JP2000031571A - 光増幅用ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器 - Google Patents
光増幅用ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】波長多重信号光を増幅する場合においても、非
線形光学現象の発生を抑圧して信号光の波形劣化を低減
させるようにした光増幅用ファイバ及びそれを用いた光
ファイバ増幅器を提供する。 【解決手段】本発明の光ファイバ増幅器１０は、例え
ば、２つの領域１Ａ，１Ｂを有するＥＤＦ１と、励起光
を発生する励起光源２と、励起光をＥＤＦ１に供給する
合波器３と、から構成される。領域１Ａ，１Ｂの境界位
置は、信号光Ｓのパワーが非線形光学現象の発生し得る
レベルに達する地点と信号光出射口の間に設定され、信
号光出射側に位置する領域１Ｂは、領域１Ａに比べてエ
ルビウム濃度を高くしてある。これにより、パワーの大
きな信号光Ｓが伝搬する領域１Ｂにおいて４光波混合が
起き難くなるため、信号光の波形劣化が低減される。
線形光学現象の発生を抑圧して信号光の波形劣化を低減
させるようにした光増幅用ファイバ及びそれを用いた光
ファイバ増幅器を提供する。 【解決手段】本発明の光ファイバ増幅器１０は、例え
ば、２つの領域１Ａ，１Ｂを有するＥＤＦ１と、励起光
を発生する励起光源２と、励起光をＥＤＦ１に供給する
合波器３と、から構成される。領域１Ａ，１Ｂの境界位
置は、信号光Ｓのパワーが非線形光学現象の発生し得る
レベルに達する地点と信号光出射口の間に設定され、信
号光出射側に位置する領域１Ｂは、領域１Ａに比べてエ
ルビウム濃度を高くしてある。これにより、パワーの大
きな信号光Ｓが伝搬する領域１Ｂにおいて４光波混合が
起き難くなるため、信号光の波形劣化が低減される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号の直接増幅
を行うための光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅器に
関し、特に、波長多重信号光の増幅を行なう場合に好適
な光増幅用ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器
に関する。
を行うための光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅器に
関し、特に、波長多重信号光の増幅を行なう場合に好適
な光増幅用ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の光通信システムでは、光ファイバ
のコア部に希土類元素をドープした光増幅用ファイバ
（希土類元素ドープファイバ）を用いて光信号の直接増
幅を行う光ファイバ増幅器が広く利用されている。従来
の光ファイバ増幅器としては、例えば、エルビウム（Ｅ
ｒ）をドープしたエルビウムドープファイバ（以下、Ｅ
ＤＦとする）に励起光を供給し、励起されたＥＤＦ内の
エルビウムの誘導放出現象により光信号を増幅するもの
などが知られている。
のコア部に希土類元素をドープした光増幅用ファイバ
（希土類元素ドープファイバ）を用いて光信号の直接増
幅を行う光ファイバ増幅器が広く利用されている。従来
の光ファイバ増幅器としては、例えば、エルビウム（Ｅ
ｒ）をドープしたエルビウムドープファイバ（以下、Ｅ
ＤＦとする）に励起光を供給し、励起されたＥＤＦ内の
エルビウムの誘導放出現象により光信号を増幅するもの
などが知られている。
【０００３】また、光通信システムの大容量化を実現す
る方法として、１つの伝送路に波長の異なる複数の信号
光を多重化して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送シス
テムが注目されている。このようなＷＤＭ光伝送システ
ムの中継器として光ファイバ増幅器を使用すれば、ＷＤ
Ｍ信号光を一括して増幅することが可能となり、簡素な
構成による大容量かつ長距離の光伝送が実現される。
る方法として、１つの伝送路に波長の異なる複数の信号
光を多重化して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送シス
テムが注目されている。このようなＷＤＭ光伝送システ
ムの中継器として光ファイバ増幅器を使用すれば、ＷＤ
Ｍ信号光を一括して増幅することが可能となり、簡素な
構成による大容量かつ長距離の光伝送が実現される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバ増幅器をＷＤＭ光伝送システムで使用する場
合には、光ファイバ増幅器への入力光パワーが大きくな
るため、例えば４光波混合などの非線形光学現象による
波形劣化が問題となる。一般に、４光波混合は、光ファ
イバに入力される光パワーが一定の値を超えると発生す
るようになる。その発生の割合は、パワーの大きな光信
号が伝送される光ファイバの長さに比例して高くなると
ともに、その光ファイバの実効光伝送断面積が狭くなる
程高くなる。従って、使用する光ファイバに応じて入力
光パワーの上限値を設定することによって、４光波混合
の発生を防ぐことは可能となる。
光ファイバ増幅器をＷＤＭ光伝送システムで使用する場
合には、光ファイバ増幅器への入力光パワーが大きくな
るため、例えば４光波混合などの非線形光学現象による
波形劣化が問題となる。一般に、４光波混合は、光ファ
イバに入力される光パワーが一定の値を超えると発生す
るようになる。その発生の割合は、パワーの大きな光信
号が伝送される光ファイバの長さに比例して高くなると
ともに、その光ファイバの実効光伝送断面積が狭くなる
程高くなる。従って、使用する光ファイバに応じて入力
光パワーの上限値を設定することによって、４光波混合
の発生を防ぐことは可能となる。
【０００５】例えば、長さが数１０ｋｍで実効光伝送断
面積が５０μｍ2 の分散シフトファイバ（ＤＳＦ）をＷ
ＤＭ光伝送システムにおいて使用した場合、４光波混合
の発生を防ぐためには、分散シフトファイバへの入力光
パワーを−５ｄＢｍ以下に設定する必要がある。上記の
値を基に光ファイバ増幅器について考えてみると、光フ
ァイバ増幅器に用いられるＥＤＦ等の光増幅用ファイバ
は、一般に、その長さが数１０ｍで実効光伝送断面積が
１３μｍ2 程度である。このため、上記分散シフトファ
イバの場合と比較すると、長さが約１／１０００倍とな
り、実効光伝送断面積が約１／４倍となる。従って、Ｅ
ＤＦにおける４光波混合が発生する割合は、分散シフト
ファイバの場合に対し、長さに関して約１／１０００倍
となり、実効光伝送断面積に関して約４倍となる。
面積が５０μｍ2 の分散シフトファイバ（ＤＳＦ）をＷ
ＤＭ光伝送システムにおいて使用した場合、４光波混合
の発生を防ぐためには、分散シフトファイバへの入力光
パワーを−５ｄＢｍ以下に設定する必要がある。上記の
値を基に光ファイバ増幅器について考えてみると、光フ
ァイバ増幅器に用いられるＥＤＦ等の光増幅用ファイバ
は、一般に、その長さが数１０ｍで実効光伝送断面積が
１３μｍ2 程度である。このため、上記分散シフトファ
イバの場合と比較すると、長さが約１／１０００倍とな
り、実効光伝送断面積が約１／４倍となる。従って、Ｅ
ＤＦにおける４光波混合が発生する割合は、分散シフト
ファイバの場合に対し、長さに関して約１／１０００倍
となり、実効光伝送断面積に関して約４倍となる。
【０００６】ここで、４光波混合の発生を防ぐための入
力光パワーの上限値Ｐは、使用する光ファイバの長さＬ
及び実効光伝送断面積Ａeff について、次の（１）式に
示すような関係があることが知られている。 Ｐ∝（Ａeff ／Ｌ）1/2 …（１） 上記（１）式の関係を用いて、ＥＤＦの場合の入力光パ
ワーの上限値を推定すると、分散シフトファイバの場合
