JP2000180640A - ゲインイコライザ、光増幅装置および光ファイバ通信システム - Google Patents
ゲインイコライザ、光増幅装置および光ファイバ通信システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 利得媒質の内部において利得の波長依存性を
緩和し、それによって利得媒質そのものの利得特性を制
御する。 【解決手段】 発明の光ファイバ増幅器は、ゲインイコ
ライザとして機能する長周期ファイバグレーティング２
１を紫外レーザによってコア内に複数個書き込んだエル
ビウムドープ光ファイバ心線１を用いて作製されてい
る。各ファイバグレーティング２１は光ファイバ心線１
の被覆層の外側から紫外レーザを照射することによって
コア内の屈折率に周期的な変調を与えたものである。光
ファイバ心線１内では、ファイバグレーティング２１が
利得の波長依存性を補償し平坦化するため、広い帯域に
わたって均等な増幅が効率よく実現される。
緩和し、それによって利得媒質そのものの利得特性を制
御する。 【解決手段】 発明の光ファイバ増幅器は、ゲインイコ
ライザとして機能する長周期ファイバグレーティング２
１を紫外レーザによってコア内に複数個書き込んだエル
ビウムドープ光ファイバ心線１を用いて作製されてい
る。各ファイバグレーティング２１は光ファイバ心線１
の被覆層の外側から紫外レーザを照射することによって
コア内の屈折率に周期的な変調を与えたものである。光
ファイバ心線１内では、ファイバグレーティング２１が
利得の波長依存性を補償し平坦化するため、広い帯域に
わたって均等な増幅が効率よく実現される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を増幅する利得
媒質の利得が波長に依存して変化する場合に利得の波長
依存性を補償するために使用されるゲインイコライザ
（利得等化器）に関する。また、本発明は、このような
ゲインイコライザを内蔵した光ファイバや光増幅装置な
らびにそれらから構成された光ファイバ通信システムに
関する。
媒質の利得が波長に依存して変化する場合に利得の波長
依存性を補償するために使用されるゲインイコライザ
（利得等化器）に関する。また、本発明は、このような
ゲインイコライザを内蔵した光ファイバや光増幅装置な
らびにそれらから構成された光ファイバ通信システムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信の分野では波長多重伝送
（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式の
開発が積極的に進められている。この波長多重伝送方式
によれば、複数の波長の光（信号光）を光ファイバで伝
送し、受信部において波長毎に分波を行うため、他の波
長の信号光が雑音として作用することになる。特に、信
号光を増幅する光ファイバ増幅器の利得に強い波長依存
性があると、増幅後の信号光強度に大きなばらつきが生
じるため、このばらつきを補償する必要性が生じる。
（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式の
開発が積極的に進められている。この波長多重伝送方式
によれば、複数の波長の光（信号光）を光ファイバで伝
送し、受信部において波長毎に分波を行うため、他の波
長の信号光が雑音として作用することになる。特に、信
号光を増幅する光ファイバ増幅器の利得に強い波長依存
性があると、増幅後の信号光強度に大きなばらつきが生
じるため、このばらつきを補償する必要性が生じる。
【０００３】このような光強度ばらつきを補償するため
に、従来、光ファイバ増幅器の出力側に損失フィルタ装
置を付加することが提案されている（「光ファイバ増幅
器用利得等化器」、ＮＥＣ技報Vol.51 No4/1998、第49
〜53頁）。この文献によれば、増幅後の信号光強度の波
長依存性を、複数のエタロンフィルタを組み合わせた集
中型損失フィルタ装置によって低減し、それによって出
力光強度の波長特性を平準化している。
に、従来、光ファイバ増幅器の出力側に損失フィルタ装
置を付加することが提案されている（「光ファイバ増幅
器用利得等化器」、ＮＥＣ技報Vol.51 No4/1998、第49
〜53頁）。この文献によれば、増幅後の信号光強度の波
長依存性を、複数のエタロンフィルタを組み合わせた集
中型損失フィルタ装置によって低減し、それによって出
力光強度の波長特性を平準化している。
【０００４】このような集中型の損失フィルタ装置を光
ファイバグレーティングによって構成することも提案さ
れている（「残留応力開放による長周期ファイバグレー
ティングを用いた利得平坦化ＥＤＦＡ」、1998年電子情
報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、C-3-
2、第136頁）。この文献では、純粋石英コアファイバの
残留応力を開放して作製した長周期ファイバグレーティ
ングを損失フィルタ装置として使用している。
ファイバグレーティングによって構成することも提案さ
れている（「残留応力開放による長周期ファイバグレー
ティングを用いた利得平坦化ＥＤＦＡ」、1998年電子情
報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、C-3-
2、第136頁）。この文献では、純粋石英コアファイバの
残留応力を開放して作製した長周期ファイバグレーティ
ングを損失フィルタ装置として使用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の損失フィルタ装
置は、何れも、希土類元素ドープ光ファイバなどの利得
媒質によって光を増幅した後に、その増幅光に対するフ
ィルタリングを実行するために使用される。その場合、
損失フィルタ装置のフィルタリング特性は、利得媒質全
体の最終的なゲイン特性に応じて決定される。利得媒質
全体のゲイン特性が例えば図１（ａ）の曲線Ａに示され
る波長依存性を持つ場合、損失フィルタ装置のフィルタ
リング特性は図１（ｂ）の曲線Ｂに示すような波長依存
性を持つように設計される。曲線Ｂは曲線Ａの利得の相
対的に高い部分に対してより大きな損失を与えるプロフ
ァイルを有している。利得媒質によって増幅された出力
光の強度は、図１（ａ）のゲイン特性（曲線Ａ）に応じ
た波長依存性を持つに至るが、その後、出力光強度の相
対的に高い成分が損失フィルタ装置によって部分的にカ
ットされるため、最終的には図１（ｃ）の曲線Ｃで示さ
れる光を得ることができる。
置は、何れも、希土類元素ドープ光ファイバなどの利得
媒質によって光を増幅した後に、その増幅光に対するフ
ィルタリングを実行するために使用される。その場合、
損失フィルタ装置のフィルタリング特性は、利得媒質全
体の最終的なゲイン特性に応じて決定される。利得媒質
全体のゲイン特性が例えば図１（ａ）の曲線Ａに示され
る波長依存性を持つ場合、損失フィルタ装置のフィルタ
リング特性は図１（ｂ）の曲線Ｂに示すような波長依存
性を持つように設計される。曲線Ｂは曲線Ａの利得の相
対的に高い部分に対してより大きな損失を与えるプロフ
ァイルを有している。利得媒質によって増幅された出力
光の強度は、図１（ａ）のゲイン特性（曲線Ａ）に応じ
た波長依存性を持つに至るが、その後、出力光強度の相
対的に高い成分が損失フィルタ装置によって部分的にカ
ットされるため、最終的には図１（ｃ）の曲線Ｃで示さ
れる光を得ることができる。
【０００６】このように、損失フィルタ装置のフィルタ
リング特性は利得媒質全体が示す利得の波長依存性に基
づいて決定されてきた。しかし、信号光が利得媒質中を
伝搬するとき、その信号光に対する利得は信号光の進行
方向に沿って変化する。言い換えると、信号光の増幅率
は、利得媒質中の位置に応じて変化している。
リング特性は利得媒質全体が示す利得の波長依存性に基
づいて決定されてきた。しかし、信号光が利得媒質中を
伝搬するとき、その信号光に対する利得は信号光の進行
方向に沿って変化する。言い換えると、信号光の増幅率
は、利得媒質中の位置に応じて変化している。
【０００７】図２（ａ）は、利得媒質中を伝搬する信号
光が感じる利得の波長依存性を例示している。利得媒質
に入射した直後における信号光の強度は相対的に低く、
そのかわりに大きな利得を得やすい。その後、信号光は
利得媒質中を伝搬するうちに増幅されるが、信号光強度
の増加に伴って利得は低下する。図２（ａ）では、入力
端側で強い波長依存性を持つ利得が、利得媒質の内部に
奥深く進入するほど小さくなり、しかも均された波長依
存性を持つに至る様子を示している。
光が感じる利得の波長依存性を例示している。利得媒質
に入射した直後における信号光の強度は相対的に低く、
そのかわりに大きな利得を得やすい。その後、信号光は
利得媒質中を伝搬するうちに増幅されるが、信号光強度
の増加に伴って利得は低下する。図２（ａ）では、入力
端側で強い波長依存性を持つ利得が、利得媒質の内部に
奥深く進入するほど小さくなり、しかも均された波長依
存性を持つに至る様子を示している。
【０００８】図２（ｂ）は、利得媒質内を伝搬する信号
光の強度が伝搬距離（利得媒質長Ｌ）に依存してどのよ
うに増大してゆくかを示している。図２（ｂ）からわか
るように、信号光の強度は、利得媒質に入射した直後は
急激に増大してゆくが、やがて飽和しだす。利得は、弱
