JP2555247B2 - 光ファイバー増幅装置 - Google Patents
光ファイバー増幅装置Info
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/026—Optical bistable devices based on laser effects
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/293—Signal power control
- H04B10/294—Signal power control in a multiwavelength system, e.g. gain equalisation
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- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光ファイバー増幅器に
関し、特に利得を意図的に変化させることができる光フ
ァイバー増幅器に関する。
関し、特に利得を意図的に変化させることができる光フ
ァイバー増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】低損失の光ファイバーを作製するため
の、１９７０年代における経済的な製法の発展によっ
て、情報の管理及び移動に大きなインパクトを与える光
通信の分野が開かれた。初期にはそれらの努力が伝送の
領域に注がれた。これらの初期の努力においては、光フ
ァイバーが他の電子基質の間に挿し挟まれる広帯域伝送
媒体として使用された。従って、情報を表わす電気信号
は伝送に際して光信号に変換され、それから受信端にお
いて更に処理を進めるために電気信号に戻す変換が行な
われた。しかし、単に光信号の形で伝送する代わりに、
もし信号を同様に光信号の形ちで処理することができれ
ば最大の節約が得られるであろうことが常に実感されて
いた。従って、光スイッチングや光コンピューティング
のための技術の発展が続いている。しかし、伝送分野を
越えて光通信分野が分岐した最初の領域の中では、光増
幅の分野がある。
の、１９７０年代における経済的な製法の発展によっ
て、情報の管理及び移動に大きなインパクトを与える光
通信の分野が開かれた。初期にはそれらの努力が伝送の
領域に注がれた。これらの初期の努力においては、光フ
ァイバーが他の電子基質の間に挿し挟まれる広帯域伝送
媒体として使用された。従って、情報を表わす電気信号
は伝送に際して光信号に変換され、それから受信端にお
いて更に処理を進めるために電気信号に戻す変換が行な
われた。しかし、単に光信号の形で伝送する代わりに、
もし信号を同様に光信号の形ちで処理することができれ
ば最大の節約が得られるであろうことが常に実感されて
いた。従って、光スイッチングや光コンピューティング
のための技術の発展が続いている。しかし、伝送分野を
越えて光通信分野が分岐した最初の領域の中では、光増
幅の分野がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】今までは、増幅及び再
生には光信号を電気信号の形ちに変換することが必要で
あった。しかし、最近の商業的に生育しうる光増幅器
は、主としてエルビューム・ドープ光増幅器を使用して
製造されている。このような増幅作用を持つ光ファイバ
ーは、ノイズが低く、帯域が比較的に大きくて偏光に依
存せず、クロス・トークが少なく、挿入損失が低く、且
つ、比較的に安価に製造できる性質を示す。このような
増幅作用を持つ光ファイバーは、伝送光ファイバーへ横
断的に結合することができ、且つ、方向性カプラーを介
してレーザ・ダイオード・ポンプへ横断的に結合するこ
とができる。しかし、その利得は、飽和効果により望ま
しくない変動を示すことがある。
生には光信号を電気信号の形ちに変換することが必要で
あった。しかし、最近の商業的に生育しうる光増幅器
は、主としてエルビューム・ドープ光増幅器を使用して
製造されている。このような増幅作用を持つ光ファイバ
ーは、ノイズが低く、帯域が比較的に大きくて偏光に依
存せず、クロス・トークが少なく、挿入損失が低く、且
つ、比較的に安価に製造できる性質を示す。このような
増幅作用を持つ光ファイバーは、伝送光ファイバーへ横
断的に結合することができ、且つ、方向性カプラーを介
してレーザ・ダイオード・ポンプへ横断的に結合するこ
とができる。しかし、その利得は、飽和効果により望ま
しくない変動を示すことがある。
【０００４】最近、電気光学フィードバック・ループが
この利得変動を減少するために使用されている（１９９
１年４月にメリーランド州バルチモア市で開催されたＣ
ＬＥＯ９１における、イー・デサーヴィア（Ｅ．Ｄｅｓ
ｕａｖｉｒｅ）氏らの報告書、Ｐａｐｅｒ・ＣＴｈＪ３
参照）。その上、全体を光素子で構成した光フィードバ
ック・ループを用いた、更に改良された利得安定化技術
が報告されている（１９９１年３月２８日に発行された
「エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）」誌、第２７巻、第７号の５６０
頁に記載されている、エム・ザーンジブル（Ｍ．Ｚｉｒ
ｎｇｉｂｌ）氏の論文参照）。しかし、増幅に伴うそれ
と直接関連する励起状態が非常に長い寿命を持つため
に、例えばパケット交換で必要となる高速の利得切り替
えが達成し難いと思われる。それにもかかわらず、トラ
ヒック・フローを管理するためには、未だ低速の利得切
り替え技術が実業上利益があるかも知れない。
この利得変動を減少するために使用されている（１９９