の上限値よりも約１２ｄＢ大きくなるので、ＥＤＦにお
ける上限値は＋７ｄＢｍ程度と考えられる。
力光パワーの上限値Ｐは、使用する光ファイバの長さＬ
及び実効光伝送断面積Ａeff について、次の（１）式に
示すような関係があることが知られている。 Ｐ∝（Ａeff ／Ｌ）1/2 …（１） 上記（１）式の関係を用いて、ＥＤＦの場合の入力光パ
ワーの上限値を推定すると、分散シフトファイバの場合
の上限値よりも約１２ｄＢ大きくなるので、ＥＤＦにお
ける上限値は＋７ｄＢｍ程度と考えられる。
【０００７】しかしながら、ＥＤＦを用いた光ファイバ
増幅器がＷＤＭ光伝送システムの中継器として使用され
る場合には、ＥＤＦ内で増幅されるＷＤＭ信号光のパワ
ーが上記の上限値を超えてしまう可能性がある。即ち、
ＥＤＦ内では、図８に示すように、一端に入射されたＷ
ＤＭ信号光がファイバ長手方向に伝搬されるのに伴っ
て、その光パワーが増大していく。このため、入射端で
は光パワーが上限値以下であっても、出射端に到達する
手前で光パワーが上限値を超えてしまうことがある。従
って、信号光パワーが上限値を超えた地点から信号光出
射端までの間を、ＷＤＭ信号光が増幅されながら伝搬す
ることで、４光波混合が発生してＷＤＭ信号光の波形が
劣化するおそれがある。
増幅器がＷＤＭ光伝送システムの中継器として使用され
る場合には、ＥＤＦ内で増幅されるＷＤＭ信号光のパワ
ーが上記の上限値を超えてしまう可能性がある。即ち、
ＥＤＦ内では、図８に示すように、一端に入射されたＷ
ＤＭ信号光がファイバ長手方向に伝搬されるのに伴っ
て、その光パワーが増大していく。このため、入射端で
は光パワーが上限値以下であっても、出射端に到達する
手前で光パワーが上限値を超えてしまうことがある。従
って、信号光パワーが上限値を超えた地点から信号光出
射端までの間を、ＷＤＭ信号光が増幅されながら伝搬す
ることで、４光波混合が発生してＷＤＭ信号光の波形が
劣化するおそれがある。
【０００８】ところで、ＥＤＦ内の４光波混合の発生
は、（１）式の関係からも判断できるように、ＥＤＦ長
を短くすることによって抑えられる。ただし、同等の利
得を保ったままＥＤＦ長を短くするためには、ＥＤＦの
信号光に対する単位長さ当たりの吸収及び放射を大きく
しなければならない。これを実現する方法としては、例
えば、エルビウム濃度の高いＥＤＦを用いたり、エルビ
ウムドープ径の大きいＥＤＦを用いることなどが考えら
れる。
は、（１）式の関係からも判断できるように、ＥＤＦ長
を短くすることによって抑えられる。ただし、同等の利
得を保ったままＥＤＦ長を短くするためには、ＥＤＦの
信号光に対する単位長さ当たりの吸収及び放射を大きく
しなければならない。これを実現する方法としては、例
えば、エルビウム濃度の高いＥＤＦを用いたり、エルビ
ウムドープ径の大きいＥＤＦを用いることなどが考えら
れる。
【０００９】しかし、エルビウム濃度を高くすると、エ
ルビウムイオン間のエネルギー交換が起こり、ＥＤＦの
励起効率が低下する濃度消光が生じてしまう。なお、現
状のＥＤＦでは、エルビウム濃度の標準を５００ｐｐｍ
程度としている。また、エルビウムドープ径を大きくす
ると、励起光のエネルギー密度が低く励起効果が小さい
部分に、エルビウムがドープされることになるため、エ
ルビウム濃度を上げた場合と同様に、ＥＤＦの励起効率
低下を招くことになる。
ルビウムイオン間のエネルギー交換が起こり、ＥＤＦの
励起効率が低下する濃度消光が生じてしまう。なお、現
状のＥＤＦでは、エルビウム濃度の標準を５００ｐｐｍ
程度としている。また、エルビウムドープ径を大きくす
ると、励起光のエネルギー密度が低く励起効果が小さい
部分に、エルビウムがドープされることになるため、エ
ルビウム濃度を上げた場合と同様に、ＥＤＦの励起効率
低下を招くことになる。
【００１０】このように、４光波混合の発生を抑えるた
めにＥＤＦ長を短くすることと、ＥＤＦの増幅特性を劣
化させないこととは相反するものであるため、その両方
を同時に実現することは困難であった。本発明は上記の
点に着目してなされたもので、ＷＤＭ信号光の増幅を行
う場合においても、励起効率の低下を抑えながら非線形
光学現象の発生による波形劣化を低減させた光増幅用フ
ァイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器を提供するこ
とを目的とする。
めにＥＤＦ長を短くすることと、ＥＤＦの増幅特性を劣
化させないこととは相反するものであるため、その両方
を同時に実現することは困難であった。本発明は上記の
点に着目してなされたもので、ＷＤＭ信号光の増幅を行
う場合においても、励起効率の低下を抑えながら非線形
光学現象の発生による波形劣化を低減させた光増幅用フ
ァイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の光増幅用ファイバは、波長の異なる複数の
信号光を含んだ波長多重信号光を一括して増幅可能にす
る希土類元素をドープした光増幅用ファイバにおいて、
前記波長多重信号光のパワーが非線形光学現象の発生し
得るレベルに達する長手方向の予め設定された位置と信
号光出射口との間に、信号光入射側に位置する第１の領
域及び信号光出射側に位置する第２の領域の境界を有
し、該第２の領域が、非線形光学現象の発生を抑圧可能
な構造を備えるようにする。
め、本発明の光増幅用ファイバは、波長の異なる複数の
信号光を含んだ波長多重信号光を一括して増幅可能にす
る希土類元素をドープした光増幅用ファイバにおいて、
前記波長多重信号光のパワーが非線形光学現象の発生し
得るレベルに達する長手方向の予め設定された位置と信
号光出射口との間に、信号光入射側に位置する第１の領
域及び信号光出射側に位置する第２の領域の境界を有
し、該第２の領域が、非線形光学現象の発生を抑圧可能
な構造を備えるようにする。
【００１２】また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土
類元素をドープした光増幅用ファイバと、励起光を発生
する少なくとも１つの励起光源と、該励起光源からの励
起光を前記光増幅用ファイバに入射させる少なくとも１
つの合波部と、を備え、波長の異なる複数の信号光を含
んだ波長多重信号光を一括して増幅する光ファイバ増幅
器において、前記光増幅用ファイバは、前記波長多重信
号光のパワーが非線形光学現象の発生し得るレベルに達
する長手方向の予め設定された位置と信号光出射口との
間に、信号光入射側に位置する第１の領域及び信号光出
射側に位置する第２の領域の境界を有し、該第２の領域
が、非線形光学現象の発生を抑圧可能な構造を備えるよ
うにする。また、前記光増幅用ファイバは、構造の異な
る２つの希土類元素ドープ光ファイバを接続すること
で、前記第１、２領域を構成してもよい。
類元素をドープした光増幅用ファイバと、励起光を発生
する少なくとも１つの励起光源と、該励起光源からの励
起光を前記光増幅用ファイバに入射させる少なくとも１
つの合波部と、を備え、波長の異なる複数の信号光を含
んだ波長多重信号光を一括して増幅する光ファイバ増幅
器において、前記光増幅用ファイバは、前記波長多重信
号光のパワーが非線形光学現象の発生し得るレベルに達
する長手方向の予め設定された位置と信号光出射口との
間に、信号光入射側に位置する第１の領域及び信号光出
射側に位置する第２の領域の境界を有し、該第２の領域
が、非線形光学現象の発生を抑圧可能な構造を備えるよ
うにする。また、前記光増幅用ファイバは、構造の異な
る２つの希土類元素ドープ光ファイバを接続すること
で、前記第１、２領域を構成してもよい。
【００１３】かかる構成の光増幅用ファイバや光ファイ
バ増幅器では、励起光の供給により励起状態とされた光
増幅用ファイバの一端に波長多重信号光が入射される
と、その信号光は、まず第１の領域内を通って境界位置