い信号光に対しては大きく、強い信号光に対しては小さ
いことがわかる。このため、利得は利得媒質長Ｌの増加
に応じて低下し、利得の波長依存性も減少することにな
る。このように、利得および利得の波長依存性は、利得
媒質中の位置に応じて変化するものであり、より正確に
言えば、利得は利得媒質と伝搬光（信号光）との相互作
用によって変化するものである。
光の強度が伝搬距離（利得媒質長Ｌ）に依存してどのよ
うに増大してゆくかを示している。図２（ｂ）からわか
るように、信号光の強度は、利得媒質に入射した直後は
急激に増大してゆくが、やがて飽和しだす。利得は、弱
い信号光に対しては大きく、強い信号光に対しては小さ
いことがわかる。このため、利得は利得媒質長Ｌの増加
に応じて低下し、利得の波長依存性も減少することにな
る。このように、利得および利得の波長依存性は、利得
媒質中の位置に応じて変化するものであり、より正確に
言えば、利得は利得媒質と伝搬光（信号光）との相互作
用によって変化するものである。
【０００９】図２（ｃ）は、所定強度の光を所定サイズ
の利得媒質に入力した場合の利得媒質全体としての利得
特性を示している。この利得特性は、図２（ａ）に示し
たような位置に応じて変化する利得特性を積分したもの
である。従来は、このような利得特性を測定した後、こ
の利得特性を補償する集中型の損失フィルタを設計し、
利得媒質の後方に挿入してきた。しかしながら、利得媒
質の長さが変化したり入力光強度が変化すると、利得媒
質の各部における媒質と信号光の相互作用の程度が変化
するため、図２（ｃ）の利得特性も変動する。このよう
な変動が生じた場合には、図２（ｃ）の利得特性がどの
ように変化するかを正確に予測することは困難であった
し、また集中型の損失フィルタ装置の特性を変更するこ
とも容易ではなかった。
の利得媒質に入力した場合の利得媒質全体としての利得
特性を示している。この利得特性は、図２（ａ）に示し
たような位置に応じて変化する利得特性を積分したもの
である。従来は、このような利得特性を測定した後、こ
の利得特性を補償する集中型の損失フィルタを設計し、
利得媒質の後方に挿入してきた。しかしながら、利得媒
質の長さが変化したり入力光強度が変化すると、利得媒
質の各部における媒質と信号光の相互作用の程度が変化
するため、図２（ｃ）の利得特性も変動する。このよう
な変動が生じた場合には、図２（ｃ）の利得特性がどの
ように変化するかを正確に予測することは困難であった
し、また集中型の損失フィルタ装置の特性を変更するこ
とも容易ではなかった。
【００１０】上述したように、利得特性が利得媒質内の
位置に応じて変化しているにもかかわらず、従来は最終
的な利得の波長依存性（図２（ｃ）参照）だけに着目
し、増幅後の光に対するフィルタリングによって波長依
存性を等化（イコライズ）していた。このように事後的
な補償方式によれば、損失フィルタ装置の接続損失が大
きくなるだけでなく、利得媒質の内部において無用な利
得に励起エネルギを費やしてしまうことにもなる。ま
た、入力信号光の強度が変化する場合には等化が充分に
達成されないという不都合も生じる。
位置に応じて変化しているにもかかわらず、従来は最終
的な利得の波長依存性（図２（ｃ）参照）だけに着目
し、増幅後の光に対するフィルタリングによって波長依
存性を等化（イコライズ）していた。このように事後的
な補償方式によれば、損失フィルタ装置の接続損失が大
きくなるだけでなく、利得媒質の内部において無用な利
得に励起エネルギを費やしてしまうことにもなる。ま
た、入力信号光の強度が変化する場合には等化が充分に
達成されないという不都合も生じる。
【００１１】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、利得媒質の内部において利得
の波長依存性を緩和し、それによって利得媒質そのもの
の利得特性を制御することのできるゲインイコライザを
提供することにある。更に、本発明の他の目的は、この
ようなゲインイコライザを内蔵した光増幅装置や光ファ
イバおよびその製造方法を提供するとともに、ゲインイ
コライザを内蔵した光ファイバ増幅装置を含む光ファイ
バ通信システムを提供することにもある。
であり、その主な目的は、利得媒質の内部において利得
の波長依存性を緩和し、それによって利得媒質そのもの
の利得特性を制御することのできるゲインイコライザを
提供することにある。更に、本発明の他の目的は、この
ようなゲインイコライザを内蔵した光増幅装置や光ファ
イバおよびその製造方法を提供するとともに、ゲインイ
コライザを内蔵した光ファイバ増幅装置を含む光ファイ
バ通信システムを提供することにもある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によるゲインイコ
ライザは、光を増幅する利得媒質であって前記光の波長
に依存して利得が変化する利得媒質の中に形成された屈
折率変調構造を備え、前記屈折率変調構造は、前記利得
媒質中を伝搬する光に対して損失を与え、それによって
前記利得媒質中における利得の波長依存性を低減する。
ライザは、光を増幅する利得媒質であって前記光の波長
に依存して利得が変化する利得媒質の中に形成された屈
折率変調構造を備え、前記屈折率変調構造は、前記利得
媒質中を伝搬する光に対して損失を与え、それによって
前記利得媒質中における利得の波長依存性を低減する。
【００１３】前記屈折率変調構造は、前記光の進行方向
に沿って屈折率がほぼ周期的に変化するグレーティング
から形成されていることが好ましい。
に沿って屈折率がほぼ周期的に変化するグレーティング
から形成されていることが好ましい。
【００１４】前記利得媒質が希土類元素添加光ファイバ
を構成していてもよい。
を構成していてもよい。
【００１５】本発明による光増幅装置は、光を増幅する
利得媒質であって前記光の波長に依存して利得が変化す
る利得媒質と、前記利得媒質中における利得の波長依存
性を低減するゲインイコライザとを備えた光増幅装置で
あって、前記ゲインイコライザは、前記利得媒質中に形
成され、前記利得媒質中を伝搬する光に対して損失を与
える屈折率変調構造を備えていることを特徴とする。
利得媒質であって前記光の波長に依存して利得が変化す
る利得媒質と、前記利得媒質中における利得の波長依存
性を低減するゲインイコライザとを備えた光増幅装置で
あって、前記ゲインイコライザは、前記利得媒質中に形
成され、前記利得媒質中を伝搬する光に対して損失を与
える屈折率変調構造を備えていることを特徴とする。
【００１６】前記屈折率変調構造は、前記利得媒質の中
の複数の箇所に配置されていることが好ましい。
の複数の箇所に配置されていることが好ましい。
【００１７】前記利得媒質が希土類元素添加光ファイバ
を構成し、前記屈折率変調構造がファイバグレーティン
グから形成されていてもよい。
を構成し、前記屈折率変調構造がファイバグレーティン
グから形成されていてもよい。
【００１８】前記ファイバグレーティングは、前記希土
類元素添加光ファイバのうち増幅されるべき光が入力さ
れる側に多く配置されていることが好ましい。
類元素添加光ファイバのうち増幅されるべき光が入力さ
れる側に多く配置されていることが好ましい。
【００１９】好ましい実施形態では、前記光増幅装置は
光ファイバ増幅器である。
光ファイバ増幅器である。
【００２０】本発明による光ファイバ通信システムは、
波長多重された信号光を生成する信号光源と、前記信号
光を伝搬させる光ファイバ網と、前記光ファイバ網の途
中点で前記信号光を増幅する光ファイバ増幅器とを備え
た光ファイバ通信システムであって、前記光ファイバ増
幅器は、希土類元素添加光ファイバと、前記希土類添加
光ファイバを励起する励起光源と、前記希土類元素添加
光ファイバの中に形成されたゲインイコライザとを備
え、前記ゲインイコライザが前記希土類元素添加光ファ
イバ中を伝搬する光に対して損失を与え、それによって
前記希土類元素添加光ファイバ中における利得の波長依
存性を低減することを特徴とする。
波長多重された信号光を生成する信号光源と、前記信号
光を伝搬させる光ファイバ網と、前記光ファイバ網の途
中点で前記信号光を増幅する光ファイバ増幅器とを備え
た光ファイバ通信システムであって、前記光ファイバ増
幅器は、希土類元素添加光ファイバと、前記希土類添加
光ファイバを励起する励起光源と、前記希土類元素添加
光ファイバの中に形成されたゲインイコライザとを備
え、前記ゲインイコライザが前記希土類元素添加光ファ
イバ中を伝搬する光に対して損失を与え、それによって
前記希土類元素添加光ファイバ中における利得の波長依
存性を低減することを特徴とする。
【００２１】前記ゲインイコライザは、前記希土類元素
添加光ファイバ中に形成された少なくともひとつのファ
イバグレーティングから構成されていることが好まし
い。
添加光ファイバ中に形成された少なくともひとつのファ
イバグレーティングから構成されていることが好まし
い。
【００２２】前記ファイバグレーティングは、前記希土
類元素添加光ファイバのうち前記信号光が入力される側
に多く配置されていることが好ましい。
類元素添加光ファイバのうち前記信号光が入力される側
に多く配置されていることが好ましい。
【００２３】本発明によるゲインイコライザ内蔵型光フ
ァイバの製造方法は、希土類が添加されたコアと、前記
コアを囲むクラッドと、前記クラッドの外周面を覆う紫
外線透過型樹脂被覆層とを備えた希土類元素添加光ファ