１年４月にメリーランド州バルチモア市で開催されたＣ
ＬＥＯ９１における、イー・デサーヴィア（Ｅ．Ｄｅｓ
ｕａｖｉｒｅ）氏らの報告書、Ｐａｐｅｒ・ＣＴｈＪ３
参照）。その上、全体を光素子で構成した光フィードバ
ック・ループを用いた、更に改良された利得安定化技術
が報告されている（１９９１年３月２８日に発行された
「エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）」誌、第２７巻、第７号の５６０
頁に記載されている、エム・ザーンジブル（Ｍ．Ｚｉｒ
ｎｇｉｂｌ）氏の論文参照）。しかし、増幅に伴うそれ
と直接関連する励起状態が非常に長い寿命を持つため
に、例えばパケット交換で必要となる高速の利得切り替
えが達成し難いと思われる。それにもかかわらず、トラ
ヒック・フローを管理するためには、未だ低速の利得切
り替え技術が実業上利益があるかも知れない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、遠隔的に利得
切り替えを行なうことができる、全体が光素子で構成さ
れた利得切り替え可能な光ファイバー増幅器を提供す
る。本発明の一実施例では、フィードバック・ループが
光ファイバー増幅器の出力ポートと入力ポートとの間に
接続される。損失性非線形媒体がこのフィードバック・
ループ中に配置される。
切り替えを行なうことができる、全体が光素子で構成さ
れた利得切り替え可能な光ファイバー増幅器を提供す
る。本発明の一実施例では、フィードバック・ループが
光ファイバー増幅器の出力ポートと入力ポートとの間に
接続される。損失性非線形媒体がこのフィードバック・
ループ中に配置される。
【０００６】
【作用】このように接続されていることにより、本発明
によれば、上記光ファイバー増幅器と光フィードバック
・ループとの系が複数の安定利得動作状態を持つ。この
系は、増幅器に適当な波長とパワーを持つ光エネルギー
を注入することによって、或る状態から他の状態へ切り
替えることができる。具体的な実施例では、光ファイバ
ー増幅器及び非直線媒体の両方或いは一方がエルビュー
ム・ドープ光ファイバーを有する。
によれば、上記光ファイバー増幅器と光フィードバック
・ループとの系が複数の安定利得動作状態を持つ。この
系は、増幅器に適当な波長とパワーを持つ光エネルギー
を注入することによって、或る状態から他の状態へ切り
替えることができる。具体的な実施例では、光ファイバ
ー増幅器及び非直線媒体の両方或いは一方がエルビュー
ム・ドープ光ファイバーを有する。
【０００７】
【実施例】本発明は、増幅器の入力ポートとその増幅器
の出力ポートとの間に接続されたフィードバック・ルー
プを持つ光ファイバー増幅器に関わる。このフィードバ
ック・ループ中の損失性非線形媒体によって、前記光フ
ァイバー増幅器と光フィードバック・ループとの系に関
連する、１より大きい有限数（複数）の安定利得動作状
態が得られる。（本発明の目的で、非直線媒体なる用語
は、その伝送特性がこの媒体中の光信号のパワーによっ
て非直線的に変化する材料を意味するものとみなされ
る。）
の出力ポートとの間に接続されたフィードバック・ルー
プを持つ光ファイバー増幅器に関わる。このフィードバ
ック・ループ中の損失性非線形媒体によって、前記光フ
ァイバー増幅器と光フィードバック・ループとの系に関
連する、１より大きい有限数（複数）の安定利得動作状
態が得られる。（本発明の目的で、非直線媒体なる用語
は、その伝送特性がこの媒体中の光信号のパワーによっ
て非直線的に変化する材料を意味するものとみなされ
る。）
【０００８】本発明の光ファイバー増幅器の基本的原則
は、先ず基本の光ファイバー増幅器と利得安定化光ファ
イバー増幅器の双方を検討することによってより容易に
理解できると思われれる。図１は、光ファイバー増幅器
１０を模式的に示す図である。このような増幅器は現在
この分野で周知であり、例えば、利得性媒体として作用
するエルビュームがドーピングされた二酸化珪素を基体
とする光ファイバーを有する。このエルビュームがドー
ピングされた利得性媒体が、例えば光ポンピングによっ
て適切にポンピングされると、それらの状態の分布が反
転される。このような情況では、適当な波長信号の光エ
ネルギーが光ファイバー１１によってこの増幅器へ供給
されたとき、増幅され光ファイバー１２を介して出力す
る。しかし、この増幅器の利得は入力された光信号のパ
ワーに関して一定ではなく、入力パワーが増加すると、
その利得性媒体が飽和してその利得が低下する。明らか
に、この利得変化は望ましくない。
は、先ず基本の光ファイバー増幅器と利得安定化光ファ
イバー増幅器の双方を検討することによってより容易に
理解できると思われれる。図１は、光ファイバー増幅器
１０を模式的に示す図である。このような増幅器は現在
この分野で周知であり、例えば、利得性媒体として作用
するエルビュームがドーピングされた二酸化珪素を基体
とする光ファイバーを有する。このエルビュームがドー
ピングされた利得性媒体が、例えば光ポンピングによっ
て適切にポンピングされると、それらの状態の分布が反
転される。このような情況では、適当な波長信号の光エ
ネルギーが光ファイバー１１によってこの増幅器へ供給
されたとき、増幅され光ファイバー１２を介して出力す
る。しかし、この増幅器の利得は入力された光信号のパ
ワーに関して一定ではなく、入力パワーが増加すると、
その利得性媒体が飽和してその利得が低下する。明らか
に、この利得変化は望ましくない。
【０００９】最近、光ファイバー増幅器の利得特性を安
定化するための、全体を光素子で構成する技術が開示さ
れた（１９９１年３月２８日に発行された「エレクトロ
ニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ）」誌、第２７巻、第７号の５６０頁に記載され
ている、エム・ザーンジブル（Ｍ．Ｚｉｒｎｇｉｂｌ）
氏の論文参照）。この技術は図３に模式的に示されてお
り、光ファイバー増幅器２４の入力ポートと出力ポート
との間に光フィードバック・ループ２１を使用すること
に関わっている。適当な波長で損失を示す媒体２５がこ
のフィードバック・ループ中に挿入されている。出力パ
ワーの幾らかが、特定の波長で、このフィードバック・
ループに分流される。
定化するための、全体を光素子で構成する技術が開示さ
れた（１９９１年３月２８日に発行された「エレクトロ
ニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ）」誌、第２７巻、第７号の５６０頁に記載され
ている、エム・ザーンジブル（Ｍ．Ｚｉｒｎｇｉｂｌ）
氏の論文参照）。この技術は図３に模式的に示されてお
り、光ファイバー増幅器２４の入力ポートと出力ポート
との間に光フィードバック・ループ２１を使用すること
に関わっている。適当な波長で損失を示す媒体２５がこ
のフィードバック・ループ中に挿入されている。出力パ
ワーの幾らかが、特定の波長で、このフィードバック・
ループに分流される。
【００１０】図４に、この増幅器の利得飽和曲線及び媒
体２５の損失特性が模式的に示されている。もし媒体２
５の損失Ｌが増幅器の利得Ｇより大きい場合、即ち、Ｇ
＜Ｌである場合には、この増幅器はその利得を補償す
ることができず、フィードバック・ループ中のパワーが
減少する。従って、図４の中で上向きの矢印によって示
されているように、フィードバック・ループ中のパワー
が減少すると、利得が増加する。他方、もし媒体２５に
関連する損失Ｌが利得Ｇより小さい場合、即ち、Ｇ ＞
Ｌである場合には、増幅器はフィードバック・ループ中
の損失を十二分に補償し、フィードバック・ループ中の
パワーが増加する。図４の中で下向きの矢印によって示
されているように、この増加によって利得の低下が起き
る。この発見的分析により、もしＧ ＜ Ｌであれば利得
が増加し、もしＧ ＞ Ｌであれば利得が低下することが
分かる。従って、安定動作点は、利得Ｇが損失Ｌと等し
い（Ｇ ＝ Ｌ）ときだけである。従って、図３の光ファ
イバー増幅器によって利得安定化光ファイバー増幅器が
得られる。
体２５の損失特性が模式的に示されている。もし媒体２
５の損失Ｌが増幅器の利得Ｇより大きい場合、即ち、Ｇ
＜Ｌである場合には、この増幅器はその利得を補償す
ることができず、フィードバック・ループ中のパワーが
減少する。従って、図４の中で上向きの矢印によって示
されているように、フィードバック・ループ中のパワー
が減少すると、利得が増加する。他方、もし媒体２５に
関連する損失Ｌが利得Ｇより小さい場合、即ち、Ｇ ＞
Ｌである場合には、増幅器はフィードバック・ループ中
の損失を十二分に補償し、フィードバック・ループ中の
パワーが増加する。図４の中で下向きの矢印によって示
されているように、この増加によって利得の低下が起き
る。この発見的分析により、もしＧ ＜ Ｌであれば利得
が増加し、もしＧ ＞ Ｌであれば利得が低下することが
分かる。従って、安定動作点は、利得Ｇが損失Ｌと等し
い（Ｇ ＝ Ｌ）ときだけである。従って、図３の光ファ
イバー増幅器によって利得安定化光ファイバー増幅器が
得られる。
【００１１】本発明の利得切り替え可能な光ファイバー
増幅器は、図５に模式的に示されている。この図５にお
いて、５０は光ファイバー増幅器であり、５１は一例と
して光ファイバーによる入力ポートであり、５２は一例
として光ファイバーによる出力ポートであり、５３はフ
ィードバック・ループであり、５４は損失性非線形媒体
である。（本発明におけるフィードバック・ループは、
概ね光ファイバーとして表わされているが、具体的な実
施例ではフィードバック・ループは少なくとも出力の一
部を入力へ戻すのに適当な構造であればどのようなもの
であってもよいことが理解できるであろう。従って、
「フィードバック・ループ」なる用語には、それが本発
明で用いられるときには、例えば線形空洞を形成する適
当な反射器が同様に包含される。この分野の技術者であ
れば、光ファイバー・フィードバック・ループが、多く
の人が「リング・キャビティー」と呼んでいるものを形
成していることを理解できると思われる。） 非直線媒
体は均等的に拡張される。（本発明の目的では、単に部
分的に等質的に拡張されている媒体をも、等質的に拡張
されているものとして言及される。）
増幅器は、図５に模式的に示されている。この図５にお
いて、５０は光ファイバー増幅器であり、５１は一例と
して光ファイバーによる入力ポートであり、５２は一例
として光ファイバーによる出力ポートであり、５３はフ
ィードバック・ループであり、５４は損失性非線形媒体
である。（本発明におけるフィードバック・ループは、
概ね光ファイバーとして表わされているが、具体的な実
施例ではフィードバック・ループは少なくとも出力の一
部を入力へ戻すのに適当な構造であればどのようなもの
であってもよいことが理解できるであろう。従って、
「フィードバック・ループ」なる用語には、それが本発
明で用いられるときには、例えば線形空洞を形成する適
当な反射器が同様に包含される。この分野の技術者であ
れば、光ファイバー・フィードバック・ループが、多く
の人が「リング・キャビティー」と呼んでいるものを形
成していることを理解できると思われる。） 非直線媒
体は均等的に拡張される。（本発明の目的では、単に部