に達する間に、例えば４光波混合等の非線形光学現象が
発生可能な光パワーレベルまで増幅される。さらに、増
幅された信号光は、第２の領域を通過することによって
所要の光パワーまで増幅される。信号光が第２の領域を
通過する際、その光パワーが大きいため非線形光学現象
が発生するようになるが、その発生を抑圧する構造を第
２の領域が備えることで、非線形光学現象が発生し難く
なる。これによって非線形光学現象による信号光の波形
劣化が低減されるようになる。
バ増幅器では、励起光の供給により励起状態とされた光
増幅用ファイバの一端に波長多重信号光が入射される
と、その信号光は、まず第１の領域内を通って境界位置
に達する間に、例えば４光波混合等の非線形光学現象が
発生可能な光パワーレベルまで増幅される。さらに、増
幅された信号光は、第２の領域を通過することによって
所要の光パワーまで増幅される。信号光が第２の領域を
通過する際、その光パワーが大きいため非線形光学現象
が発生するようになるが、その発生を抑圧する構造を第
２の領域が備えることで、非線形光学現象が発生し難く
なる。これによって非線形光学現象による信号光の波形
劣化が低減されるようになる。
【００１４】第２の領域を非線形光学現象の発生を抑圧
可能な構造とするためには、第２の領域は、波長多重信
号光に対する単位長さ当たりの吸収及び放射が、前記第
１の領域よりも大きくなるようにしてもよい。具体的に
は、第２の領域について、希土類元素のドープ濃度が第
１の領域よりも高くなるようにしたり、希土類元素のド
ープ径が第１の領域よりも大きくなるようにしたりする
のが好ましい。
可能な構造とするためには、第２の領域は、波長多重信
号光に対する単位長さ当たりの吸収及び放射が、前記第
１の領域よりも大きくなるようにしてもよい。具体的に
は、第２の領域について、希土類元素のドープ濃度が第
１の領域よりも高くなるようにしたり、希土類元素のド
ープ径が第１の領域よりも大きくなるようにしたりする
のが好ましい。
【００１５】かかる構成とすることで、励起効率の低下
を抑えながら第２の領域のファイバ長を短くすることが
できるため、非線形光学現象が発生し難くなる。第２の
領域の他の構造としては、モードフィールド径が第１の
領域よりも大きくなるようにしてもよい。モードフィー
ルド径を大きくすることによって、第２の領域内の光パ
ワー密度が低くなるため、非線形光学現象が発生し難い
構造となる。
を抑えながら第２の領域のファイバ長を短くすることが
できるため、非線形光学現象が発生し難くなる。第２の
領域の他の構造としては、モードフィールド径が第１の
領域よりも大きくなるようにしてもよい。モードフィー
ルド径を大きくすることによって、第２の領域内の光パ
ワー密度が低くなるため、非線形光学現象が発生し難い
構造となる。
【００１６】第２の領域の他の構造としては、比屈折率
差が第１の領域よりも小さくなるようにしてもよい。比
屈折率差を小さくすると実効光伝送断面積が大きくな
り、非線形光学現象の発生が抑えられるようになる。第
２の領域の他の構造としては、波長分散が第１の領域よ
りも大きくなるようにしてもよい。波長分散の大きいフ
ァイバ内では非線形光学現象が発生し難いため、信号光
の波形劣化が低減されるようになる。
差が第１の領域よりも小さくなるようにしてもよい。比
屈折率差を小さくすると実効光伝送断面積が大きくな
り、非線形光学現象の発生が抑えられるようになる。第
２の領域の他の構造としては、波長分散が第１の領域よ
りも大きくなるようにしてもよい。波長分散の大きいフ
ァイバ内では非線形光学現象が発生し難いため、信号光
の波形劣化が低減されるようになる。
【００１７】また、直列に接続された２つの光ファイバ
増幅部を備え、後段側の光ファイバ増幅部から出力され
る信号光のパワーが非線形光学現象の発生し得るレベル
に達している２段構成の光ファイバ増幅器について、後
段側の光ファイバ増幅部に適用される後段光増幅用ファ
イバに、上述したような各構造の光増幅用ファイバを適
用してもよい。
増幅部を備え、後段側の光ファイバ増幅部から出力され
る信号光のパワーが非線形光学現象の発生し得るレベル
に達している２段構成の光ファイバ増幅器について、後
段側の光ファイバ増幅部に適用される後段光増幅用ファ
イバに、上述したような各構造の光増幅用ファイバを適
用してもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、第１の実施形態に係る光フ
ァイバ増幅器の構成を示すブロック図である。図１にお
いて、本光ファイバ増幅器１０は、例えば、光増幅用フ
ァイバとしてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１
と、励起光を発生する励起光源２と、該励起光源２から
出射される励起光をＥＤＦ１に供給する合波部としての
合波器３と、を備えて構成される。
基づいて説明する。図１は、第１の実施形態に係る光フ
ァイバ増幅器の構成を示すブロック図である。図１にお
いて、本光ファイバ増幅器１０は、例えば、光増幅用フ
ァイバとしてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１
と、励起光を発生する励起光源２と、該励起光源２から
出射される励起光をＥＤＦ１に供給する合波部としての
合波器３と、を備えて構成される。
【００１９】ＥＤＦ１は、エルビウム濃度の異なる第
１、２の領域１Ａ，１Ｂを有する。ここでは、領域１Ａ
がＥＤＦ１の長手方向に対して信号光入射側（図で左
側）に位置し、領域１Ｂが信号光出射側（図で右側）に
位置する。領域１Ａには、例えば、エルビウム濃度を５
００ｐｐｍとし、モードフィールド径（ＭＦＤ）を６μ
ｍとし、エルビウムドープ径を３μｍとしたＥＤＦ素線
などが用いられる。この領域１Ａの素線は、従来の光フ
ァイバ増幅器で一般に使用されているものと同様であ
る。一方、領域１Ｂには、例えば、エルビウム濃度を１
０００ｐｐｍとし、モードフィールド径を６μｍとし、
エルビウムドープ径を３μｍとしたＥＤＦ素線などが用
いられる。
１、２の領域１Ａ，１Ｂを有する。ここでは、領域１Ａ
がＥＤＦ１の長手方向に対して信号光入射側（図で左
側）に位置し、領域１Ｂが信号光出射側（図で右側）に
位置する。領域１Ａには、例えば、エルビウム濃度を５
００ｐｐｍとし、モードフィールド径（ＭＦＤ）を６μ
ｍとし、エルビウムドープ径を３μｍとしたＥＤＦ素線
などが用いられる。この領域１Ａの素線は、従来の光フ
ァイバ増幅器で一般に使用されているものと同様であ
る。一方、領域１Ｂには、例えば、エルビウム濃度を１
０００ｐｐｍとし、モードフィールド径を６μｍとし、
エルビウムドープ径を３μｍとしたＥＤＦ素線などが用
いられる。
【００２０】上記各領域１Ａ，１ＢのＥＤＦ素線間はス
プライスまたは光コネクタ等によって接続され、これに
より１本のＥＤＦ１が形成される。また、各領域１Ａ，
１Ｂの長さは、ＥＤＦ１に入射された信号光パワーが、
上述した４光波混合の発生を防ぐための入力光パワーの
上限値Ｐに達するまでの長さに応じて設定される。具体
的な設定については後述する。
プライスまたは光コネクタ等によって接続され、これに
より１本のＥＤＦ１が形成される。また、各領域１Ａ，
１Ｂの長さは、ＥＤＦ１に入射された信号光パワーが、
上述した４光波混合の発生を防ぐための入力光パワーの
上限値Ｐに達するまでの長さに応じて設定される。具体
的な設定については後述する。
【００２１】励起光源２は、ＥＤＦ１内のエルビウムを
励起可能な、例えば波長が０．９８μｍ帯や１．４８μ
ｍ帯等の励起光を発生する公知の光源である。合波器３
は、励起光源２からの励起光を外部からのＷＤＭ信号光
Ｓと合波してＥＤＦ１に送る。ここでは、励起光とＷＤ
Ｍ信号光ＳとがＥＤＦ１内を同一方向に伝搬する前方励
起型とした場合の構成が示してある。