イバ心線を用意する工程と、紫外線を前記被覆層の外側
から前記コアに対して照射してファイバグレーティング
を前記コアに書き込み、それによってゲインイコライザ
を前記コア内に形成する工程とを包含する。
ァイバの製造方法は、希土類が添加されたコアと、前記
コアを囲むクラッドと、前記クラッドの外周面を覆う紫
外線透過型樹脂被覆層とを備えた希土類元素添加光ファ
イバ心線を用意する工程と、紫外線を前記被覆層の外側
から前記コアに対して照射してファイバグレーティング
を前記コアに書き込み、それによってゲインイコライザ
を前記コア内に形成する工程とを包含する。
【００２４】前記ゲインイコライザを前記コア内に形成
する工程は、前記希土類元素添加光ファイバ心線の利得
を測定しながら行うことが好ましい。
する工程は、前記希土類元素添加光ファイバ心線の利得
を測定しながら行うことが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図３（ａ）〜（ｃ）を参照
しながら、本発明のゲインイコライザの動作原理を説明
する。図３（ａ）は、利得の波長依存性が利得媒質長方
向に沿ってどのように変化するかを示すゲイン特性Ｇ1
〜ＧNと、利得媒質内の複数の位置に形成された屈折率
変調構造のフィルタリング特性（損失特性）Ｌ1〜ＬNと
を示している（Ｎは２以上の整数とする）。本願発明で
は、異なるフィルタリング機能を持った複数の屈折率変
調構造を利得媒質の内部に分布させている。また、屈折
率変調構造のフィルタリング特性は、各々の屈折率変調
構造が配置される位置の利得特性に応じて設計されてい
る。
しながら、本発明のゲインイコライザの動作原理を説明
する。図３（ａ）は、利得の波長依存性が利得媒質長方
向に沿ってどのように変化するかを示すゲイン特性Ｇ1
〜ＧNと、利得媒質内の複数の位置に形成された屈折率
変調構造のフィルタリング特性（損失特性）Ｌ1〜ＬNと
を示している（Ｎは２以上の整数とする）。本願発明で
は、異なるフィルタリング機能を持った複数の屈折率変
調構造を利得媒質の内部に分布させている。また、屈折
率変調構造のフィルタリング特性は、各々の屈折率変調
構造が配置される位置の利得特性に応じて設計されてい
る。
【００２６】本願明細書における「屈折率変調構造」と
は、信号光の進行方向（利得媒質長Ｌの増加する方向）
に沿ってほぼ周期的に屈折率が変化する構造であり、グ
レーティング（回折格子）として機能する。屈折率変調
構造における屈折率の変調周期が特定のひとつの大きさ
を持つ場合、その周期に応じた波長を持つ信号光が屈折
率変調構造によって反射・放射などのフィルタリング作
用を受けるが、本願発明では、屈折率変調構造の変調周
期に分布を与えることによってチャーピングを行ってい
るため、屈折率変調構造の各々は信号光の波長に応じて
変化する所定のプロフィルを持ったフィルタリング特性
Ｌ1〜ＬNを示すようになっている。
は、信号光の進行方向（利得媒質長Ｌの増加する方向）
に沿ってほぼ周期的に屈折率が変化する構造であり、グ
レーティング（回折格子）として機能する。屈折率変調
構造における屈折率の変調周期が特定のひとつの大きさ
を持つ場合、その周期に応じた波長を持つ信号光が屈折
率変調構造によって反射・放射などのフィルタリング作
用を受けるが、本願発明では、屈折率変調構造の変調周
期に分布を与えることによってチャーピングを行ってい
るため、屈折率変調構造の各々は信号光の波長に応じて
変化する所定のプロフィルを持ったフィルタリング特性
Ｌ1〜ＬNを示すようになっている。
【００２７】上記フィルタリング特性Ｌ1〜ＬNを持った
屈折率変調構造を利得媒質内の適当な位置に形成するこ
とによって、媒質の利得特性は図３（ｂ）に示すように
変化する。利得媒質内の各位置で利得の波長依存性がな
らされ、広い波長帯域で信号光の増幅がほぼ均等に実現
する。
屈折率変調構造を利得媒質内の適当な位置に形成するこ
とによって、媒質の利得特性は図３（ｂ）に示すように
変化する。利得媒質内の各位置で利得の波長依存性がな
らされ、広い波長帯域で信号光の増幅がほぼ均等に実現
する。
【００２８】ここで、信号光強度が充分に飽和するため
に必要な利得媒質長をＬSとした場合において、実際の
利得媒質がＬSよりも充分に長いとき、ゲインイコライ
ザは利得媒質の信号光入力端側から長さＬSの範囲内に
設ければ充分である。図３（ｂ）からわかるように、信
号光入力端側から遠ざかるにつれて、単位長さ毎に信号
光に与えられる波長間の利得差も縮小し、利得の波長依
存性を等化する必要性は小さくなる。従って、屈折率変
調構造は、信号光入力端側に近い領域に多く設けること
が好ましい。なお、フィルタリング特性Ｌ1を持つ屈折
率変調構造だけを利得媒質の該当個所に集中して形成し
たとすると、図３（ｃ）に示すような利得特性が得られ
る。
に必要な利得媒質長をＬSとした場合において、実際の
利得媒質がＬSよりも充分に長いとき、ゲインイコライ
ザは利得媒質の信号光入力端側から長さＬSの範囲内に
設ければ充分である。図３（ｂ）からわかるように、信
号光入力端側から遠ざかるにつれて、単位長さ毎に信号
光に与えられる波長間の利得差も縮小し、利得の波長依
存性を等化する必要性は小さくなる。従って、屈折率変
調構造は、信号光入力端側に近い領域に多く設けること
が好ましい。なお、フィルタリング特性Ｌ1を持つ屈折
率変調構造だけを利得媒質の該当個所に集中して形成し
たとすると、図３（ｃ）に示すような利得特性が得られ
る。
【００２９】フィルタリング特性Ｌi（１≦ｉ≦Ｎ）を
持った屈折率変調構造を利得媒質内の所定位置に形成す
ると、その位置の近傍において利得媒質と屈折率変調構
造との間で或る種の相互作用が生じると考えられる。そ
の結果、あらかじめ測定によって求めたゲイン特性Ｇi
が変化する可能性がある。従って、前もって測定したゲ
イン特性Ｇiを補償するように設計したフィルタリング
特性Ｌiは、相互作用後のゲイン特性Ｇi’を補償するに
は最適でなくなるおそれがある。そこで、フィルタリン
グ特性Ｌiを最適化するには、利得媒質中に屈折率変調
構造を形成しながら、その位置での利得特性を実際に測
定しつつ、測定されるゲイン特性を観測しながら屈折率
変調構造のフィルタリング特性を調節することが好まし
い。屈折率変調構造を利得媒質内に形成すると、励起状
態が摂動を受け、ゲイン特性を示す曲線の山部分の高さ
が低下するだけでなく、谷部分の深さも浅くなる。これ
は励起エネルギが利得媒質内で効率的に利用されること
を意味している。
持った屈折率変調構造を利得媒質内の所定位置に形成す
ると、その位置の近傍において利得媒質と屈折率変調構
造との間で或る種の相互作用が生じると考えられる。そ
の結果、あらかじめ測定によって求めたゲイン特性Ｇi
が変化する可能性がある。従って、前もって測定したゲ
イン特性Ｇiを補償するように設計したフィルタリング
特性Ｌiは、相互作用後のゲイン特性Ｇi’を補償するに
は最適でなくなるおそれがある。そこで、フィルタリン
グ特性Ｌiを最適化するには、利得媒質中に屈折率変調
構造を形成しながら、その位置での利得特性を実際に測
定しつつ、測定されるゲイン特性を観測しながら屈折率
変調構造のフィルタリング特性を調節することが好まし
い。屈折率変調構造を利得媒質内に形成すると、励起状
態が摂動を受け、ゲイン特性を示す曲線の山部分の高さ
が低下するだけでなく、谷部分の深さも浅くなる。これ
は励起エネルギが利得媒質内で効率的に利用されること
を意味している。
【００３０】以上のことから、複数の屈折率変調構造を
利得媒質内に分布させる場合、信号光の入射端側からひ
とつずつ屈折率変調構造を形成しつつ、各屈折率変調構
造のフィルタリング特性を最適化することが好ましい。
もちろん、各フィルタリング特性をいったん決定した後
は、同様の利得媒質に対して同時に屈折率変調構造を形
成することも可能であるし、その場合には利得媒質各部
の利得特性を測定する必要もない。
利得媒質内に分布させる場合、信号光の入射端側からひ
とつずつ屈折率変調構造を形成しつつ、各屈折率変調構
造のフィルタリング特性を最適化することが好ましい。
もちろん、各フィルタリング特性をいったん決定した後
は、同様の利得媒質に対して同時に屈折率変調構造を形
成することも可能であるし、その場合には利得媒質各部
の利得特性を測定する必要もない。
【００３１】−希土類ドープ光ファイバ− 以下、図４を参照しながら、希土類ドープ光ファイバを
利得媒質として用いる本発明の実施形態を説明する。
利得媒質として用いる本発明の実施形態を説明する。
【００３２】図４は、ゲインイコライザとして機能する
長波長ファイバグレーティングがコア内に形成された希
土類ドープ光ファイバ心線１の軸方向断面を示してい
る。図４からわかるように、この光ファイバ心線１は、
途中に長周期グレーティング２１が作り込まれたコア２
と、コア２の周りに形成されたクラッド３と、クラッド
の外周面を覆う被覆層４とを備えている。
長波長ファイバグレーティングがコア内に形成された希
土類ドープ光ファイバ心線１の軸方向断面を示してい
る。図４からわかるように、この光ファイバ心線１は、
途中に長周期グレーティング２１が作り込まれたコア２
と、コア２の周りに形成されたクラッド３と、クラッド
の外周面を覆う被覆層４とを備えている。
【００３３】本実施形態では、グレーティング２１をコ
ア２に対する紫外線照射によって書き込んでいる。より
詳細に述べれば、紫外線透過型樹脂からなる被覆層４で
