JP2000022252A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号入力パワーと利得との関係を安定に保つ
ことができる光ファイバ増幅器を提供する。 【解決手段】 増幅された光の一部の波長帯の光を選択
的に希土類添加光ファイバ５に帰還する帰還手段を有す
る光ファイバ増幅器において、ホトダイオード１１が帰
還光の光強度を検出することにより発振光を監視し、レ
ーザ駆動回路１２が希土類添加光ファイバ５内の発振光
を一定に保つように励起光源４を制御するので利得安定
性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ増幅器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４〜図６は従来の光ファイバ増幅器の
ブロック図である。

【０００３】希土類添加光ファイバに光合分波器を介し
て励起光源より励起光を入力する光ファイバ増幅器につ
いて図４を参照して説明する。

【０００４】同図に示す光ファイバ左端より入力される
信号光は、光アイソレータ１を通過し、光合波器３によ
り励起光源４から入力される励起光と合波して希土類添
加光ファイバ５に入力される。励起光は、添加された希
土類イオンの励起準位に相当する波長を有しており、励
起光により希土類添加光ファイバ５内で希土類イオンの
エネルギー準位の反転分布が形成される。反転分布が形
成された状態において、信号光が希土類添加光ファイバ
５に入力されると誘導放出現象が起こり、入力信号光を
増幅する。この希土類添加光ファイバ５で増幅された信
号光は光アイソレータ７を通過して出力される。光アイ
ソレータ７は信号光出力端からの反射光が再び増幅器内
に戻り、発振等の不安定状態に陥るのを防ぐために挿入
されている。このような光ファイバ増幅器では波長ルー
ティング等のシステムにおいて、光ファイバ増幅器への
入力信号光チャネル数が変化すると増幅器の利得が変動
してしまう。

【０００５】そこで、入力信号光チャネル数または総入
力信号パワーが変化しても利得が安定している増幅器が
必要となる。

【０００６】利得を安定化した光ファイバ増幅器とし
て、希土類添加光ファイバ内で増幅された光の一部の波
長帯の光を選択的に希土類添加光ファイバに巡回帰還す
る帰還手段を有するものがある。このような光ファイバ
増幅器について図５を参照して説明する。

【０００７】図５に示す光ファイバ増幅器の光カプラ２
の光ファイバの入力端（図では左端）に入力した信号光
は、光カプラ２、光アイソレータ１を通過し、光合波器
３により励起光源４から入力した励起光と合波して、希
土類添加光ファイバ５に入力する。希土類添加光ファイ
バ５に励起光が入力すると同時に希土類添加光ファイバ
５から自然放出光が放射される。この自然放出光及び信
号光の一部は、光カプラ６で分岐し、光バンドパスフィ
ルタ８及び光アッテネータ９を通過し、光カプラ２から
再び増幅部へ入力する。このループ内で発振を起こし、
希土類添加光ファイバ５が飽和状態となり、信号利得を
固定することが可能となる。希土類添加光ファイバ５で
増幅された信号光は光アイソレータ７を通過して出力さ
れる。この時、同時に発振光が出力され、雑音として信
号に影響を与えてしまう。

【０００８】そこで、発振光が出力されないように光サ
ーキュレータを用いて、発振光の進行方向を信号の進行
方向と逆方向になるように構成した光ファイバ増幅器を
図６に示す。

【０００９】図６に示した光ファイバ増幅器は、励起状
態にある希土類添加光ファイバ５から放出される自然放
出光のうち、後方に放出されるものを光サーキュレータ
１５で取り出すようになっている。この自然放出光は、
光バンドパスフィルタ８により狭帯域の光が切り出さ
れ、光アッテネータ９で減衰されて、光サーキュレータ
１６で後方から再度希土類添加光ファイバ５に入力され
る。このようなループを構成することにより、発振光を
信号光と逆方向に進行させることが可能となり、出力信
号に発振光は現れない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで図５及び図６
に示した光ファイバ増幅器では後述する図７のＡに示す
ように小信号入力時において利得は安定している。