分的に等質的に拡張されている媒体をも、等質的に拡張
されているものとして言及される。）
【００１２】図６は、光ファイバー増幅器５０及び損失
性非線形媒体５４の光学特性を模式的に表わしている。
この図６において、６２は光ファイバー増幅器５０に関
連する利得飽和曲線であり、６１は損失性非線形媒体５
４の特性を表わしている。図４の場合のように、Ｇ ＜
Ｌである部分では利得が増加する傾向を示し、Ｇ ＞Ｌ
である部分では利得が低下する傾向を示す。従って、図
４に関連して分析された分析に従えば、図６には単に二
つの安定な動作点が存在する。これらの動作点は６３と
６４で表わされている。
性非線形媒体５４の光学特性を模式的に表わしている。
この図６において、６２は光ファイバー増幅器５０に関
連する利得飽和曲線であり、６１は損失性非線形媒体５
４の特性を表わしている。図４の場合のように、Ｇ ＜
Ｌである部分では利得が増加する傾向を示し、Ｇ ＞Ｌ
である部分では利得が低下する傾向を示す。従って、図
４に関連して分析された分析に従えば、図６には単に二
つの安定な動作点が存在する。これらの動作点は６３と
６４で表わされている。
【００１３】最初、図５の光ファイバー増幅器は動作点
６３で動作する。フィードバック波長での入力パワーが
増加するにつれて、この系は動作点６４へ移動する。動
作点６５ではこの系がその不安定性特性によって自動的
に動作点６４へ移動するので、入力パワーは単に系が動
作点６５へ移動するのに十分な大きさであればよい。動
作点６５から動作点６４へ移動するために更に必要とさ
れるパワーは、光ファイバー増幅器５０の増幅特性の結
果として得られる。
６３で動作する。フィードバック波長での入力パワーが
増加するにつれて、この系は動作点６４へ移動する。動
作点６５ではこの系がその不安定性特性によって自動的
に動作点６４へ移動するので、入力パワーは単に系が動
作点６５へ移動するのに十分な大きさであればよい。動
作点６５から動作点６４へ移動するために更に必要とさ
れるパワーは、光ファイバー増幅器５０の増幅特性の結
果として得られる。
【００１４】いったん、この系が動作点６４にあれば、
利得は、フィードバック・ループのために選択された波
長とは異なる波長を持ち、利得曲線が利得飽和曲線６２
から例えば利得飽和曲線６６へ十分に変化するように増
幅器を飽和させる信号を印加することによって、動作点
６３へ戻るように切り替えることができる。もし利得曲
線が、利得飽和曲線６２の代わりに明らかに利得飽和曲
線６６によって表わされている場合には、その損失曲線
は依然として損失性非線形媒体５４の特性曲線６１によ
って表わされ、利得Ｇは常に損失Ｌよりも小さい。もし
利得Ｇが常に損失Ｌよりも小さい場合には、フィードバ
ック・ループ中のパワーは零でなければならず、６７が
単一の安定な動作点である。もし、いったんこの系が動
作点６７へ移動すると、その飽和パワーが除去され、こ
の系は動作点６３で動作し、且つ、この動作点６３へは
動作点６４から動作点６７を経由して切り替えられるこ
とになる。
利得は、フィードバック・ループのために選択された波
長とは異なる波長を持ち、利得曲線が利得飽和曲線６２
から例えば利得飽和曲線６６へ十分に変化するように増
幅器を飽和させる信号を印加することによって、動作点
６３へ戻るように切り替えることができる。もし利得曲
線が、利得飽和曲線６２の代わりに明らかに利得飽和曲
線６６によって表わされている場合には、その損失曲線
は依然として損失性非線形媒体５４の特性曲線６１によ
って表わされ、利得Ｇは常に損失Ｌよりも小さい。もし
利得Ｇが常に損失Ｌよりも小さい場合には、フィードバ
ック・ループ中のパワーは零でなければならず、６７が
単一の安定な動作点である。もし、いったんこの系が動
作点６７へ移動すると、その飽和パワーが除去され、こ
の系は動作点６３で動作し、且つ、この動作点６３へは
動作点６４から動作点６７を経由して切り替えられるこ
とになる。
【００１５】この点に関する本発明の論考は極めて一般
的なものであることが認められるべきである。実際に
は、本発明の光ファイバー増幅器は、本発明を実施する
ために必須なものではないが、実施される特定実施例に
よっては有益なものとなる付加エレメントを包含するこ
とができる。従って、例えば、種々のアイソレーター及
び干渉フィルターを、フィードバック・ループ中に使用
し、光ファイバー増幅器のその部分に伝送される波長を
判定することができる。更に、増幅器及び損失性媒体の
両方または一方が、エルビュームがドーピングされた二
酸化珪素を基体とする光ファイバーを有することができ
る。フィードバック・ループと、入力ポート及び出力ポ
ートの両方または一方との間の結合は、周知の波長選択
カプラーによるものであることができる。同様に、増幅
器の動作に必要なポンピング放射線は、適当な波長選択
カプラーによって増幅器中に印加することができる。こ
の系を或る安定な利得の動作点から他の安定な利得の動
作点へ切り替えるために必要なポンピング放射線は、増
幅されている信号と一緒にその増幅器に印加することが
できる。勿論、その増幅器自体は、大概、適当な光ファ
イバー及びコネクターを介して一例として伝送システム
の他のエレメントへ接続することができる。
的なものであることが認められるべきである。実際に
は、本発明の光ファイバー増幅器は、本発明を実施する
ために必須なものではないが、実施される特定実施例に
よっては有益なものとなる付加エレメントを包含するこ
とができる。従って、例えば、種々のアイソレーター及
び干渉フィルターを、フィードバック・ループ中に使用
し、光ファイバー増幅器のその部分に伝送される波長を