ガラス部分を被覆した後、特定波長帯域の紫外レーザ光
のグレーティングパターンを被覆層４の外側から被覆層
４に覆われた状態のガラス部分（２、３）に照射し、そ
れによってコア２に屈折率変調構造を形成している。こ
れは、ガラスに紫外線を照射すると、光誘起屈折率変化
が生じることを利用している。紫外線による光誘起屈折
率変化のメカニズムについては、ＧｅとＳｉＯ2（石英
ガラス）との結合が紫外線照射によって変化して屈折率
変化が生じるとするクラマース−クローニッヒ機構に基
づく考え方、ガラス結合が紫外線照射により切断されて
ガラス構造の潰れが生じ、これにより、密度が増大して
屈折率が上昇するとする圧縮モデルに基づく考え方、ま
たは、双極子モデルに基づく考え方等の種々のものが提
案されているが、未だ完全には解明されていないのが実
情である。
ア２に対する紫外線照射によって書き込んでいる。より
詳細に述べれば、紫外線透過型樹脂からなる被覆層４で
ガラス部分を被覆した後、特定波長帯域の紫外レーザ光
のグレーティングパターンを被覆層４の外側から被覆層
４に覆われた状態のガラス部分（２、３）に照射し、そ
れによってコア２に屈折率変調構造を形成している。こ
れは、ガラスに紫外線を照射すると、光誘起屈折率変化
が生じることを利用している。紫外線による光誘起屈折
率変化のメカニズムについては、ＧｅとＳｉＯ2（石英
ガラス）との結合が紫外線照射によって変化して屈折率
変化が生じるとするクラマース−クローニッヒ機構に基
づく考え方、ガラス結合が紫外線照射により切断されて
ガラス構造の潰れが生じ、これにより、密度が増大して
屈折率が上昇するとする圧縮モデルに基づく考え方、ま
たは、双極子モデルに基づく考え方等の種々のものが提
案されているが、未だ完全には解明されていないのが実
情である。
【００３４】グレーティング２１の書き込みに際して、
通常、被覆層４を取り除いてガラス部分を部分的に露出
させる方法が採られている。しかしながら、そのような
方法によれば、再び被覆層４を形成する工程が必要にな
るのみならず、再被覆層によってガラス部分を覆ったと
しても、光ファイバ心線１の機械的強度が低下するなど
の不都合が生じる。本実施形態では、被覆層４を剥がさ
ないので、機械的強度の低下を避けることができ、光フ
ァイバ心線１の信頼性を大いに向上させられる。
通常、被覆層４を取り除いてガラス部分を部分的に露出
させる方法が採られている。しかしながら、そのような
方法によれば、再び被覆層４を形成する工程が必要にな
るのみならず、再被覆層によってガラス部分を覆ったと
しても、光ファイバ心線１の機械的強度が低下するなど
の不都合が生じる。本実施形態では、被覆層４を剥がさ
ないので、機械的強度の低下を避けることができ、光フ
ァイバ心線１の信頼性を大いに向上させられる。
【００３５】次に、図４を参照しながら、光ファイバ心
線１に対するグレーティングの書き込み方法をより詳細
に説明する。
線１に対するグレーティングの書き込み方法をより詳細
に説明する。
【００３６】ここで用いるコア２には、通常仕様の光フ
ァイバのコアに含まれているＧｅと同程度の濃度を有す
るＧｅがドープされている。ここで通常仕様の光ファイ
バとは、前記光ファイバ心線１に接続される光ファイバ
心線のことである。このような光ファイバ心線のコアに
は、通常、比屈折率差が０．３〜１％程度になる量のＧ
e がドープされている。
ァイバのコアに含まれているＧｅと同程度の濃度を有す
るＧｅがドープされている。ここで通常仕様の光ファイ
バとは、前記光ファイバ心線１に接続される光ファイバ
心線のことである。このような光ファイバ心線のコアに
は、通常、比屈折率差が０．３〜１％程度になる量のＧ
e がドープされている。
【００３７】紫外線照射によってコア２内の光誘起屈折
率変化を定常的に高めるためには、Ｇｅに加えて、Ｓ
ｎ、Ｓｎ及びＡl、または、Ｓｎ、Ａｌ及びＢのドーパ
ントをコア２にドープしておくことが好ましい。Ｓｎの
好ましい濃度範囲は１００００〜１５０００ｐｐｍであ
る。また、Ａlの好ましい濃度範囲は５００〜２０００
ｐｐｍであり、Ｂの好ましい濃度範囲は１００００〜４
５０００ｐｐｍである。
率変化を定常的に高めるためには、Ｇｅに加えて、Ｓ
ｎ、Ｓｎ及びＡl、または、Ｓｎ、Ａｌ及びＢのドーパ
ントをコア２にドープしておくことが好ましい。Ｓｎの
好ましい濃度範囲は１００００〜１５０００ｐｐｍであ
る。また、Ａlの好ましい濃度範囲は５００〜２０００
ｐｐｍであり、Ｂの好ましい濃度範囲は１００００〜４
５０００ｐｐｍである。
【００３８】Ｓｎを共ドープすると、紫外線照射による
屈折率変化が通常濃度のＧe をドープしただけのコアと
比べ増大し、その結果、屈折率変調度が実効的に増大す
ることになる。従って、グレーティングの書き込みを有
効に行い得るだけでなく、グレーティングのフィルタリ
ング性能も向上する。
屈折率変化が通常濃度のＧe をドープしただけのコアと
比べ増大し、その結果、屈折率変調度が実効的に増大す
ることになる。従って、グレーティングの書き込みを有
効に行い得るだけでなく、グレーティングのフィルタリ
ング性能も向上する。
【００３９】Ｇｅ濃度は接続対象の光ファイバのコアと
同等にしておけば、通常仕様の光ファイバと接続しても
接続損失の増大を招くこともないので好ましい。
同等にしておけば、通常仕様の光ファイバと接続しても
接続損失の増大を招くこともないので好ましい。
【００４０】なお、利得を得るために、希土類元素の１
つとしてエルビウムがコア２内にドープされている。エ
ルビウムの濃度の好ましい範囲は、数十〜数千ｐｐｍで
ある。またエルビウム以外の希土類元素としてＮｄ、Ｐ
ｒ、Ｔｍ等を添加してもよい。
つとしてエルビウムがコア２内にドープされている。エ
ルビウムの濃度の好ましい範囲は、数十〜数千ｐｐｍで
ある。またエルビウム以外の希土類元素としてＮｄ、Ｐ
ｒ、Ｔｍ等を添加してもよい。
【００４１】前記ドーパントの添加は、種々の公知の方
法により行えばよい。ＧｅやＳｎのドーピングを例えば
浸漬により行う場合、ＧｅやＳｎの化合物（Ｓｎの場
合、例えばＳｎＣｌ2・２Ｈ2Ｏ）をメチルアルコールと
混合し、その溶液の中にコアスートを浸漬すればよい。
法により行えばよい。ＧｅやＳｎのドーピングを例えば
浸漬により行う場合、ＧｅやＳｎの化合物（Ｓｎの場
合、例えばＳｎＣｌ2・２Ｈ2Ｏ）をメチルアルコールと
混合し、その溶液の中にコアスートを浸漬すればよい。
【００４２】本実施形態の被覆層４は、紫外線を透過す
る特性を有する紫外線透過型の樹脂により形成されたも
のである。この被覆層４としては、グレーティング２１
の書き込みのために照射される紫外線の特定波長帯（例
えば２５０ｎｍ〜２７０ｎｍの波長帯）を少なくとも透
過させるものであればよい。特に好ましくは、前記特定
波長帯の紫外線を殆ど吸収せずに透過させる一方、前記
特定波長帯よりも短い波長または長い波長の紫外線を吸
収して硬化反応を生じさせる樹脂が用いられる。つま
り、波長によって紫外線吸収特性が異なり、前記特定波
長帯では紫外線透過型である一方、前記特定波長帯より
も短い波長域または長い波長域では紫外線硬化型である
ような樹脂によって被覆層４を形成するのが最も好まし
い。このような樹脂としては、ウレタン系アクリレート
もしくはエポキシ系アクリレートに対し例えば２４０ｎ
ｍよりも短い波長域または２７０ｎｍよりも長い波長域
の紫外線を受けて硬化反応を開始・促進させるような光
開始剤（フォトイニシエータ）を配合したものを用いれ
ばよい。
る特性を有する紫外線透過型の樹脂により形成されたも
のである。この被覆層４としては、グレーティング２１
の書き込みのために照射される紫外線の特定波長帯（例
えば２５０ｎｍ〜２７０ｎｍの波長帯）を少なくとも透
過させるものであればよい。特に好ましくは、前記特定
波長帯の紫外線を殆ど吸収せずに透過させる一方、前記
特定波長帯よりも短い波長または長い波長の紫外線を吸
収して硬化反応を生じさせる樹脂が用いられる。つま
り、波長によって紫外線吸収特性が異なり、前記特定波
長帯では紫外線透過型である一方、前記特定波長帯より
も短い波長域または長い波長域では紫外線硬化型である
ような樹脂によって被覆層４を形成するのが最も好まし
い。このような樹脂としては、ウレタン系アクリレート
もしくはエポキシ系アクリレートに対し例えば２４０ｎ
ｍよりも短い波長域または２７０ｎｍよりも長い波長域
の紫外線を受けて硬化反応を開始・促進させるような光
開始剤（フォトイニシエータ）を配合したものを用いれ
ばよい。
【００４３】被覆層４は光ファイバ素線の線引直後にシ
ングルコートにより形成するのが生産性の観点から最も
好ましい。被覆層の「膜厚」としてはグレーティング書
き込み後の機械的強度特性がファイバグレーティングが
接続される通常の通信用光ファイバ心線と同程度になる
ようにすればよい。具体的には、少なくとも３０μｍ程
度の膜厚になるようにすればよい。１２５μｍの光ファ
イバ素線であれば、例えば３７．５μｍというように３
０〜５０μｍの膜厚の被覆層４を形成することが好まし
い。本発明によれば、グレーティングの書き込みに際し
て被覆層４を除去しないため、光ファイバ強度が低下し
にくく、被覆層４の厚さを５０μｍ以下にしても充分な
機械的強度が達成される。
ングルコートにより形成するのが生産性の観点から最も
好ましい。被覆層の「膜厚」としてはグレーティング書
き込み後の機械的強度特性がファイバグレーティングが