励起可能な、例えば波長が０．９８μｍ帯や１．４８μ
ｍ帯等の励起光を発生する公知の光源である。合波器３
は、励起光源２からの励起光を外部からのＷＤＭ信号光
Ｓと合波してＥＤＦ１に送る。ここでは、励起光とＷＤ
Ｍ信号光ＳとがＥＤＦ１内を同一方向に伝搬する前方励
起型とした場合の構成が示してある。
【００２２】上記のような構成の光ファイバ増幅器１０
では、励起光源２で発生した励起光が合波器３を介して
ＥＤＦ１に供給され、ＥＤＦ１の各領域１Ａ，１Ｂが励
起状態とされる。そして、外部からのＷＤＭ信号光Ｓが
光ファイバ増幅器１０の入力ポートＩＮに入射される
と、その信号光Ｓが合波器３を介してＥＤＦ１の一端に
送られる。
では、励起光源２で発生した励起光が合波器３を介して
ＥＤＦ１に供給され、ＥＤＦ１の各領域１Ａ，１Ｂが励
起状態とされる。そして、外部からのＷＤＭ信号光Ｓが
光ファイバ増幅器１０の入力ポートＩＮに入射される
と、その信号光Ｓが合波器３を介してＥＤＦ１の一端に
送られる。
【００２３】ここでは、ＷＤＭ信号光Ｓとして、例え
ば、１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長帯に３２波の信
号光が多重化された場合を考える。また、ＥＤＦ１にお
ける増幅条件として、例えば、入力されるＷＤＭ信号光
の最大パワーを−５ｄＢｍと想定し、増幅後の出力信号
光パワーを１２ｄＢｍと設定した場合を考える。なお、
本発明におけるＷＤＭ信号光の設定は上記の場合に限ら
れるものではない。
ば、１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長帯に３２波の信
号光が多重化された場合を考える。また、ＥＤＦ１にお
ける増幅条件として、例えば、入力されるＷＤＭ信号光
の最大パワーを−５ｄＢｍと想定し、増幅後の出力信号
光パワーを１２ｄＢｍと設定した場合を考える。なお、
本発明におけるＷＤＭ信号光の設定は上記の場合に限ら
れるものではない。
【００２４】図２は、ＥＤＦ１内における信号光パワー
の変化を長手方向について示した図である。図２に示す
ように、ＥＤＦ１の一端に入射された−５ｄＢｍのＷＤ
Ｍ信号光Ｓは、領域１Ａを伝搬するのに伴って、励起さ
れたエルビウムの誘導放出作用により増幅される。そし
て、入射端からおよそ１１ｍ付近のところまで到達した
時点で、ＥＤＦ１内の信号光パワーが７ｄＢｍに達す
る。上述したように、光パワーが７ｄＢｍ（ＥＤＦにお
ける４光波混合の発生を防ぐ上限値）を超えると、ＥＤ
Ｆ１内で４光波混合が発生するようになり、その発生の
割合は、７ｄＢｍ以上に増幅された信号光の伝搬するＥ
ＤＦ長が長くなる程大きくなる。
の変化を長手方向について示した図である。図２に示す
ように、ＥＤＦ１の一端に入射された−５ｄＢｍのＷＤ
Ｍ信号光Ｓは、領域１Ａを伝搬するのに伴って、励起さ
れたエルビウムの誘導放出作用により増幅される。そし
て、入射端からおよそ１１ｍ付近のところまで到達した
時点で、ＥＤＦ１内の信号光パワーが７ｄＢｍに達す
る。上述したように、光パワーが７ｄＢｍ（ＥＤＦにお
ける４光波混合の発生を防ぐ上限値）を超えると、ＥＤ
Ｆ１内で４光波混合が発生するようになり、その発生の
割合は、７ｄＢｍ以上に増幅された信号光の伝搬するＥ
ＤＦ長が長くなる程大きくなる。
【００２５】図２の破線で示した曲線は、入射端から１
１ｍより先の部分にも領域１Ａと同様のＥＤＦ素線を接
続した場合（従来の光ファイバ増幅器で用いられるＥＤ
Ｆと同様）を想定したときに、出力信号光パワーが１２
ｄＢｍとなるまでの変化を示したものである。このよう
に、ＥＤＦ１全体を同一の素線として所要の出力光パワ
ーを得ようとすると、上限値を超えた大きなパワーの信
号光がＥＤＦ１内を伝搬する距離が長くなるため、４光
波混合による波形劣化が発生し易くなる。
１ｍより先の部分にも領域１Ａと同様のＥＤＦ素線を接
続した場合（従来の光ファイバ増幅器で用いられるＥＤ
Ｆと同様）を想定したときに、出力信号光パワーが１２
ｄＢｍとなるまでの変化を示したものである。このよう
に、ＥＤＦ１全体を同一の素線として所要の出力光パワ
ーを得ようとすると、上限値を超えた大きなパワーの信
号光がＥＤＦ１内を伝搬する距離が長くなるため、４光
波混合による波形劣化が発生し易くなる。
【００２６】そこで、ＥＤＦ１内の信号光パワーが７ｄ
Ｂｍに達する信号光入射端から約１１ｍの部分を境界と
して、ＥＤＦ１の素線をエルビウム濃度が高いものに変
更することで、上限値を超えた大きなパワーの信号光が
ＥＤＦ１内を伝搬する距離を短くする。即ち、ＥＤＦ１
の入射端から約１１ｍまでの部分を領域１Ａとし、該１
１ｍから先の部分を領域１Ｂとする。領域１ＢのＥＤＦ
素線は、領域１ＡのＥＤＦ素線に比べてエルビウム濃度
が高いため、ＷＤＭ信号光Ｓに対する単位長さ当たりの
吸収及び放射が大きくなる。これにより、７ｄＢｍを超
えた信号光パワーを所要の出力レベルまで増幅するのに
必要なＥＤＦの長さが、同一のＥＤＦ素線を用いた場合
と比べて、ここでは約１／４程度に短縮される。従っ
て、４光波混合の発生する割合が小さくなって、ＷＤＭ
信号光の波形劣化が低減されるようになる。
Ｂｍに達する信号光入射端から約１１ｍの部分を境界と
して、ＥＤＦ１の素線をエルビウム濃度が高いものに変
更することで、上限値を超えた大きなパワーの信号光が
ＥＤＦ１内を伝搬する距離を短くする。即ち、ＥＤＦ１
の入射端から約１１ｍまでの部分を領域１Ａとし、該１
１ｍから先の部分を領域１Ｂとする。領域１ＢのＥＤＦ
素線は、領域１ＡのＥＤＦ素線に比べてエルビウム濃度
が高いため、ＷＤＭ信号光Ｓに対する単位長さ当たりの
吸収及び放射が大きくなる。これにより、７ｄＢｍを超
えた信号光パワーを所要の出力レベルまで増幅するのに
必要なＥＤＦの長さが、同一のＥＤＦ素線を用いた場合
と比べて、ここでは約１／４程度に短縮される。従っ
て、４光波混合の発生する割合が小さくなって、ＷＤＭ
信号光の波形劣化が低減されるようになる。
【００２７】このように第１の実施形態によれば、ＥＤ
Ｆ１に入力されたＷＤＭ信号光Ｓのパワーが、４光波混
合の発生を防ぐ上限値を超えると想定される地点を境界
として、その境界よりも信号光出射端側のＥＤＦ素線を
単位長さ当たりの吸収及び放射が大きいものとすること
によって、同一のＥＤＦ素線でＥＤＦ１を構成したとき
に近い増幅特性を維持しながら４光波混合の発生を抑え
ることができる。従って、４光波混合による波形劣化の
改善を図ったＷＤＭ光伝送システム用の光ファイバ増幅
器を提供することが可能となる。
Ｆ１に入力されたＷＤＭ信号光Ｓのパワーが、４光波混
合の発生を防ぐ上限値を超えると想定される地点を境界
として、その境界よりも信号光出射端側のＥＤＦ素線を
単位長さ当たりの吸収及び放射が大きいものとすること
によって、同一のＥＤＦ素線でＥＤＦ１を構成したとき
に近い増幅特性を維持しながら４光波混合の発生を抑え
ることができる。従って、４光波混合による波形劣化の
改善を図ったＷＤＭ光伝送システム用の光ファイバ増幅
器を提供することが可能となる。
【００２８】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。第２の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
た第１の実施形態で用いたＥＤＦ１について、領域１Ａ
のＥＤＦ素線に対して領域１ＢのＥＤＦ素線のエルビウ
ムドープ径を大きくしたものである。図３には、各領域
１Ａ，１Ｂのファイバ断面及びエルビウムドープ状態を
示す。
明する。第２の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
た第１の実施形態で用いたＥＤＦ１について、領域１Ａ
のＥＤＦ素線に対して領域１ＢのＥＤＦ素線のエルビウ
ムドープ径を大きくしたものである。図３には、各領域