判定することができる。更に、増幅器及び損失性媒体の
両方または一方が、エルビュームがドーピングされた二
酸化珪素を基体とする光ファイバーを有することができ
る。フィードバック・ループと、入力ポート及び出力ポ
ートの両方または一方との間の結合は、周知の波長選択
カプラーによるものであることができる。同様に、増幅
器の動作に必要なポンピング放射線は、適当な波長選択
カプラーによって増幅器中に印加することができる。こ
の系を或る安定な利得の動作点から他の安定な利得の動
作点へ切り替えるために必要なポンピング放射線は、増
幅されている信号と一緒にその増幅器に印加することが
できる。勿論、その増幅器自体は、大概、適当な光ファ
イバー及びコネクターを介して一例として伝送システム
の他のエレメントへ接続することができる。
【００１６】図７は、本発明の具体的な実施例を示す図
である。図７中、エルビューム・ドープ光ファイバー
（ＥＤＦＡ）７８は、３４ｄＢの小信号ピーク利得を持
つ１９．５ｍのＡｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：ＳｉＯ2・光ファイ
バーで構成されている。ポンピング放射線が、波長選択
カプラー（ＷＳＣ）７１により、１．４８μｍの波長で
増幅器に印加される。ＥＤＦＡ７８の出力が、先ず単離
され、続いて波長非依存性の３ｄＢカプラー（ＷＩＣ）
７２によって出力分岐へ流れる成分とフィードバック分
岐経流れる成分とに分岐される。フィードバック・ルー
プでは、１．２ｎｍの波長で３ｄＢの帯域幅を持ち、１
５６０ｎｍの波長に同調された干渉フィルター７３がビ
ーム・エキスパンダー中に挿入される。
である。図７中、エルビューム・ドープ光ファイバー
（ＥＤＦＡ）７８は、３４ｄＢの小信号ピーク利得を持
つ１９．５ｍのＡｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：ＳｉＯ2・光ファイ
バーで構成されている。ポンピング放射線が、波長選択
カプラー（ＷＳＣ）７１により、１．４８μｍの波長で
増幅器に印加される。ＥＤＦＡ７８の出力が、先ず単離
され、続いて波長非依存性の３ｄＢカプラー（ＷＩＣ）
７２によって出力分岐へ流れる成分とフィードバック分
岐経流れる成分とに分岐される。フィードバック・ルー
プでは、１．２ｎｍの波長で３ｄＢの帯域幅を持ち、１
５６０ｎｍの波長に同調された干渉フィルター７３がビ
ーム・エキスパンダー中に挿入される。
【００１７】飽和性吸収体７４は、１５６０ｎｍの波長
における小信号吸収係数が５ｄＢ／ｍの測定値を持つ、
４ｍの長さの第二のＡｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：ＳｉＯ2・エル
ビューム・ドープ光ファイバーで構成されている。アイ
ソレーター７５は、逆方向の増幅器自然放出（ＡＳＥ）
がフィードバック・ループ中に入り込むのを防止してい
る。二つの信号チャネル７６は、波長非依存性３ｄＢカ
プラー７７中で非線形フィードバック・ループ（ＮＦ
Ｌ）信号と多重化され、且つ、波長選択カプラー（ＷＳ
Ｃ）７１を介してＥＤＦＡ７８へ入力される。それら信
号チャネル７６のエネルギー源は、１５６０ｎｍのフィ
ードバック波長に正確に同調された狭帯域光ファイバー
・レーザー（ＦＬ）及び約１５３５ｎｍの波長を中心と
する周波数スペクトルを持つファブリー・ペロー・レー
ザー・ダイオード（ＦＰ）である。
における小信号吸収係数が５ｄＢ／ｍの測定値を持つ、
４ｍの長さの第二のＡｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：ＳｉＯ2・エル
ビューム・ドープ光ファイバーで構成されている。アイ
ソレーター７５は、逆方向の増幅器自然放出（ＡＳＥ）
がフィードバック・ループ中に入り込むのを防止してい
る。二つの信号チャネル７６は、波長非依存性３ｄＢカ
プラー７７中で非線形フィードバック・ループ（ＮＦ
Ｌ）信号と多重化され、且つ、波長選択カプラー（ＷＳ
Ｃ）７１を介してＥＤＦＡ７８へ入力される。それら信
号チャネル７６のエネルギー源は、１５６０ｎｍのフィ
ードバック波長に正確に同調された狭帯域光ファイバー
・レーザー（ＦＬ）及び約１５３５ｎｍの波長を中心と
する周波数スペクトルを持つファブリー・ペロー・レー
ザー・ダイオード（ＦＰ）である。
【００１８】このスイッチング機構の動的作用は、上記
二つの信号チャネル７６をビーム・エキスパンダー中で
同時にチョッピングすることによってチェックされる。
ＥＤＦＡ７８の出力は、光スペクトル・アナライザー
（ＳＰＥＣＴＲＯ）７９によってモニターされる。第二
の出力分岐は、ビーム・エキスパンダー８０中でフィル
ターされ、且つ、ＰASEにおいてゲルマニューム・フォ
ト・ディテクター８１によって検出される。同様に、Ｐ
sigにおいてフォト・ディテクター８２が信号パワーを
モニターし、且つ、Ｐinにおいてフォト・ディテクター
８３がＥＤＦＡ入力をモニターするために使用される。
二つの信号チャネル７６をビーム・エキスパンダー中で
同時にチョッピングすることによってチェックされる。
ＥＤＦＡ７８の出力は、光スペクトル・アナライザー
（ＳＰＥＣＴＲＯ）７９によってモニターされる。第二
の出力分岐は、ビーム・エキスパンダー８０中でフィル
ターされ、且つ、ＰASEにおいてゲルマニューム・フォ
ト・ディテクター８１によって検出される。同様に、Ｐ
sigにおいてフォト・ディテクター８２が信号パワーを
モニターし、且つ、Ｐinにおいてフォト・ディテクター
８３がＥＤＦＡ入力をモニターするために使用される。
【００１９】図８は、上記ＥＤＦＡとＮＦＬとで構成さ