接続される通常の通信用光ファイバ心線と同程度になる
ようにすればよい。具体的には、少なくとも３０μｍ程
度の膜厚になるようにすればよい。１２５μｍの光ファ
イバ素線であれば、例えば３７．５μｍというように３
０〜５０μｍの膜厚の被覆層４を形成することが好まし
い。本発明によれば、グレーティングの書き込みに際し
て被覆層４を除去しないため、光ファイバ強度が低下し
にくく、被覆層４の厚さを５０μｍ以下にしても充分な
機械的強度が達成される。
【００４４】グレーティング２１の書き込みは周知の種
々の方法を採用して行えばよい。例えば位相マスク法に
よって行うことができる。その場合には、図４に示すよ
うに前記光ファイバ心線１の側方直前に格子状の位相マ
スク５を配設し、この位相マスク５に対し紫外レーザー
光をシリンドリカルレンズ系６を介して照射すればよ
い。このとき、例えば固体レーザであるＮｄ−ＹＡＧレ
ーザの４倍波長である２６６ｎｍのコヒーレント紫外光
を照射する。これにより、コア２に対し前記の位相マス
ク５の格子ピッチに対応したグレーティングピッチのグ
レーティング２１が書き込まれることになる。固体レー
サを用いれば、空間的コヒーレンシーの高いレーザ光が
得られるため、被覆層４で覆われた状態のコア２内にグ
レーティングを書き込む上で好都合である。なお、本実
施形態では、ほぼ１００〜５００μｍ周期の屈折率変調
を実現してクラッドへの前方結合を実現する長周期ファ
イバグレーティング（グレーティング長：１０〜１００
ｍｍ）を形成する。
々の方法を採用して行えばよい。例えば位相マスク法に
よって行うことができる。その場合には、図４に示すよ
うに前記光ファイバ心線１の側方直前に格子状の位相マ
スク５を配設し、この位相マスク５に対し紫外レーザー
光をシリンドリカルレンズ系６を介して照射すればよ
い。このとき、例えば固体レーザであるＮｄ−ＹＡＧレ
ーザの４倍波長である２６６ｎｍのコヒーレント紫外光
を照射する。これにより、コア２に対し前記の位相マス
ク５の格子ピッチに対応したグレーティングピッチのグ
レーティング２１が書き込まれることになる。固体レー
サを用いれば、空間的コヒーレンシーの高いレーザ光が
得られるため、被覆層４で覆われた状態のコア２内にグ
レーティングを書き込む上で好都合である。なお、本実
施形態では、ほぼ１００〜５００μｍ周期の屈折率変調
を実現してクラッドへの前方結合を実現する長周期ファ
イバグレーティング（グレーティング長：１０〜１００
ｍｍ）を形成する。
【００４５】紫外線の「照射エネルギー密度」として
は、好ましくは被覆層のヤング率増大を所定範囲に抑制
する上で、１．５〜４．０ｋＪ／ｃｍ2の範囲内の値に
する。紫外線照射方法としては、パルス当たりのエネル
ギーを一定にして微小パルス幅で所定のパルス周波数で
繰り返し照射する、連続して照射する、間隔を開けて単
発的に大エネルギーで照射する等の種々の方法を採用し
てもよい。
は、好ましくは被覆層のヤング率増大を所定範囲に抑制
する上で、１．５〜４．０ｋＪ／ｃｍ2の範囲内の値に
する。紫外線照射方法としては、パルス当たりのエネル
ギーを一定にして微小パルス幅で所定のパルス周波数で
繰り返し照射する、連続して照射する、間隔を開けて単
発的に大エネルギーで照射する等の種々の方法を採用し
てもよい。
【００４６】上記方法によれば、希土類ドープ光ファイ
バ心線１の任意の位置にファイバグレーティング２１を
形成することができる。しかも、光ファイバ心線１内を
実際に光が伝搬する状態でグレーティング２１の書き込
みを実行することができる。このため、グレーティング
２１の書き込みによって生じる利得特性の変化を観察し
ながら、グレーティング２１の書き込み作業を調整する
ことが可能にある。その結果、グレーティング２１のフ
ィルタリング特性を最適化することができ、利得の無駄
な低下を避けることも可能になる。
バ心線１の任意の位置にファイバグレーティング２１を
形成することができる。しかも、光ファイバ心線１内を
実際に光が伝搬する状態でグレーティング２１の書き込
みを実行することができる。このため、グレーティング
２１の書き込みによって生じる利得特性の変化を観察し
ながら、グレーティング２１の書き込み作業を調整する
ことが可能にある。その結果、グレーティング２１のフ
ィルタリング特性を最適化することができ、利得の無駄
な低下を避けることも可能になる。
【００４７】希土類ドープ光ファイバ心線１のどの位置
にファイバグレーティング２１を書き込むかは任意であ
るが、ファイバグレーティング２１は信号光の入力側に
近い位置に設けることが好ましい。複数のファイバグレ
ーティング２１を一本のコア２内に間隔をおいて形成す
る場合、第１のファイバグレーティングを上記方法で書
き込んだ後、第１のファイバグレーティングから信号光
の進行方向に離れた位置に上記方法で第２のファイバグ
レーティングを書き込むことになる。このようにして、
順次、複数のファイバグレーティングを書き込んでゆけ
ば、利得の波長依存性を効率的にならした希土類ドープ
光ファイバ心線１を得ることが可能になる。
にファイバグレーティング２１を書き込むかは任意であ
るが、ファイバグレーティング２１は信号光の入力側に
近い位置に設けることが好ましい。複数のファイバグレ
ーティング２１を一本のコア２内に間隔をおいて形成す
る場合、第１のファイバグレーティングを上記方法で書
き込んだ後、第１のファイバグレーティングから信号光
の進行方向に離れた位置に上記方法で第２のファイバグ
レーティングを書き込むことになる。このようにして、
順次、複数のファイバグレーティングを書き込んでゆけ
ば、利得の波長依存性を効率的にならした希土類ドープ
光ファイバ心線１を得ることが可能になる。
【００４８】次に、ファイバグレーティングのフィルタ
リング特性を調整する方法を説明する。利得媒質の或る
位置における利得特性が図１（ａ）の曲線Ａで示される
場合、その位置に形成するべきファイバグレーティング
のフィルタリング特性は、ほぼ図１（ｂ）に示すような
ものとなる。このようなフィルタリング特性を持ったフ
ァイバグレーティングを設計する場合、以下に示す方法
またはそれらを適宜組み合わせた方法を用いてフィルタ
リング特性を制御することができる。すなわち、（１）
周期の異なる複数のマスクまたはチャープマスクを用い
て屈折率変調周期変化を調整する方法、（２）コアに対
する紫外線照射時間を調整する方法、（３）紫外線照射
の空間強度分布を調整する方法、および（４）ファイバ
へ印加する応力を調整する方法。
リング特性を調整する方法を説明する。利得媒質の或る
位置における利得特性が図１（ａ）の曲線Ａで示される
場合、その位置に形成するべきファイバグレーティング
のフィルタリング特性は、ほぼ図１（ｂ）に示すような
ものとなる。このようなフィルタリング特性を持ったフ
ァイバグレーティングを設計する場合、以下に示す方法
またはそれらを適宜組み合わせた方法を用いてフィルタ
リング特性を制御することができる。すなわち、（１）
周期の異なる複数のマスクまたはチャープマスクを用い
て屈折率変調周期変化を調整する方法、（２）コアに対
する紫外線照射時間を調整する方法、（３）紫外線照射
の空間強度分布を調整する方法、および（４）ファイバ
へ印加する応力を調整する方法。
【００４９】−光ファイバ増幅器− 次に、上記希土類ドープ光ファイバを用いて構成した光
ファイバ増幅器を説明する。最初に図５（ａ）を参照す
る。図５（ａ）は、本実施形態にかかる光ファイバ増幅
器の全体構成を模式的に示している。
ファイバ増幅器を説明する。最初に図５（ａ）を参照す
る。図５（ａ）は、本実施形態にかかる光ファイバ増幅
器の全体構成を模式的に示している。
【００５０】この光ファイバ増幅器は、複数のファイバ
グレーティング２１が内部に形成されたエルビウムドー
プ光ファイバ心線１と、このエルビウムドープ光ファイ
バ心線１を励起するための励起光源１２とを備えてい
る。励起光源１２は、例えば波長１．４８μｍ帯または
波長０．９８μｍ帯レーザであり、励起光源１２から放
射された励起光（pump light）は、光ファイバ１１を経
て光カプラ１３によってエルビウムドープ光ファイバ心
線１に結合される。光カプラ１３は、光ファイバ１５内
を伝搬してきた信号光（波長は例えば１５３８〜１５６
４ｎｍ）と光アイソレータ１４を介して結合される。信
号光はエルビウムドープ光ファイバ心線１内で増幅され
たのち、光アイソレータ１６を介して出力側の光ファイ
バ５に結合される。
グレーティング２１が内部に形成されたエルビウムドー
プ光ファイバ心線１と、このエルビウムドープ光ファイ
バ心線１を励起するための励起光源１２とを備えてい
る。励起光源１２は、例えば波長１．４８μｍ帯または
波長０．９８μｍ帯レーザであり、励起光源１２から放
射された励起光（pump light）は、光ファイバ１１を経
て光カプラ１３によってエルビウムドープ光ファイバ心
線１に結合される。光カプラ１３は、光ファイバ１５内
を伝搬してきた信号光（波長は例えば１５３８〜１５６
４ｎｍ）と光アイソレータ１４を介して結合される。信
号光はエルビウムドープ光ファイバ心線１内で増幅され
たのち、光アイソレータ１６を介して出力側の光ファイ
バ５に結合される。
【００５１】本実施形態におけるエルビウムドープ光フ
ァイバ心線１には、図４を参照しながら説明したファイ
バグレーティング２１が複数個形成されており、各グレ
ーティング２１は、例えば図３（ａ）に示すような種々
