Löschens
einer Konzentration aus ist die Konzentration von hinzugefügtem Er
vorzugsweise nicht höher
als 3000 wt-ppm.
-
Wenn
eine optische Verstärkung
durch Pumplicht im 0,98-μm-Band ausgeführt wird,
wird eine EDF mit einer Grenzwellenlänge λc in der Nähe von 0,8 bis 1,1 μm als die
optische Faser zur optischen Verstärkung verwendet. In diesem
Fall fällt
der Begrenzungskoeffizient in den Bereich von 0,4 bis 0,7 in einer
Ansicht der 15. Ebenso wird bei einer bevorzugteren
Grenzwellenlänge λc von 0,98 μm oder kürzer der
Begrenzungskoeffizient 0,5 oder weniger. Beispielsweise unter der
Annahme, dass eine EDF eine Grenzwellenlänge λc von 0,9 μm hat, würde ihr Begrenzungskoeffizient
etwa 0,5 in einer Ansicht von 15 sein.
Hier kann es aus dem Ausdruck (1) gesehen werden, dass es, damit
die G/L 0,5 dB/m wird, ausreichend sein wird, wenn die Konzentration
von hinzugefügtem
Er 1200 wt-ppm ist. Selbst wenn der Begrenzungskoeffizient bei seinem
minimalen Wert von 0,4 ist, ist die Er-Konzentration von 1500 wt-ppm
oder höher
ausreichend. Von dem Standpunkt einer Löschung einer Konzentration
aus ist es gleichermaßen
bevorzugt, dass die Konzentration von hinzugefügtem Er 3000 wt-ppm oder weniger
ist.
-
Wenn
MFD klein ist, dann ist es wahrscheinlich, dass die Signalwellenform
durch eine Eigenphasenmodulation deformiert wird, wenn der Dispersionswert
einer Faser von Null abweicht. Wenn der Dispersionswert einer Faser
nahe Null ist, gibt es gegensätzlich
dazu eine Möglichkeit,
dass nichtlineare Effekte, wie beispielsweise eine Mischung von
vier Wellen, auftreten können,
um dadurch ein Übersprechen
zwischen WDM-Signalen
zu erzeugen. Zum Reduzieren einer derartigen Eigenphasenmodulation
und von nichtlinearen Effekten ist es vorzuziehen, dass der MFD
auf größer eingestellt
wird. Weiterhin ist es dann, wenn der MFD klein ist, nachteilig diesbezüglich, dass
der Kopplungsverlust bei ihrer Anschlussstelle in Bezug auf eine
andere Faser größer wird.
-
16 ist
eine Kurve, die den Kopplungsverlust ausdruckt, wenn eine EDF gemäß der vorliegenden Erfindung
durch ein Schmelzen zu einer Monomodefaser gespleißt wird
(Δn = 3,5%, λc = 1,25 μm und MFD
= 10,2 μm
bei einer Wellenlänge
von 1,55 μm),
und zwar in Bezug auf den MFD der EDF. Ein MFD von 5 μm oder größer ist
als bevorzugt zum Unterdrücken
des Kopplungsverlustes auf 0,2 dB/Punkt oder weniger gefunden worden,
was als vorteilhafte Charakteristik angesehen wird.
-
Aus
der so beschriebenen Erfindung wird es offensichtlich werden, dass
die Erfindung auf viele Arten verändert werden kann. Solche Variationen
sind nicht als Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung anzusehen,
und alle derartigen Modifikationen, wie sie einem Fachmann auf dem
Gebiet offensichtlich sein würden,
sollen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche enthalten
sein.
-
Industrielle
Anwendbarkeit
-
Die
optische Faser zur optischen Verstärkung und der optische Verstärker unter
Verwendung dieser optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung
werden auf geeignete Weise auf ein Verstärken von Signallicht im Wellenlängenband
von 1,58 μm
angewendet, und spezieller werden sie geeignet auf ein gleichzeitiges
Verstärken
von WDM-Signallichtern angewendet.