【００１１】しかし、小信号入力時には希土類添加光フ
ァイバ内の発振光パワーが大きく、発振光波長付近の利
得が局所的に減少するホールバーニング効果によって、
見掛け上多少信号の利得が大きくなっている。信号入力
パワーが大きくなってくると発振光パワーが減少してく
るのでホールバーニング効果が小さくなり信号利得が徐
々に減少するという問題があった。

【００１２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、信号入力パワーと利得との関係を安定に保つことが
できる光ファイバ増幅器を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイバ
に光合分波器を介して励起光を入力し、希土類添加光フ
ァイバ内で増幅された光の一部の波長帯の光を選択的に
希土類添加光ファイバに帰還する帰還手段を有する光フ
ァイバ増幅器において、帰還手段に、帰還する光の光強
度を検出する検出手段と、検出手段で検出された光強度
を一定に保つように励起光パワーを制御する制御手段と
を設けたものである。

【００１４】上記構成に加え本発明の光ファイバ増幅器
の帰還手段は、希土類添加光ファイバの前後に配置され
た光カプラ、光合分波器または光サーキュレータによる
光帰還経路を有するものである。

【００１５】本発明によれば、検出手段が帰還光の光強
度を検出することにより発振光を監視し、制御手段が希
土類添加光ファイバ内の発振光を一定に保つように励起
光源を制御するので利得安定性が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。尚、前述した従来例と同様の
部材には共通の符号を用いた。

【００１７】図１は本発明の光ファイバ増幅器の一実施
の形態を示すブロック図である。

【００１８】同図に示す光ファイバ増幅器は、一方の入
力端２ａに信号光が入力されると共に他方の入力端２ｂ
に帰還光が入力される光カプラ２と、入力端１ａが光カ
プラ２の出力端２ｃに接続され戻り反射光を防止するた
めの光アイソレータ１と、一方の入力端３ａが光アイソ
レータ１の出力端１ｂに接続され励起光を合成するため
の光合波器３と、出力端４ａが光合波器３の他方の入力
端３ｂに接続され励起光を発生する励起光源（例えばレ
ーザダイオード）４と、入力端５ａが光合波器３の出力
端３ｃに接続された希土類添加光ファイバ５と、入力端
６ａが希土類添加光ファイバ５の出力端５ｂに接続され
た光カプラ６と、入力端７ａが光カプラ６の一方の出力
端６ｂに接続され戻り光を抑制する光アイソレータ７
と、入力端８ａが光カプラ６の他方の出力端６ｃに接続
され発振波長を選択する光バンドパスフィルタ８と、入
力端９ａが光バンドパスフィルタ８の出力端８ｂに接続
され帰還経路の発振光を減衰する光アッテネータ９と、
一方の出力端１０ａが光カプラ２の他方の入力端２ｂに
接続され、入力端１０ｂが光アッテネータ９の出力端９
ｂに接続され励起光を分配する光カプラ１０と、入力端
１１ａが光カプラ１０の他方の出力端１０ｃに接続され
光カプラ１０で分配された発振光を監視するための検出
手段としてのホトダイオード１１と、入力端１２ａがホ
トダイオード１１の出力端１１ｂに接続されると共に出
力端１２ｂが励起光源４の入力端４ｂに接続され、受光
した発振光のパワーを一定に保つように励起光源４の励
起電流を制御する制御手段としてのレーザ駆動回路（例
えばマイクロプロセッサ）１２とで構成されており、増
幅かつ安定化された信号光は光アイソレータ７の出力端
７ｂから出力される。

【００１９】希土類添加光ファイバ５は、コアに希土類
元素が添加された光ファイバであり、希土類元素として
は、Ｅｒ（エルビウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｙｂ
（イットリビウム）、Ｐｒ（プラセオジウム）、Ｃｅ
（セリウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｔｍ（ツリウ
ム）、Ｌａ（ランタン）等を少なくとも一種類以上含ん
だものである。

【００２０】信号光の波長は、希土類添加光ファイバ５
に添加された希土類元素に対応しており、例えばＥｒを
用いた場合にはその増幅帯域にあたる１．５５μｍ付近
の光を用いることができる。

【００２１】また、励起光源４の励起光の波長は希土類
添加光ファイバ５に添加された希土類元素に対応してお
り、例えばＥｒを用いた場合には励起光の波長は約０．
９８μｍあるいは約１．４８μｍである。