のフィルタリング特性（損失特性）を持つように設計さ
れている。その結果、エルビウムドープ光ファイバ心線
１内の利得は、図３（ｂ）に示すように平坦化された波
長依存特性を示すこととなり、エルビウムドープ光ファ
イバ心線１から出力された光の強度分布は、図１（ｃ）
に示すように等化され、利得の広帯域化が達成される。
ァイバ心線１には、図４を参照しながら説明したファイ
バグレーティング２１が複数個形成されており、各グレ
ーティング２１は、例えば図３（ａ）に示すような種々
のフィルタリング特性（損失特性）を持つように設計さ
れている。その結果、エルビウムドープ光ファイバ心線
１内の利得は、図３（ｂ）に示すように平坦化された波
長依存特性を示すこととなり、エルビウムドープ光ファ
イバ心線１から出力された光の強度分布は、図１（ｃ）
に示すように等化され、利得の広帯域化が達成される。
【００５２】本実施形態の構成によれば、図３（ａ）に
示すように利得媒質内の複数の位置において細かく損失
を与えることによって利得平坦化を効率良く実現するこ
とができる。この構成は、励起光の進行方向が信号光の
進行方向に対して逆になる後方励起方式の場合でも、ま
た、励起光の進行方向が信号光の進行方向に一致する前
方励起方式の場合でも、同様に採用できる。利得は信号
光の強度に応じて図３（ａ）に示すように変化するから
である。
示すように利得媒質内の複数の位置において細かく損失
を与えることによって利得平坦化を効率良く実現するこ
とができる。この構成は、励起光の進行方向が信号光の
進行方向に対して逆になる後方励起方式の場合でも、ま
た、励起光の進行方向が信号光の進行方向に一致する前
方励起方式の場合でも、同様に採用できる。利得は信号
光の強度に応じて図３（ａ）に示すように変化するから
である。
【００５３】このような光ファイバ増幅器によれば、そ
の後段に従来の集中型フィルタ装置を挿入しなくとも、
信号光を均等に増幅することができる。また、本発明で
は、利得媒質の利得そのものを利得媒質内部において直
接的に制御しているため、その等化機能は信号光の強度
変動にも影響されにくい特質がある。さらには、ファイ
バグレーティングを紫外光によって被覆層の外側から書
き込んでいるため、エルビウムドープ光ファイバ心線１
の複数の箇所に屈折率変調構造を造り込むことが容易で
ある。これに対し、従来のフィルタ装置をエルビウムド
ープ光ファイバ心線１内に挿入しようとすると大きな挿
入損失が発生するし、また、被覆層を剥がす方法でグレ
ーティングを書き込むと、手間がかかるだけではなく機
械的強度の劣化などの重大な問題が生じる。
の後段に従来の集中型フィルタ装置を挿入しなくとも、
信号光を均等に増幅することができる。また、本発明で
は、利得媒質の利得そのものを利得媒質内部において直
接的に制御しているため、その等化機能は信号光の強度
変動にも影響されにくい特質がある。さらには、ファイ
バグレーティングを紫外光によって被覆層の外側から書
き込んでいるため、エルビウムドープ光ファイバ心線１
の複数の箇所に屈折率変調構造を造り込むことが容易で
ある。これに対し、従来のフィルタ装置をエルビウムド
ープ光ファイバ心線１内に挿入しようとすると大きな挿
入損失が発生するし、また、被覆層を剥がす方法でグレ
ーティングを書き込むと、手間がかかるだけではなく機
械的強度の劣化などの重大な問題が生じる。
【００５４】以上の説明から明らかなように、エルビウ
ムドープ光ファイバ１内にグレーティングを形成して、
その利得の波長依存性を制御するには、図４を参照しな
がら説明したグレーティング書き込み方法が最適であ
り、むしろ、グレーティングの書き込みに際して被覆層
を隔離する方法によったのでは実用化が困難であるとい
える。
ムドープ光ファイバ１内にグレーティングを形成して、
その利得の波長依存性を制御するには、図４を参照しな
がら説明したグレーティング書き込み方法が最適であ
り、むしろ、グレーティングの書き込みに際して被覆層
を隔離する方法によったのでは実用化が困難であるとい
える。
【００５５】なお、ファイバグレーティング２１の形成
位置は、等間隔である必要はない。図５（ａ）では、簡
単化のため、エルビウムドープ光ファイバ１のほぼ全長
にわたって等間隔にファイバグレーティング２１を形成
したように記載しているが、ファイバグレーティング２
１の形成位置はこれに限定されるわけではない。
位置は、等間隔である必要はない。図５（ａ）では、簡
単化のため、エルビウムドープ光ファイバ１のほぼ全長
にわたって等間隔にファイバグレーティング２１を形成
したように記載しているが、ファイバグレーティング２
１の形成位置はこれに限定されるわけではない。
【００５６】次に、図５（ｂ）を参照しながら、光ファ
イバ増幅器の他の実施形態を説明する。この光ファイバ
増幅器は後方励起型であり、前方励起型の図５（ａ）の
光ファイバ増幅器とは、次の点で異なる。すなわち、励
起光源１２から放射された励起光がエルビウムドープ光
ファイバ１の出力側から入力され、エルビウムドープ光
ファイバ１内を信号光の伝搬方向とは反対方向に伝搬す
るようになっている。また、図５（ｂ）の場合は、ファ
イバグレーティング２１がエルビウムドープ光ファイバ
１の入力側に偏って形成されている。
イバ増幅器の他の実施形態を説明する。この光ファイバ
増幅器は後方励起型であり、前方励起型の図５（ａ）の
光ファイバ増幅器とは、次の点で異なる。すなわち、励
起光源１２から放射された励起光がエルビウムドープ光
ファイバ１の出力側から入力され、エルビウムドープ光
ファイバ１内を信号光の伝搬方向とは反対方向に伝搬す
るようになっている。また、図５（ｂ）の場合は、ファ
イバグレーティング２１がエルビウムドープ光ファイバ
１の入力側に偏って形成されている。
【００５７】エルビウムドープ光ファイバ１内の利得
は、信号光の入力端側に近いほど大きい。そのため、フ
ァイバグレーティング２１を形成する位置は、信号光の
入力端側に近いほど、利得の等化を効率的に行うことが
できる。このことは、励起光の進行方向には依存しな
い。
は、信号光の入力端側に近いほど大きい。そのため、フ
ァイバグレーティング２１を形成する位置は、信号光の
入力端側に近いほど、利得の等化を効率的に行うことが
できる。このことは、励起光の進行方向には依存しな
い。
【００５８】図５（ｃ）は、単数のファイバグレーティ
ング２１をエルビウムドープ光ファイバ１内に形成した
例を示している。ファイバグレーティング２１の個数が
一個であっても、利得の波長依存性を平坦化する機能は
発揮される。ただし、この場合は、利得の平坦化が不完
全であるため、従来の集中型フィルタ装置を光ファイバ
増幅器の出力後方に付加的に設けても良い。
ング２１をエルビウムドープ光ファイバ１内に形成した
例を示している。ファイバグレーティング２１の個数が
一個であっても、利得の波長依存性を平坦化する機能は
発揮される。ただし、この場合は、利得の平坦化が不完
全であるため、従来の集中型フィルタ装置を光ファイバ
増幅器の出力後方に付加的に設けても良い。
【００５９】−光ファイバ通信システム− 最後に、図６を参照しながら、上記光ファイバ増幅器を
含む光ファイバ通信システムを説明する。
含む光ファイバ通信システムを説明する。
【００６０】図６の光ファイバ通信システムは、信号光
を送出する送信機６０と、信号光を伝送する光ファイバ
網６１と、伝送途中で信号光を増幅する光ファイバ増幅
器６２と、信号光を受信する受信器６３とを備えてい
る。光ファイバ増幅器６２以外の要素については、従来
の光ファイバ通信システムに用いられる周知の要素が使
用されうるため、その説明はここでは省略する。なお、
光ファイバ増幅器６２は、図５を参照しながら説明した
前述の構成を有している。
を送出する送信機６０と、信号光を伝送する光ファイバ
網６１と、伝送途中で信号光を増幅する光ファイバ増幅
器６２と、信号光を受信する受信器６３とを備えてい
る。光ファイバ増幅器６２以外の要素については、従来
の光ファイバ通信システムに用いられる周知の要素が使
用されうるため、その説明はここでは省略する。なお、
光ファイバ増幅器６２は、図５を参照しながら説明した
前述の構成を有している。
【００６１】このような光ファイバ伝送システムによれ
ば、伝送路中に設けられた光ファイバ増幅器の波長依存
性を補償し、その利得偏差を効果的に低減できるため、
波長多重伝送方式の場合でも多チャネルの信号につき強
度ばらつきが発生しにくいという大きな効果が得られ
る。
ば、伝送路中に設けられた光ファイバ増幅器の波長依存
性を補償し、その利得偏差を効果的に低減できるため、
波長多重伝送方式の場合でも多チャネルの信号につき強
度ばらつきが発生しにくいという大きな効果が得られ
る。
【００６２】以上、本発明を利得媒質が光ファイバ内に
存在する実施形態について説明してきたが、本発明はこ
れに限定されるものではない。本発明は、利得媒質の波
長依存性を補償し、そのプロファイルを平坦化するもの
であるので、利得媒質の種類が如何なるものであっても
広く適用可能である。利得媒質の状態としては、固相、
気相もしくは液相、またはこれらの組み合わせであって
もよい。従って、本発明をガスレーサや固体レーザなど
の光増幅装置に適用することも可能である。ガスレーザ
に本発明のゲインイコライザを適用する場合、例えば誘
電薄膜を積層した少なくとも１つの光学フィルタをレー
ザ媒質中に挿入し、それによって利得の波長依存性を等