１Ａ，１Ｂのファイバ断面及びエルビウムドープ状態を
示す。
【００２９】具体的には、領域１Ａ，１Ｂのモードフィ
ールド径を６μｍとし、領域１Ａのエルビウムドープ径
を３μｍ、領域１Ｂのエルビウムドープ径を５μｍとす
る。また、エルビウムのドープ濃度は、領域１Ａ，１Ｂ
ともに５００ｐｐｍとする。このような光ファイバ増幅
器では、領域１Ｂの素線のエルビウムドープ径を広げた
ことで、伝搬する信号光のうちでエルビウムで吸収及び
放射を受ける光の割合が増えるため、単位長さ当たりの
吸収及び放射が増加する。
ールド径を６μｍとし、領域１Ａのエルビウムドープ径
を３μｍ、領域１Ｂのエルビウムドープ径を５μｍとす
る。また、エルビウムのドープ濃度は、領域１Ａ，１Ｂ
ともに５００ｐｐｍとする。このような光ファイバ増幅
器では、領域１Ｂの素線のエルビウムドープ径を広げた
ことで、伝搬する信号光のうちでエルビウムで吸収及び
放射を受ける光の割合が増えるため、単位長さ当たりの
吸収及び放射が増加する。
【００３０】従って、上述の図２と同様に、４光波混合
の発生するレベルに達した信号光を増幅する光増幅用フ
ァイバとして、図３に示した領域１Ｂの光ファイバを用
いることで４光波混合の発生を抑圧することができる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３
の実施形態の光ファイバ増幅器は、第１、２の実施形態
で用いられるＥＤＦ１を組み合わせたものである。図４
には、第３の実施形態で用いられるＥＤＦ１の各領域１
Ａ，１Ｂのファイバ断面及びエルビウムドープ状態を示
す。
の発生するレベルに達した信号光を増幅する光増幅用フ
ァイバとして、図３に示した領域１Ｂの光ファイバを用
いることで４光波混合の発生を抑圧することができる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３
の実施形態の光ファイバ増幅器は、第１、２の実施形態
で用いられるＥＤＦ１を組み合わせたものである。図４
には、第３の実施形態で用いられるＥＤＦ１の各領域１
Ａ，１Ｂのファイバ断面及びエルビウムドープ状態を示
す。
【００３１】具体的には、領域１Ａ，１Ｂのモードフィ
ールド径を６μｍとし、領域１Ａのエルビウムドープ径
を３μｍ、領域１Ｂのエルビウムドープ径を５μｍと
し、領域１Ａのエルビウムドープ濃度を５００ｐｐｍ、
領域１Ｂのエルビウムドープ濃度を１０００ｐｐｍとし
たものである。このようなＥＤＦ１を用いることで、領
域１Ｂは、領域１Ａよりもエルビウムドープ濃度が高
く、かつ、エルビウムドープ径が広いため、領域１Ｂの
長さを一層短くすることができる。従って、４光波混合
の発生をより効果的に抑圧することができる。
ールド径を６μｍとし、領域１Ａのエルビウムドープ径
を３μｍ、領域１Ｂのエルビウムドープ径を５μｍと
し、領域１Ａのエルビウムドープ濃度を５００ｐｐｍ、
領域１Ｂのエルビウムドープ濃度を１０００ｐｐｍとし
たものである。このようなＥＤＦ１を用いることで、領
域１Ｂは、領域１Ａよりもエルビウムドープ濃度が高
く、かつ、エルビウムドープ径が広いため、領域１Ｂの
長さを一層短くすることができる。従って、４光波混合
の発生をより効果的に抑圧することができる。
【００３２】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。第４の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
たＥＤＦ１の領域１Ｂについて、そのＥＤＦ素線のモー
ドフィールド径を、領域１ＡのＥＤＦ素線のモードフィ
ールド径より大きくすることで、４光波混合の発生を抑
えるようにしたものである。領域１Ｂに用いるＥＤＦ素
線が異なること以外の第４の実施形態の構成は、第１の
実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略す
る。
明する。第４の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
たＥＤＦ１の領域１Ｂについて、そのＥＤＦ素線のモー
ドフィールド径を、領域１ＡのＥＤＦ素線のモードフィ
ールド径より大きくすることで、４光波混合の発生を抑
えるようにしたものである。領域１Ｂに用いるＥＤＦ素
線が異なること以外の第４の実施形態の構成は、第１の
実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略す
る。
【００３３】上記領域１ＢのＥＤＦ素線には、例えば、
エルビウム濃度を５００ｐｐｍとし、モードフィールド
径を１０μｍとし、エルビウムドープ径を４μｍとした
ものが用いられる。なお、領域１ＡのＥＤＦ素線は、第
１の実施形態の場合と同様である。図５には、各領域１
Ａ，１Ｂについて、ファイバ断面方向のエルビウムドー
プ状態を示しておく。
エルビウム濃度を５００ｐｐｍとし、モードフィールド
径を１０μｍとし、エルビウムドープ径を４μｍとした
ものが用いられる。なお、領域１ＡのＥＤＦ素線は、第
１の実施形態の場合と同様である。図５には、各領域１
Ａ，１Ｂについて、ファイバ断面方向のエルビウムドー
プ状態を示しておく。
【００３４】ＥＤＦ１内の光パワーが７ｄＢｍ以上とな
る領域１Ｂについて、ＥＤＦ１のモードフィールド径を
６μｍから１０μｍへと大きくすることによって、領域
１Ｂにおける光パワー密度が領域１Ａにおける光パワー
密度のおよそ１／３倍となるため、領域１Ｂでの４光波
混合が起こり難くなる。また、ここでは、領域１Ｂにお
けるエルビウムドープ径を３μｍから４μｍへと大きく
しているため、領域１ＢのＥＤＦ素線長を長くしなくと
も、信号光パワーを所要のレベルまで増幅することが可
能である。
る領域１Ｂについて、ＥＤＦ１のモードフィールド径を
６μｍから１０μｍへと大きくすることによって、領域
１Ｂにおける光パワー密度が領域１Ａにおける光パワー
密度のおよそ１／３倍となるため、領域１Ｂでの４光波
混合が起こり難くなる。また、ここでは、領域１Ｂにお
けるエルビウムドープ径を３μｍから４μｍへと大きく
しているため、領域１ＢのＥＤＦ素線長を長くしなくと
も、信号光パワーを所要のレベルまで増幅することが可
能である。
【００３５】このように第４の実施形態によれば、領域
１Ｂのモードフィールド径を領域１Ａよりも大きくする
ことでも、第１の実施形態の効果と同様に４光波混合の
発生を抑えて信号光の波形劣化を低減することができ
る。なお、ここでは領域１Ａ，１Ｂの各エルビウムドー
プ径を異なるようにしているが、領域１Ａ，１Ｂの各エ
ルビウムドープ径を同じにし、領域１Ｂのモードフィー
ルド径を領域１Ａよりも大きくしただけでも、４光波混
合の発生を抑圧する効果は得られる。さらに、上述した
第１〜３の各実施形態と第４の実施形態を組み合わせて
効果を上げることもできる。
１Ｂのモードフィールド径を領域１Ａよりも大きくする
ことでも、第１の実施形態の効果と同様に４光波混合の
発生を抑えて信号光の波形劣化を低減することができ
る。なお、ここでは領域１Ａ，１Ｂの各エルビウムドー
プ径を異なるようにしているが、領域１Ａ，１Ｂの各エ
ルビウムドープ径を同じにし、領域１Ｂのモードフィー
ルド径を領域１Ａよりも大きくしただけでも、４光波混
合の発生を抑圧する効果は得られる。さらに、上述した
第１〜３の各実施形態と第４の実施形態を組み合わせて
効果を上げることもできる。
【００３６】次に、本発明の第５の実施形態について説
明する。第５の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
たＥＤＦ１の領域１Ｂについて、そのＥＤＦ素線のコア
とクラッドの比屈折率差を、領域１ＡのＥＤＦ素線の比
屈折率差より小さくすることで、４光波混合の発生を抑