れている双安定系の、二つの安定状態に対応する出力ス
ペクトルを表わす図である。上記ポンピングが最初に作
動されるとき、この系はレーザー動作を自動スタートせ
ず、且つ、この場合に対する出力スペクトルが図８中の
上側の曲線９０によって与えられる。この系は、上記光
ファイバー・レーザーから１５６０ｎｍの波長で（Ｐin
フォト・ディテクター８３で測定されたとき）、−２４
ｄＢｍのｃｗ（連続発振）パワーを注入することによっ
てレーザー動作作動状態に切り替えられ、この信号が除
かれた後もレーザー動作が持続する。この場合の出力ス
ペクトルが、図８中の下側の曲線９２によって表わされ
ている。このレーザー動作の作動により、１５３０ｎｍ
のピーク放出波長において約２２ｄＢだけ上記ＡＳＥが
飽和される。（Ｐinフォト・ディテクター８３で測定さ
れたときの）フィードバック・ループ中のパワーは−８
ｄＢｍであった。レーザー動作停止状態へ戻るスイッチ
ングは、１５３５ｎｍの波長のレーザー・ダイオードか
ら（Ｐinにおいてフォト・ディテクター８３で測定され
たとき）、−８．５ｄＢｍのパワーを注入することによ
って達成される。上記二つの状態の間のＡＳＥ差は、自
然放出が光ファイバーの全長に渡り分散して発生するた
めに、小信号利得差と正確に一致することができない。
従って、本発明者は、リング・レーザー動作を作動状態
にした後で、上記ＦＬを１５３０ｎｍの波長へ転じるこ
とにより、この１５３０ｎｍの波長での小信号利得差を
調査した。その結果、二つの双安定状態の間には、２６
ｄＢの正味の小信号利得差が見い出された。
れている双安定系の、二つの安定状態に対応する出力ス
ペクトルを表わす図である。上記ポンピングが最初に作
動されるとき、この系はレーザー動作を自動スタートせ
ず、且つ、この場合に対する出力スペクトルが図８中の
上側の曲線９０によって与えられる。この系は、上記光
ファイバー・レーザーから１５６０ｎｍの波長で（Ｐin
フォト・ディテクター８３で測定されたとき）、−２４
ｄＢｍのｃｗ（連続発振）パワーを注入することによっ
てレーザー動作作動状態に切り替えられ、この信号が除
かれた後もレーザー動作が持続する。この場合の出力ス
ペクトルが、図８中の下側の曲線９２によって表わされ
ている。このレーザー動作の作動により、１５３０ｎｍ
のピーク放出波長において約２２ｄＢだけ上記ＡＳＥが
飽和される。（Ｐinフォト・ディテクター８３で測定さ
れたときの）フィードバック・ループ中のパワーは−８
ｄＢｍであった。レーザー動作停止状態へ戻るスイッチ
ングは、１５３５ｎｍの波長のレーザー・ダイオードか
ら（Ｐinにおいてフォト・ディテクター８３で測定され
たとき）、−８．５ｄＢｍのパワーを注入することによ
って達成される。上記二つの状態の間のＡＳＥ差は、自
然放出が光ファイバーの全長に渡り分散して発生するた
めに、小信号利得差と正確に一致することができない。
従って、本発明者は、リング・レーザー動作を作動状態
にした後で、上記ＦＬを１５３０ｎｍの波長へ転じるこ
とにより、この１５３０ｎｍの波長での小信号利得差を
調査した。その結果、二つの双安定状態の間には、２６
ｄＢの正味の小信号利得差が見い出された。
【００２０】このスイッチング機構の動的作用の検査
を、チョッパーを使用して上記スイッチング信号を選択
的に注入することにより行なった。出力干渉フィルター
（ＩＦ）８０を１５３０ｎｍの波長に同調した結果、
１．２ｎｍの帯域のＡＳＥピーク・パワーがゲルマニュ
ーム・フォト・ディテクター８１によってモニターされ
た。図９中の上側の曲線はＰsigにおいてゲルマニュー
ム・フォト・ディテクター８２で検出された二つの交番
入力信号を表わし、下側の曲線は上記ＡＳＥの時間的進
展を表わしている。予期されたように、Ｅｒ3+の長い4
Ｉ13/2寿命により、１０乃至５０ｍｓのスイッチング時
間が得られた。
を、チョッパーを使用して上記スイッチング信号を選択
的に注入することにより行なった。出力干渉フィルター
（ＩＦ）８０を１５３０ｎｍの波長に同調した結果、
１．２ｎｍの帯域のＡＳＥピーク・パワーがゲルマニュ
ーム・フォト・ディテクター８１によってモニターされ
た。図９中の上側の曲線はＰsigにおいてゲルマニュー
ム・フォト・ディテクター８２で検出された二つの交番
入力信号を表わし、下側の曲線は上記ＡＳＥの時間的進
展を表わしている。予期されたように、Ｅｒ3+の長い4
Ｉ13/2寿命により、１０乃至５０ｍｓのスイッチング時
間が得られた。
【００２１】上記した如く、また図７からも分かるよう
に、レーザー動作を停止させる方が作動させるためより
も多くの信号パワーを必要としている。この理由は、停
止制御信号が既に強く飽和している利得を、フィードバ
ック波長での利得を上記ＮＦＬ中の最小損失以下に抑圧
するのに十分に大きな量だけ更に減らさなければならな
いことによって説明される。従って、停止制御信号のパ
ワーは、リング・レーザー動作のパワーと同じ程度の大
きさのパワーでなければならない。高いパワー・レベル
の制御信号を取り扱うには不都合な特定の実施例では、
この詳細は第二ＥＤＦＡ中で停止制御信号を選択的に増
幅することによって取り扱うことができる。
に、レーザー動作を停止させる方が作動させるためより
も多くの信号パワーを必要としている。この理由は、停
止制御信号が既に強く飽和している利得を、フィードバ
ック波長での利得を上記ＮＦＬ中の最小損失以下に抑圧
するのに十分に大きな量だけ更に減らさなければならな
いことによって説明される。従って、停止制御信号のパ
ワーは、リング・レーザー動作のパワーと同じ程度の大
きさのパワーでなければならない。高いパワー・レベル