化することが可能である。こうして、本発明によれば広
い波長範囲にわたってレーザ発振を実現する新しいタイ
プのレーザ光源を提供することも可能になる。
存在する実施形態について説明してきたが、本発明はこ
れに限定されるものではない。本発明は、利得媒質の波
長依存性を補償し、そのプロファイルを平坦化するもの
であるので、利得媒質の種類が如何なるものであっても
広く適用可能である。利得媒質の状態としては、固相、
気相もしくは液相、またはこれらの組み合わせであって
もよい。従って、本発明をガスレーサや固体レーザなど
の光増幅装置に適用することも可能である。ガスレーザ
に本発明のゲインイコライザを適用する場合、例えば誘
電薄膜を積層した少なくとも１つの光学フィルタをレー
ザ媒質中に挿入し、それによって利得の波長依存性を等
化することが可能である。こうして、本発明によれば広
い波長範囲にわたってレーザ発振を実現する新しいタイ
プのレーザ光源を提供することも可能になる。
【００６３】
【発明の効果】本発明のゲインイコライザは、利得媒質
の中に形成した屈折率変調構造を備えているため、増幅
後に光に損失を与えて光強度の波長依存性を補償する従
来の損失フィルタ装置に比較して、より低い損失で効率
よく利得の波長依存性を等化することができる。また、
集中型に限定されず、分散型のゲインイコライザを実現
することも可能になる。
の中に形成した屈折率変調構造を備えているため、増幅
後に光に損失を与えて光強度の波長依存性を補償する従
来の損失フィルタ装置に比較して、より低い損失で効率
よく利得の波長依存性を等化することができる。また、
集中型に限定されず、分散型のゲインイコライザを実現
することも可能になる。
【００６４】光の進行方向に沿って屈折率がほぼ周期的
に変化するグレーティングから前記屈折率変調構造を形
成する場合、グレーティング周期の調整によって任意の
フィルタリング特性を得ることが可能である。
に変化するグレーティングから前記屈折率変調構造を形
成する場合、グレーティング周期の調整によって任意の
フィルタリング特性を得ることが可能である。
【００６５】利得媒質として希土類元素添加光ファイバ
を用いる場合、ファイバの長手方向に利得特性が変化す
るため、本発明のゲインイコライザを分散型として形成
すれば、利得の制御を効率的に実行することが可能にな
る。このため、光ファイバ増幅器の後段にフィルタ装置
を挿入しなくとも、広い波長範囲にわたって信号光を均
等に増幅することができるようになり、波長多重伝送に
好適である。
を用いる場合、ファイバの長手方向に利得特性が変化す
るため、本発明のゲインイコライザを分散型として形成
すれば、利得の制御を効率的に実行することが可能にな
る。このため、光ファイバ増幅器の後段にフィルタ装置
を挿入しなくとも、広い波長範囲にわたって信号光を均
等に増幅することができるようになり、波長多重伝送に
好適である。
【図１】（ａ）は利得媒質全体のゲイン特性を示すグラ
ブであり、（ｂ）は従来の集中型フィルタ装置のフィル
タリング特性を示すグラフであり、（ｃ）はフィルタリ
ング後の増幅光の波長依存性を示すグラフである。
ブであり、（ｂ）は従来の集中型フィルタ装置のフィル
タリング特性を示すグラフであり、（ｃ）はフィルタリ
ング後の増幅光の波長依存性を示すグラフである。
【図２】（ａ）は、利得媒質中を伝搬する光（信号光）
が感じる利得の波長依存性を例示し、（ｂ）は、利得媒
質内を伝搬する信号光の強度が伝搬距離（利得媒質長
Ｌ）に依存してどのように増幅されるかを示し、（ｃ）
は、所定強度の信号光を所定サイズの利得媒質に入力し
た場合の利得媒質全体としての利得特性を示している。
が感じる利得の波長依存性を例示し、（ｂ）は、利得媒
質内を伝搬する信号光の強度が伝搬距離（利得媒質長
Ｌ）に依存してどのように増幅されるかを示し、（ｃ）
は、所定強度の信号光を所定サイズの利得媒質に入力し
た場合の利得媒質全体としての利得特性を示している。
【図３】（ａ）は、利得の波長依存性が利得媒質長方向
に沿ってどのように変化するかを示すゲイン特性Ｇ1〜
Ｇnと、利得媒質内の複数の位置に形成された屈折率変
調構造のフィルタリング特性Ｌ1〜Ｌnとを示す図、
（ｂ）は、複数個の屈折率変調構造を利得媒質中に形成
した場合のゲイン特性を示す図、（ｃ）は１個の屈折率
変調構造を利得媒質中に形成した場合のゲイン特性を示
す図である。
に沿ってどのように変化するかを示すゲイン特性Ｇ1〜
Ｇnと、利得媒質内の複数の位置に形成された屈折率変
調構造のフィルタリング特性Ｌ1〜Ｌnとを示す図、
（ｂ）は、複数個の屈折率変調構造を利得媒質中に形成
した場合のゲイン特性を示す図、（ｃ）は１個の屈折率
変調構造を利得媒質中に形成した場合のゲイン特性を示
す図である。
【図４】ゲインイコライザとして機能する長波長ファイ
バグレーティングがコア内に形成された希土類ドープ光
ファイバ心線１の軸方向断面である。
バグレーティングがコア内に形成された希土類ドープ光
ファイバ心線１の軸方向断面である。
【図５】（ａ）は、本実施形態にかかる光ファイバ増幅
器の全体構成であって、複数ののファイバグレーティン
グをエルビウムドープ光ファイバ内に形成した前方励起
型の模式図、（ｂ）はその改変例であって後方励起型の
全体構成を示す模式図、（ｃ）は、単数のファイバグレ
ーティングをエルビウムドープ光ファイバ内に形成した
後方励起型の全体構成を示す模式図である。
器の全体構成であって、複数ののファイバグレーティン
グをエルビウムドープ光ファイバ内に形成した前方励起
型の模式図、（ｂ）はその改変例であって後方励起型の
全体構成を示す模式図、（ｃ）は、単数のファイバグレ
ーティングをエルビウムドープ光ファイバ内に形成した
後方励起型の全体構成を示す模式図である。
【図６】本発明による光ファイバ通信システムの実施形
態を示す構成図である。
態を示す構成図である。
１ 希土類ドープ光ファイバ心線 ２ コア ３ クラッド ４ 被覆層 １１ 光ファイバ １２ 励起光源 １３ 光カプラ １４ 光アイソレータ １５ 光ファイバ １６ 光アイソレータ ２１ 長周期グレーティング ６０ 送信機 ６１ 光ファイバ網 ６２ 光ファイバ増幅器 ６３ 受信器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 久 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 吉田 実 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2H048 AA11 AA18 AA24 AA29 2H050 AB18X AC84 AD01 AD16 5F072 AB13 AK06 KK07 RR01 SS06 YY17
Claims (12)
- 【請求項１】 光を増幅する利得媒質であって前記光の
波長に依存して利得が変化する利得媒質の中に形成され
た屈折率変調構造を備え、 前記屈折率変調構造は、前記利得媒質中を伝搬する光に
対して損失を与え、それによって前記利得媒質中におけ
る利得の波長依存性を低減するゲインイコライザ。 - 【請求項２】 前記屈折率変調構造は、前記光の進行方
向に沿って屈折率がほぼ周期的に変化するグレーティン
グから形成されていることを特徴とする請求項１に記載
のゲインイコライザ。 - 【請求項３】 前記利得媒質が希土類元素添加光ファイ
バを構成していることを特徴とする請求項２に記載のゲ
インイコライザ。 - 【請求項４】 光を増幅する利得媒質であって前記光の
波長に依存して利得が変化する利得媒質と、前記利得媒
質中における利得の波長依存性を低減するゲインイコラ
イザとを備えた光増幅装置であって、 前記ゲインイコライザは、前記利得媒質中に形成され、
前記利得媒質中を伝搬する光に対して損失を与える屈折
率変調構造を備えていることを特徴とする光増幅装置。 - 【請求項５】 前記屈折率変調構造は、前記利得媒質の
中の複数の箇所に配置されていることを特徴とする請求
項４に記載の光増幅装置。 - 【請求項６】 前記利得媒質が希土類元素添加光ファイ
バを構成し、前記屈折率変調構造がファイバグレーティ
ングから形成されていることを特徴とする請求項４また
は５に記載の光増幅装置。 - 【請求項７】 前記ファイバグレーティングは、前記希
土類元素添加光ファイバのうち増幅されるべき信号光が
入力される側に多く配置されていることを特徴とする請
求項６に記載の光増幅装置。 - 【請求項８】 波長多重された信号光を生成する信号光
源と、前記信号光を伝搬させる光ファイバ網と、前記光
ファイバ網の途中点で前記信号光を増幅する光ファイバ
増幅器とを備えた光ファイバ通信システムであって、 前記光ファイバ増幅器は、希土類元素添加光ファイバ
と、前記希土類添加光ファイバを励起する励起光源と、
前記希土類元素添加光ファイバの中に形成されたゲイン
イコライザとを備え、 前記ゲインイコライザが前記希土類元素添加光ファイバ
中を伝搬する光に対して損失を与え、それによって前記
希土類元素添加光ファイバ中における利得の波長依存性
を低減することを特徴とする光ファイバ通信システム。 - 【請求項９】 前記ゲインイコライザは、前記希土類元
素添加光ファイバ中に形成された少なくともひとつファ
イバグレーティングから構成されていることを特徴とす
る請求項８に記載の光ファイバ通信システム。 - 【請求項１０】 前記ファイバグレーティングは、前記
希土類元素添加光ファイバのうち前記信号光が入力され