えるようにしたものである。このためには、例えば、コ
アとクラッドの径は領域１Ａ，１Ｂともに同じ構造に
し、ドーパントとしてのゲルマニウム（Ｇｅ）の量を変
えることで、比屈折率差を変える。また、領域１Ａ，１
Ｂの間でゲルマニウムの量を変えずに、領域１Ｂのファ
イバにフッ素（Ｆ）をさらにドープして比屈折率差を変
えてもよい。なお、上述した第１〜３の各実施形態と第
５の実施形態を組み合わせても構わない。
明する。第５の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
たＥＤＦ１の領域１Ｂについて、そのＥＤＦ素線のコア
とクラッドの比屈折率差を、領域１ＡのＥＤＦ素線の比
屈折率差より小さくすることで、４光波混合の発生を抑
えるようにしたものである。このためには、例えば、コ
アとクラッドの径は領域１Ａ，１Ｂともに同じ構造に
し、ドーパントとしてのゲルマニウム（Ｇｅ）の量を変
えることで、比屈折率差を変える。また、領域１Ａ，１
Ｂの間でゲルマニウムの量を変えずに、領域１Ｂのファ
イバにフッ素（Ｆ）をさらにドープして比屈折率差を変
えてもよい。なお、上述した第１〜３の各実施形態と第
５の実施形態を組み合わせても構わない。
【００３７】上記領域１ＢのＥＤＦ素線には、例えば、
比屈折率差を０．３％程度と小さくしたものが用いられ
る。なお、領域１ＡのＥＤＦ素線には、比屈折率差を１
％以上とした一般的なＥＤＦ素線を用いるものとする。
ＥＤＦ１内の光パワーが７ｄＢｍ以上となる領域１Ｂに
ついて、ＥＤＦ１の比屈折率差を０．３％程度の小さな
値とすることによって、領域１Ｂでの４光波混合が起こ
り難くなる。即ち、ＥＤＦ１の比屈折率差を小さくする
と、非線形屈折率が下がるとともに実効光伝送断面積Ａ
eff が大きくなるため、上述した（１）式の関係からも
わかるように、光パワーの上限値Ｐを増大させることに
なる。従って、領域１Ｂにおける４光波混合の発生が抑
えられるようになり、信号光の波形劣化を低減すること
ができる。
比屈折率差を０．３％程度と小さくしたものが用いられ
る。なお、領域１ＡのＥＤＦ素線には、比屈折率差を１
％以上とした一般的なＥＤＦ素線を用いるものとする。
ＥＤＦ１内の光パワーが７ｄＢｍ以上となる領域１Ｂに
ついて、ＥＤＦ１の比屈折率差を０．３％程度の小さな
値とすることによって、領域１Ｂでの４光波混合が起こ
り難くなる。即ち、ＥＤＦ１の比屈折率差を小さくする
と、非線形屈折率が下がるとともに実効光伝送断面積Ａ
eff が大きくなるため、上述した（１）式の関係からも
わかるように、光パワーの上限値Ｐを増大させることに
なる。従って、領域１Ｂにおける４光波混合の発生が抑
えられるようになり、信号光の波形劣化を低減すること
ができる。
【００３８】次に、本発明の第６の実施形態について説
明する。第６の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
たＥＤＦ１の領域１Ｂについて、そのＥＤＦ素線として
高波長分散ＥＤＦを用いることで、４光波混合の発生を
抑えるようにしたものである。領域１Ｂに高波長分散Ｅ
ＤＦを適用したこと以外の第６の実施形態の構成は、第
１の実施形態の構成と同様である。
明する。第６の実施形態の光ファイバ増幅器は、上述し
たＥＤＦ１の領域１Ｂについて、そのＥＤＦ素線として
高波長分散ＥＤＦを用いることで、４光波混合の発生を
抑えるようにしたものである。領域１Ｂに高波長分散Ｅ
ＤＦを適用したこと以外の第６の実施形態の構成は、第
１の実施形態の構成と同様である。
【００３９】上記領域１ＢのＥＤＦ素線として用いられ
る高波長分散ＥＤＦは、領域１Ａに用いられる通常のＥ
ＤＦ素線と比べて、図６に示すように、コア部の屈折率
を高くした部分の径を小さくしたものである。具体的に
は、高屈折率部分の径を２μｍ程度とした高波長分散Ｅ
ＤＦが領域１ＢのＥＤＦ素線として使用される。光ファ
イバ内で発生する４光波混合は、波長分散が大きくなる
程発生し難いことが知られている。このため、パワーの
大きな信号光が伝搬する領域１Ｂに高波長分散ＥＤＦを
適用することによって、４光波混合の発生が抑えられる
ようになり、信号光の波形劣化を低減することができ
る。ここで重要なのは、コア径を小さくするするとモー
ドフィールド径も小さくなるため、モードフィールド径
が小さくなったことによる４光波混合の増加よりも、波
長分散による４光波混合の抑圧効果が大きくなるように
高波長分散ＥＤＦの分散値を設定する必要がある。
る高波長分散ＥＤＦは、領域１Ａに用いられる通常のＥ
ＤＦ素線と比べて、図６に示すように、コア部の屈折率
を高くした部分の径を小さくしたものである。具体的に
は、高屈折率部分の径を２μｍ程度とした高波長分散Ｅ
ＤＦが領域１ＢのＥＤＦ素線として使用される。光ファ
イバ内で発生する４光波混合は、波長分散が大きくなる
程発生し難いことが知られている。このため、パワーの
大きな信号光が伝搬する領域１Ｂに高波長分散ＥＤＦを
適用することによって、４光波混合の発生が抑えられる
ようになり、信号光の波形劣化を低減することができ
る。ここで重要なのは、コア径を小さくするするとモー
ドフィールド径も小さくなるため、モードフィールド径
が小さくなったことによる４光波混合の増加よりも、波
長分散による４光波混合の抑圧効果が大きくなるように
高波長分散ＥＤＦの分散値を設定する必要がある。
【００４０】なお、上述した第１〜６の実施形態では、
１段構成の光ファイバ増幅器として説明したが、本発明
はこれに限らず、例えば、２以上の光ファイバ増幅器を
直列に接続した多段構成の光ファイバ増幅器等にも応用
することが可能である。図７は、２段構成の光ファイバ
増幅器に本発明を適用した場合の一例を示すブロック図
である。
１段構成の光ファイバ増幅器として説明したが、本発明
はこれに限らず、例えば、２以上の光ファイバ増幅器を
直列に接続した多段構成の光ファイバ増幅器等にも応用
することが可能である。図７は、２段構成の光ファイバ
増幅器に本発明を適用した場合の一例を示すブロック図
である。
【００４１】図７の光ファイバ増幅器２０は、２つの光
ファイバ増幅部２０ａ，２０ｂが光アイソレータ４を介
して直列に接続された構成である。信号光入射側に位置
する前段の光ファイバ増幅部２０ａは、従来の光ファイ
バ増幅器と同様の構成であって、単一のＥＤＦ素線を用
いたＥＤＦ１ａ、励起光源２ａ及び合波器３ａから構成
される。一方、後段の光ファイバ増幅部２０ｂは、例え
ば、上述した第１の実施形態の光ファイバ増幅器と同様
の構成とし、異なるＥＤＦ素線を用いた２つの領域１
Ａ，１Ｂを有するＥＤＦ１ｂ、励起光源２ｂ及び合波器
３ｂから構成される。なお、図示しないが、光ファイバ
増幅部２０ａの信号光入射端や光ファイバ増幅部２０ｂ
の信号光出射端に光アイソレータを挿入してもよい。ま
た、ここでは後段の光ファイバ増幅部２０ｂのＥＤＦ１
ｂが、２つの領域１Ａ，１Ｂを有するものとしたが、こ
れに限らずＥＤＦ１ｂを領域１Ｂだけで構成することも
可能である。
ファイバ増幅部２０ａ，２０ｂが光アイソレータ４を介
して直列に接続された構成である。信号光入射側に位置
する前段の光ファイバ増幅部２０ａは、従来の光ファイ
バ増幅器と同様の構成であって、単一のＥＤＦ素線を用
いたＥＤＦ１ａ、励起光源２ａ及び合波器３ａから構成
される。一方、後段の光ファイバ増幅部２０ｂは、例え
ば、上述した第１の実施形態の光ファイバ増幅器と同様
の構成とし、異なるＥＤＦ素線を用いた２つの領域１
Ａ，１Ｂを有するＥＤＦ１ｂ、励起光源２ｂ及び合波器
３ｂから構成される。なお、図示しないが、光ファイバ
増幅部２０ａの信号光入射端や光ファイバ増幅部２０ｂ
の信号光出射端に光アイソレータを挿入してもよい。ま
た、ここでは後段の光ファイバ増幅部２０ｂのＥＤＦ１
ｂが、２つの領域１Ａ，１Ｂを有するものとしたが、こ
れに限らずＥＤＦ１ｂを領域１Ｂだけで構成することも