の制御信号を取り扱うには不都合な特定の実施例では、
この詳細は第二ＥＤＦＡ中で停止制御信号を選択的に増
幅することによって取り扱うことができる。
【００２２】ここで呈示されている機構のスイッチング
・レンジは、上記ＷＩＣのようなフィードバック・ルー
プ中の線形損失によって制限されている。理想的な態様
では、信号入出力チャネルとフィードバック・チャネル
との間の多重化を、「無損失」ＷＳＣによって達成する
ことができる。このような場合、透明性（１ｄＢ）と非
飽和小信号利得との間の利得切り替えが、理論的にはフ
ィードバック・ループに上記フィードバック波長におけ
る上記ＥＤＦＡ中の小信号利得を正確に補償する小信号
損失を持つエルビューム・ドープ光ファイバーを使用す
ることによって、達成することができると考えられる。
・レンジは、上記ＷＩＣのようなフィードバック・ルー
プ中の線形損失によって制限されている。理想的な態様
では、信号入出力チャネルとフィードバック・チャネル
との間の多重化を、「無損失」ＷＳＣによって達成する
ことができる。このような場合、透明性（１ｄＢ）と非
飽和小信号利得との間の利得切り替えが、理論的にはフ
ィードバック・ループに上記フィードバック波長におけ
る上記ＥＤＦＡ中の小信号利得を正確に補償する小信号
損失を持つエルビューム・ドープ光ファイバーを使用す
ることによって、達成することができると考えられる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば遠
隔的に利得切り替えを行なうことができる、全体が光素
子で構成された利得切り替え可能な光ファイバー増幅器
が得られる。
隔的に利得切り替えを行なうことができる、全体が光素
子で構成された利得切り替え可能な光ファイバー増幅器
が得られる。
【図１】従来の光ファイバー増幅器を模式的に示す図で
ある。
ある。
【図２】図１の光ファイバー増幅器に関連する利得飽和
曲線を模式的に示すグラフである。
曲線を模式的に示すグラフである。
【図３】利得安定化光ファイバー増幅器を模式的に示す
図である。
図である。
【図４】図３の利得安定化光ファイバー増幅器に関連す
る利得飽和曲線を模式的に示す図である。
る利得飽和曲線を模式的に示す図である。
【図５】本発明による利得切り替え可能な光ファイバー
増幅器を模式的に示すグラフである。
増幅器を模式的に示すグラフである。
【図６】図５の本発明による利得切り替え可能な光ファ
イバー増幅器に関連する利得飽和曲線を模式的に示すグ
ラフである。
イバー増幅器に関連する利得飽和曲線を模式的に示すグ
ラフである。
【図７】本発明の特定の実施例を模式的に示す図であ
る。
る。
【図８】双安定系の二状態に対応する、図７の実施例に
関連する出力スペクトラムを表わすグラフである。
関連する出力スペクトラムを表わすグラフである。
【図９】本発明の光ファイバー増幅器に入力される信号
の変化、及び増幅器自然放出（ＡＳＥ）の時間的変化を
表わすグラフである。
の変化、及び増幅器自然放出（ＡＳＥ）の時間的変化を
表わすグラフである。
１０ 光ファイバー増幅器 １１ 光ファイバー １２ 光ファイバー ２１ 光フィードバック・ループ ２２ 入力ポート ２３ 出力ポート ２４ 光ファイバー増幅器 ２５ 媒体 ５０ 光ファイバー増幅器 ５１ 光ファイバー入力ポート ５２ 光ファイバー出力ポート ５３ 光フィードバック・ループ ５４ 損失性非線形媒体 ６１ 損失性非線形媒体５４の特性曲線 ６２ 光ファイバー増幅器５０の利得飽和曲線 ６３ 動作点 ６４ 動作点 ６５ 動作点 ６６ 光ファイバー増幅器５０を十分飽和させる波長を
持つ信号入力時の利得飽和曲線 ６７ 動作点 ７１ 波長選択カプラー ７２ 波長非依存性３ｄＢカプラー（ＷＩＣ） ７３ 干渉フィルター（ＩＦ） ７４ Ａｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：ＳｉＯ2 エルビューム・ドープ光ファイバー（ＥＤＦ） ７５ アイソレーター（Ｉｓ） ７６ 信号チャネル ７７ 波長非依存性３ｄＢカプラー ７８ エルビューム・ドープ光ファイバー（ＥＤＦＡ） ７９ 光スペクトル・アナライザー（ＳＰＥＣＴＲＯ） ８０ ビーム・エキスパンダー（Ｂｅ） ８１ フォト・ディテクター ８２ フォト・ディテクター ８３ フォト・ディテクター ９０ 上側曲線 ９２ 下側曲線
持つ信号入力時の利得飽和曲線 ６７ 動作点 ７１ 波長選択カプラー ７２ 波長非依存性３ｄＢカプラー（ＷＩＣ） ７３ 干渉フィルター（ＩＦ） ７４ Ａｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：ＳｉＯ2 エルビューム・ドープ光ファイバー（ＥＤＦ） ７５ アイソレーター（Ｉｓ） ７６ 信号チャネル ７７ 波長非依存性３ｄＢカプラー ７８ エルビューム・ドープ光ファイバー（ＥＤＦＡ） ７９ 光スペクトル・アナライザー（ＳＰＥＣＴＲＯ） ８０ ビーム・エキスパンダー（Ｂｅ） ８１ フォト・ディテクター ８２ フォト・ディテクター ８３ フォト・ディテクター ９０ 上側曲線 ９２ 下側曲線
Claims (10)
- 【請求項１】 光入力ポート（５１）と光出力ポート
（５２）とを有し、均質に広がった利得性媒体を有する
光ファイバー増幅器（５０）と、 前記光ファイバー増幅器の光出力ポートと光入力ポート
の間に接続された損失性非線形媒体（５４）からなる光
フィードバック・ループ（５３）とからなることを特徴
とする光ファイバー増幅装置。 - 【請求項２】 前記光フィードバック・ループが、前記
光ファイバー増幅器とともにリング・キャビティーを形
成する光ファイバーを有することを特徴とする、請求項