る側に多く配置されていることを特徴とする請求項９に
記載の光ファイバ通信システム。 - 【請求項１１】 希土類が添加されたコアと、前記コア
を囲むクラッドと、前記クラッドの外周面を覆う紫外線
透過型樹脂被覆層とを備えた希土類元素添加光ファイバ
心線を用意する工程と、 紫外線を前記被覆層の外側から前記コアに対して照射し
てファイバグレーティングを前記コアに書き込み、それ
によってゲインイコライザを前記コア内に形成する工程
と、 を包含するゲインイコライザ内蔵型光ファイバの製造方
法。 - 【請求項１２】 前記ゲインイコライザを前記コア内に
形成する工程は、前記希土類元素添加光ファイバ心線の
利得を測定しながら行うことを特徴とする請求項１１に
記載のゲインイコライザ内蔵型光ファイバの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10357558A JP2000180640A (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | ゲインイコライザ、光増幅装置および光ファイバ通信システム |
| PCT/JP1999/007023 WO2000036714A1 (fr) | 1998-12-16 | 1999-12-14 | Egaliseur de gain, amplificateur de lumiere et systeme optique de communication |
| CA002355063A CA2355063A1 (en) | 1998-12-16 | 1999-12-14 | Gain equalizer, light amplifier and optical communication system |
| EP99959809A EP1150403A4 (en) | 1998-12-16 | 1999-12-14 | AMPLIFIER, LIGHT AMPLIFIER AND OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10357558A JP2000180640A (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | ゲインイコライザ、光増幅装置および光ファイバ通信システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000180640A true JP2000180640A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18454748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10357558A Pending JP2000180640A (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | ゲインイコライザ、光増幅装置および光ファイバ通信システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1150403A4 (ja) |
| JP (1) | JP2000180640A (ja) |
| CA (1) | CA2355063A1 (ja) |
| WO (1) | WO2000036714A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011249531A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Fujitsu Ltd | 光増幅装置及び光増幅媒体 |
| JP2014241437A (ja) * | 2014-08-27 | 2014-12-25 | 富士通株式会社 | 光増幅装置及び光増幅媒体 |
| JPWO2021059443A1 (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | ||
| JP2022546311A (ja) * | 2019-08-21 | 2022-11-04 | オーエフエス ファイテル，エルエルシー | 分散型利得平坦化を有する光ファイバ増幅器 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003019254A1 (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-06 | The University Of Sydney | Writing photonic device through coating of rare earth doped fibre |
| FR3034875B1 (fr) * | 2015-04-08 | 2018-03-02 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede d'ajustement des proprietes d'un circuit photonique par implantation ionique post-fabrication, guide d'ondes et circuit photonique ainsi ajustes |
| CN113497403B (zh) * | 2020-04-08 | 2022-08-26 | 华为技术有限公司 | 一种光纤、光放大器及光通信系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5271024A (en) * | 1992-07-27 | 1993-12-14 | General Instrument Corporation | Optical fiber amplifier and laser with flattened gain slope |
| US5620495A (en) * | 1995-08-16 | 1997-04-15 | Lucent Technologies Inc. | Formation of gratings in polymer-coated optical fibers |
| US5668821A (en) * | 1996-01-16 | 1997-09-16 | Lucent Technologies Inc. | Optical systems and devices employing spectrally flattened amplified spontaneous emission |
| CA2202308C (en) * | 1996-04-19 | 2001-05-08 | Michihiro Nakai | Optical waveguide grating and production method therefor |
| JPH1082919A (ja) * | 1996-07-15 | 1998-03-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ファイバグレーティングの作成方法及び光ファイバ |
-
1998
- 1998-12-16 JP JP10357558A patent/JP2000180640A/ja active Pending
-
1999
- 1999-12-14 CA CA002355063A patent/CA2355063A1/en not_active Abandoned
- 1999-12-14 WO PCT/JP1999/007023 patent/WO2000036714A1/ja not_active Application Discontinuation
- 1999-12-14 EP EP99959809A patent/EP1150403A4/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011249531A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Fujitsu Ltd | 光増幅装置及び光増幅媒体 |
| JP2014241437A (ja) * | 2014-08-27 | 2014-12-25 | 富士通株式会社 | 光増幅装置及び光増幅媒体 |
| JP2022546311A (ja) * | 2019-08-21 | 2022-11-04 | オーエフエス ファイテル，エルエルシー | 分散型利得平坦化を有する光ファイバ増幅器 |
| JP7427770B2 (ja) | 2019-08-21 | 2024-02-05 | オーエフエス ファイテル，エルエルシー | 分散型利得平坦化を有する光ファイバ増幅器 |
| JPWO2021059443A1 (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000036714A1 (fr) | 2000-06-22 |
| CA2355063A1 (en) | 2000-06-22 |
| EP1150403A4 (en) | 2002-03-13 |
| EP1150403A1 (en) | 2001-10-31 |
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