【００２２】光バンドパスフィルタ８の通過波長は、希
土類添加光ファイバ５に添加された希土類元素に対応し
ており、例えばＥｒを用いた場合には通過波長は１．５
５μｍ付近で信号光に使用しない狭い波長帯域とする。

【００２３】図１に示した励起状態にある希土類添加光
ファイバ５から前方に放出される自然放出光の一部が帰
還経路を通り、光バンドパスフィルタ８によって決まる
波長で切り出される。この光が光カプラ２を通り、再度
希土類添加光ファイバ５に入力することを繰り返すこと
により発振が起こる。この発振光はパワーが大きく、希
土類添加光ファイバ５は飽和状態となり、信号の利得を
一定に保つことができる。

【００２４】しかし、小信号入力時には希土類添加光フ
ァイバ５内の発振光パワーが大きくなり、発振光波長付
近の利得が局所的に減少するホールバーニング効果によ
って見掛け上多少信号の利得が大きくなっている。

【００２５】ここで、ホールバーニング効果とは、不均
一な広がりを持つ媒質に狭いスペクトル線幅の強い光を
照射すると、入射光の光周波数の周辺およびそれと結合
した他の周波数部で、媒質が熱平衡状態にあるときには
吸収スペクトルに、レーザのような反転分布状態にある
ときには、誘導放出利得スペクトルに穴が掘られる現象
をいう。

【００２６】そこで、帰還経路内で発振光パワーをモニ
ターし、発振光のパワーを一定に保つように励起光パワ
ーを制御する。この時、発振光パワーを低く抑えること
が可能となり、ホールバーニング効果を弱めることによ
り利得の減少が緩和される。

【００２７】図７は本発明の光ファイバ増幅器及び従来
の光ファイバ増幅器の信号光パワーと利得との関係を示
す図である。同図において、横軸は光入力パワーを示
し、縦軸は利得を示す。Ａは従来の光ファイバ増幅器の
特性曲線であり、Ｂは本発明の光ファイバ増幅器の特性
曲線である。同図より、従来の光ファイバ増幅器に比べ
本発明の光ファイバ増幅器の利得の減少が小さいことが
確認できる。

【００２８】図２は本発明の光ファイバ増幅器の他の実
施の形態を示すブロック図である。

【００２９】図１に示した光ファイバ増幅器との相違点
は、光カプラ２、６の代わりに光合分波器１３、１４を
用いた点である。

【００３０】この光ファイバ増幅器は、一方の入力端１
３ａに信号光が入力されると共に他方の入力端１３ｂに
帰還光が入力される光合分波器１３と、入力端１ａが光
合分波器１３の出力端１３ｃに接続された光アイソレー
タ１と、一方の入力端３ａが光アイソレータ１の出力端
１ｂに接続された光合波器３と、出力端４ａが光合波器
３の他方の入力端３ｂに接続された励起光源４と、入力
端５ａが光合波器３の出力端３ｃに接続された希土類添
加光ファイバ５と、入力端１４ａが希土類添加光ファイ
バ５の出力端５ｂに接続された光合分波器１４と、入力
端７ａが光合分波器１４の一方の出力端１４ｂに接続さ
れた光アイソレータ７と、入力端９ａが光合分波器１４
の他方の出力端１４ｃに接続された光アッテネータ９
と、一方の出力端１０ａが光合分波器１３の他方の入力
端１３ｂに接続され、入力端１０ｂが光アッテネータ９
の出力端９ｂに接続された光カプラ１０と、入力端１１
ａが光カプラ１０の他方の出力端１０ｃに接続されたホ
トダイオード１１と、入力端１２ａがホトダイオード１
１の出力端１１ｂに接続されると共に出力端１２ｂが励
起光源４の入力端４ｂに接続されたレーザ駆動回路１２
とで構成されており、増幅かつ安定化された信号光は光
アイソレータ７の出力端７ｂから出力される。