１記載の装置。 - 【請求項３】 前記損失性非線形媒体の特性は、前記光
ファイバー増幅器と光フィードバック・ループとの系が
複数の安定利得動作状態を有するようなものであること
を特徴とする、請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 更に、前記光フィードバック・ループ中
に配置された、前記損失性非線形媒体を通じて伝送され
る波長を前記光ファイバー増幅器の一つのサブセットの
利得スペクトルに限定する波長選択手段を有することを
特徴とする、請求項２記載の装置。 - 【請求項５】 前記波長選択手段が光ファイバー干渉フ
ィルターを有することを特徴とする、請求項４記載の装
置。 - 【請求項６】 前記波長選択手段が、前記損失性非線形
媒体の一端に配置された光ファイバー干渉フィルター
と、前記損失性非線形媒体の他端に配置された光ファイ
バー・アイソレーターとを有することを特徴とする、請
求項４記載の装置。 - 【請求項７】 前記光ファイバー増幅器がエルビューム
・ドープ光ファイバーを有することを特徴とする、請求
項１、２、３の何れかに記載の装置。 - 【請求項８】 更に、前記エルビューム・ドープ光ファ
イバー中へポンピング・エネルギーを伝送するための波
長選択カプラーを有することを特徴とする、請求項７記
載の装置。 - 【請求項９】 前記波長選択手段が、前記光ファイバー
増幅器の出力ポートと前記損失性非線形媒体との間に配
置された第一波長選択カプラーを有することを特徴とす
る、請求項４記載の装置。 - 【請求項１０】 前記損失性非線形媒体がエルビューム
・ドープ光ファイバーであることを特徴とする、請求項
７記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US717435 | 1991-06-19 | ||
| US07/717,435 US5128800A (en) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | Gain switchable optical fiber amplifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224505A JPH06224505A (ja) | 1994-08-12 |
| JP2555247B2 true JP2555247B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=24882026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4143645A Expired - Fee Related JP2555247B2 (ja) | 1991-06-19 | 1992-05-11 | 光ファイバー増幅装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5128800A (ja) |
| EP (1) | EP0519648B1 (ja) |
| JP (1) | JP2555247B2 (ja) |
| CA (1) | CA2064424C (ja) |
| DE (1) | DE69202404T2 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2977053B2 (ja) * | 1991-07-12 | 1999-11-10 | 安藤電気株式会社 | 高出力光パルス発生器 |
| DE4208857A1 (de) * | 1992-03-19 | 1993-09-23 | Sel Alcatel Ag | Optisches nachrichtenuebertragungssystem mit faseroptischen verstaerkern und regelung der sender-wellenlaenge |
| JPH05347449A (ja) * | 1992-06-12 | 1993-12-27 | Ando Electric Co Ltd | 信号光及び信号光と波長の違う連続光を増幅する光増幅器 |
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| US5223705A (en) * | 1992-08-12 | 1993-06-29 | At&T Bell Laboratories | Measurement of an optical amplifier parameter with polarization |
| JPH06318754A (ja) * | 1993-05-10 | 1994-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ファイバ増幅器および光信号伝送システム |
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| FR2986916A1 (fr) * | 2012-02-09 | 2013-08-16 | Eolite Systems | Systeme amplificateur optique et laser a impulsion limites en energie par impulsion. |
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1992
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