可能である。
【００４２】一般に、２段構成の光ファイバ増幅器で
は、入射された信号光を前段の光ファイバ増幅部２０ａ
で一旦増幅することで雑音特性の向上が図られ、その信
号光を後段の光ファイバ増幅部２０ｂで所要のパワーま
で増幅して高出力化が図られる。従って、後段の光ファ
イバ増幅部２０ｂを伝搬する信号光のパワーが４光波混
合の発生を防ぐ上限値を超える可能性がある。具体例と
しては、前段の光ファイバ増幅部２０ａで信号光パワー
が−１０ｄＢｍから３ｄＢｍまで増幅され、後段の光フ
ァイバ増幅部２０ｂで信号光が３ｄＢｍから１１ｄＢｍ
まで増幅されるような光ファイバ増幅器では、光レベル
が後段の光ファイバ増幅部２０ｂの途中で非線形光学効
果の発生する７ｄＢｍ近傍に達すると推定される。この
ような場合に上記のような構成の光ファイバ増幅器２０
を用いることで、４光波混合の発生を抑えることが可能
となる。
は、入射された信号光を前段の光ファイバ増幅部２０ａ
で一旦増幅することで雑音特性の向上が図られ、その信
号光を後段の光ファイバ増幅部２０ｂで所要のパワーま
で増幅して高出力化が図られる。従って、後段の光ファ
イバ増幅部２０ｂを伝搬する信号光のパワーが４光波混
合の発生を防ぐ上限値を超える可能性がある。具体例と
しては、前段の光ファイバ増幅部２０ａで信号光パワー
が−１０ｄＢｍから３ｄＢｍまで増幅され、後段の光フ
ァイバ増幅部２０ｂで信号光が３ｄＢｍから１１ｄＢｍ
まで増幅されるような光ファイバ増幅器では、光レベル
が後段の光ファイバ増幅部２０ｂの途中で非線形光学効
果の発生する７ｄＢｍ近傍に達すると推定される。この
ような場合に上記のような構成の光ファイバ増幅器２０
を用いることで、４光波混合の発生を抑えることが可能
となる。
【００４３】また、上述の各実施形態では、前方励起型
の基本構成とした場合について説明したが、本発明は前
方励起型の構成以外にも、励起光とＷＤＭ信号光とがＥ
ＤＦ内を逆方向に伝搬する後方励起型や、励起光がＥＤ
Ｆの両端から供給される双方向励起型の構成としても構
わない。さらに、光増幅用ファイバとしてＥＤＦを使用
するようにしたが、エルビウム以外の他の希土類元素を
ドープした公知の希土類元素ドープファイバを用いても
よい。
の基本構成とした場合について説明したが、本発明は前
方励起型の構成以外にも、励起光とＷＤＭ信号光とがＥ
ＤＦ内を逆方向に伝搬する後方励起型や、励起光がＥＤ
Ｆの両端から供給される双方向励起型の構成としても構
わない。さらに、光増幅用ファイバとしてＥＤＦを使用
するようにしたが、エルビウム以外の他の希土類元素を
ドープした公知の希土類元素ドープファイバを用いても
よい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅用
ファイバ及び光ファイバ増幅器は、ＷＤＭ信号光のパワ
ーが非線形光学現象の発生可能なレベルに達する境界位
置の前後に第１、２の領域を形成し、信号光出射側に位
置する第２の領域を非線形光学現象の発生を抑圧可能な
構造としたことによって、励起効率の低下を抑えながら
非線形光学現象の発生を抑えることができる。従って、
４光波混合等の非線形光学現象によるＷＤＭ信号光の波
形劣化を改善した光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅
器を提供することが可能である。
ファイバ及び光ファイバ増幅器は、ＷＤＭ信号光のパワ
ーが非線形光学現象の発生可能なレベルに達する境界位
置の前後に第１、２の領域を形成し、信号光出射側に位
置する第２の領域を非線形光学現象の発生を抑圧可能な
構造としたことによって、励起効率の低下を抑えながら
非線形光学現象の発生を抑えることができる。従って、
４光波混合等の非線形光学現象によるＷＤＭ信号光の波
形劣化を改善した光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅
器を提供することが可能である。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ増幅
器の構成を示すブロック図である。
器の構成を示すブロック図である。
【図２】同上第１の実施形態のＥＤＦ内における信号光
パワーの変化を示した図である。
パワーの変化を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施形態で用いるＥＤＦの各領
域におけるエルビウムドープ状態を示す図である。
域におけるエルビウムドープ状態を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態で用いるＥＤＦの各領
域におけるエルビウムドープ状態を示す図である。
域におけるエルビウムドープ状態を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態で用いるＥＤＦの各領
域におけるエルビウムドープ状態を示す図である。
域におけるエルビウムドープ状態を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施形態で用いるＥＤＦの各領
域における屈折率の変化を示す図である。
域における屈折率の変化を示す図である。
【図７】２段構成の光ファイバ増幅器について本発明を
適用した場合の構成例を示すブロック図である。
適用した場合の構成例を示すブロック図である。
【図８】従来の光ファイバ増幅器についてＥＤＦ内にお
ける信号光パワーの変化を示した図である。
ける信号光パワーの変化を示した図である。
１，１ａ，１ｂ…エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ） １Ａ，１Ｂ…領域 ２，２ａ，２ｂ…励起光源 ３，３ａ，３ｂ…合波器 １０，２０…光ファイバ増幅器 ２０ａ，２０ｂ…光ファイバ増幅部 ＩＮ…入力ポート ＯＵＴ…出力ポート Ｓ…ＷＤＭ信号光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守谷 薫 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 尾中 寛 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 HH03 JJ05 JJ20 KK30 PP07 YY17
Claims (21)
- 【請求項１】波長の異なる複数の信号光を含んだ波長多
重信号光を一括して増幅可能にする希土類元素をドープ
した光増幅用ファイバにおいて、 前記波長多重信号光のパワーが非線形光学現象の発生し
得るレベルに達する長手方向の予め設定された位置と信
号光出射口との間に、信号光入射側に位置する第１の領
域及び信号光出射側に位置する第２の領域の境界を有
し、該第２の領域が、非線形光学現象の発生を抑圧可能
な構造を備えたことを特徴とする光増幅用ファイバ。 - 【請求項２】希土類元素をドープした光増幅用ファイバ
と、励起光を発生する少なくとも１つの励起光源と、該
励起光源からの励起光を前記光増幅用ファイバに入射さ
せる少なくとも１つの合波部と、を備え、波長の異なる
複数の信号光を含んだ波長多重信号光を一括して増幅す
る光ファイバ増幅器において、 前記光増幅用ファイバは、前記波長多重信号光のパワー
が非線形光学現象の発生し得るレベルに達する長手方向
の予め設定された位置と信号光出射口の間に、信号光入
射側に位置する第１の領域及び信号光出射側に位置する
第２の領域の境界を有し、該第２の領域が、非線形光学
現象の発生を抑圧可能な構造を備えたことを特徴とする
光ファイバ増幅器。 - 【請求項３】前記第２の領域は、前記波長多重信号光に
対する単位長さ当たりの吸収及び放射が前記第１の領域
よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の光ファイ