【００３１】このように光合分波器１３、１４を用いる
ことにより、光バンドパスフィルタ８（図１参照）を省
略することができ、かつ出力損失を軽減することができ
る。

【００３２】図３は本発明の光ファイバ増幅器の他の実
施の形態を示すブロック図である。

【００３３】図６に示した従来の光ファイバ増幅器に本
発明を適用したものである。すなわち、光アッテネータ
９と光サーキュレータ１６との間に設けられた光カプラ
１０と、ホトダイオード１１と、レーザ駆動回路１２
と、励起光源４と、光合波器３とで帰還手段が構成され
ている。

【００３４】この光ファイバ増幅器は、端子１５ａに信
号光が入力されると共に、端子１５ａから端子１５ｂ、
端子１５ｂから端子１５ｃへの順方向特性を有する三端
子の光サーキュレータ１５と、一方の入力端３ａが光サ
ーキュレータ１５の端子１５ｂに接続され励起光を合成
するための光合波器３と、出力端４ａが光合波器３の他
方の入力端３ｂに接続され励起光を発生する励起光源４
と、入力端５ａが光合波器３の出力端３ｃに接続された
希土類添加光ファイバ５と、端子１６ａが希土類添加光
ファイバ５の出力端５ｂに接続されると共に、端子１６
ａから端子１６ｂ、端子１６ｂから端子１６ｃへの順方
向特性を有する三端子の光サーキュレータ１６と、入力
端１０ｂが光サーキュレータ１６の端子１６ｃに接続さ
れ、一方の出力端１０ａがホトダイオード１１の入力端
１１ａに接続された光カプラ１０と、入力端９ａが光カ
プラ１０の他方の出力端１０ｃに接続された光アッテネ
ータ９と、入力端８ａが光アッテネータ９の出力端９ｂ
に接続され、出力端８ｂが光サーキュレータ１５の端子
１５ｃに接続された光バンドパスフィルタ８と、入力端
１２ａにホトダイオード１１の出力端１１ｂが接続さ
れ、出力端１２ｂが励起光源４の入力端４ｂに接続され
たレーザ駆動回路１２とで構成されており、増幅かつ安
定化された信号光は光サーキュレータ１６の端子１６ｂ
から出力される。

【００３５】このような光ファイバ増幅器においても、
信号入力パワーと利得との関係を安定に保つことができ
る。

【００３６】なお、本実施の形態では、光増幅器の励起
方法として、前方励起方式（希土類添加光ファイバ内で
光信号の進行方向と励起光の進行方向とが同一となる方
式）の場合で説明したが、これに限定されず、他の励起
方式（後方励起方式あるいは双方向励起方式）を用いて
もよい。

【００３７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３８】信号入力パワーと利得との関係を安定に保
つことができる光ファイバ増幅器の提供を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ増幅器の一実施の形態を示
すブロック図である。

【図２】本発明の光ファイバ増幅器の他の実施の形態を
示すブロック図である。

【図３】本発明の光ファイバ増幅器の他の実施の形態を
示すブロック図である。

【図４】従来の光ファイバ増幅器のブロック図である。

【図５】従来の光ファイバ増幅器のブロック図である。

【図６】従来の光ファイバ増幅器のブロック図である。

【図７】本発明の光ファイバ増幅器及び従来の光ファイ
バ増幅器の信号光パワーと利得との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１、７ 光アイソレータ ２、６、１０ 光カプラ ３ 光合波器 ４ 励起光源 ５ 希土類添加光ファイバ ８ 光バンドパスフィルタ ９ 光アッテネータ １１ ホトダイオード １２ 制御手段（レーザ駆動回路）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類添加光ファイバに光合分波器を介
   して励起光を入力し、該希土類添加光ファイバ内で増幅
   された光の一部の波長帯の光を選択的に上記希土類添加
   光ファイバに帰還する帰還手段を有する光ファイバ増幅
   器において、該帰還手段に、帰還する光の光強度を検出
   する検出手段と、該検出手段で検出された光強度を一定
   に保つように励起光パワーを制御する制御手段とを設け
   たことを特徴とする光ファイバ増幅器。
2. 【請求項２】 上記帰還手段は、上記希土類添加光ファ
   イバの前後に配置された光カプラ、光合分波器または光
   サーキュレータによる光帰還経路を有する請求項１に記
   載の光ファイバ増幅器。