バ増幅器。 - 【請求項４】前記第２の領域は、希土類元素のドープ濃
度が前記第１の領域よりも高いことを特徴とする請求項
３記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項５】前記第２の領域は、希土類元素のドープ径
が前記第１の領域よりも大きいことを特徴とする請求項
３または４記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項６】前記第２の領域は、モードフィールド径が
前記第１の領域よりも大きいことを特徴とする請求項２
記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項７】前記第２の領域は、比屈折率差が前記第１
の領域よりも小さいことを特徴とする請求項２記載の光
ファイバ増幅器。 - 【請求項８】前記第２の領域は、波長分散が前記第１の
領域よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の光フ
ァイバ増幅器。 - 【請求項９】２つの光ファイバ増幅部が直列に接続さ
れ、後段側の光ファイバ増幅部から出力される信号光の
パワーが非線形光学現象の発生し得るレベルに達してい
る光ファイバ増幅器において、 後段側の光ファイバ増幅部に適用される後段光増幅用フ
ァイバが、前段側の光ファイバ増幅部に適用される前段
光増幅用ファイバと比較して、非線形光学現象の発生を
抑圧可能な構造を備えたことを特徴とする光ファイバ増
幅器。 - 【請求項１０】前記後段光増幅用ファイバは、前記波長
多重信号光に対する単位長さ当たりの吸収及び放射が前
記前段光増幅用ファイバよりも大きいことを特徴とする
請求項９記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項１１】前記後段光増幅用ファイバは、希土類元
素のドープ濃度が前記前段光増幅用ファイバよりも高い
ことを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項１２】前記後段光増幅用ファイバは、希土類元
素のドープ径が前記前段光増幅用ファイバよりも大きい
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の光ファイ
バ増幅器。 - 【請求項１３】前記後段光増幅用ファイバは、モードフ
ィールド径が前記前段光増幅用ファイバよりも大きいこ
とを特徴とする請求項９記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項１４】前記後段光増幅用ファイバは、比屈折率
差が前記前段光増幅用ファイバよりも小さいことを特徴
とする請求項９記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項１５】前記後段光増幅用ファイバは、波長分散
が前記前段光増幅用ファイバよりも大きいことを特徴と
する請求項９記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項１６】希土類元素をドープした光ファイバを有
する光ファイバ増幅器において、 該光ファイバは、第１のモードフィールド径を有する希
土類元素ドープ光ファイバと第２のモードフィールド径
を有する希土類元素ドープ光ファイバとを接続して構成
したことを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項１７】請求項１６の光ファイバ増幅器におい
て、光を出力する側の光ファイバのモードフィールド径
が、光を入力する側の光ファイバのモードフィールド径
に対して大きくしてあることを特徴とする光ファイバ増
幅器。 - 【請求項１８】希土類元素をドープした光ファイバを有
する光ファイバ増幅器において、 該光ファイバは、第１の希土類元素ドープ濃度を有する
希土類元素ドープ光ファイバと第２の希土類元素ドープ
濃度を有する希土類元素ドープ光ファイバとを接続して
構成したことを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項１９】請求項１８の光ファイバ増幅器におい
て、光を出力する側の光ファイバの希土類元素ドープ濃
度が、光を入力する側の光ファイバの希土類元素ドープ
濃度に対して大きくしてあることを特徴とする光ファイ
バ増幅器。 - 【請求項２０】希土類元素をドープした光ファイバを有
する光ファイバ増幅器において、 該光ファイバは、第１と第２の希土類元素ドープ光ファ
イバからなり、第２の希土類元素ドープ光ファイバのコ
ア径は、第１の希土類元素ドープ光ファイバのコア径よ
り小さくしてあることを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項２１】請求項２０の光ファイバ増幅器におい
て、前記第２の希土類元素ドープ光ファイバの分散値が
４光波混合を抑圧する分散値を有していることを特徴と
する光ファイバ増幅器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19442898A JP4094126B2 (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 希土類ドープ光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器 |
| US09/339,188 US6266180B1 (en) | 1998-07-09 | 1999-06-24 | Optical fiber amplifier using optical fiber having a portion which suppresses nonlinear optical phenomena |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19442898A JP4094126B2 (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 希土類ドープ光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000031571A true JP2000031571A (ja) | 2000-01-28 |
| JP4094126B2 JP4094126B2 (ja) | 2008-06-04 |
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ID=16324445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19442898A Expired - Fee Related JP4094126B2 (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 希土類ドープ光ファイバ及びそれを用いた光ファイバ増幅器 |
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-
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- 1998-07-09 JP JP19442898A patent/JP4094126B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-06-24 US US09/339,188 patent/US6266180B1/en not_active Expired - Lifetime
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