JP2001168427A - 光増幅用光ファイバおよび光ファイバ増幅器 - Google Patents
光増幅用光ファイバおよび光ファイバ増幅器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光増幅の利得が高い光ファイバ増幅器、およ
び、この光ファイバ増幅器に好適に用いられる光増幅用
光ファイバを提供する。 【解決手段】 光ファイバ増幅器１は、光増幅用光ファ
イバ１０、励起光を出力する励起光源２１，２２、この
励起光を伝搬させる励起光供給用光ファイバ３１，３
２、および、励起光供給用光ファイバ３１，３２を伝搬
してきた励起光を光増幅用光ファイバ１０へ供給する光
カプラ４１，４２を備える。光増幅用光ファイバ１０
は、励起光が供給されることにより信号光を光増幅し得
る。光増幅用光ファイバ１０のカットオフ波長λcは、
信号光の波長λsより短く、励起光の波長λpより長い。
び、この光ファイバ増幅器に好適に用いられる光増幅用
光ファイバを提供する。 【解決手段】 光ファイバ増幅器１は、光増幅用光ファ
イバ１０、励起光を出力する励起光源２１，２２、この
励起光を伝搬させる励起光供給用光ファイバ３１，３
２、および、励起光供給用光ファイバ３１，３２を伝搬
してきた励起光を光増幅用光ファイバ１０へ供給する光
カプラ４１，４２を備える。光増幅用光ファイバ１０
は、励起光が供給されることにより信号光を光増幅し得
る。光増幅用光ファイバ１０のカットオフ波長λcは、
信号光の波長λsより短く、励起光の波長λpより長い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅用光ファイ
バおよび光ファイバ増幅器に関するものである。
バおよび光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ増幅器は、光通信システムに
おいて信号光が光伝送路を伝搬する際の損失を補償すべ
く信号光を光増幅するものであり、光増幅用光ファイバ
および励起光供給手段を備えている。すなわち、励起光
供給手段により光増幅用光ファイバに所定波長の励起光
が供給され、この光増幅用光ファイバに信号光が入力す
ると、この入力した信号光は光増幅用光ファイバにおい
て光増幅されて出力される。また、このような光ファイ
バ増幅器として、希土類元素が光導波領域に添加された
光ファイバを光増幅用光ファイバとして用いるもの（以
下「希土類元素添加光ファイバ増幅器」という。）と、
ラマン増幅を利用するもの（以下「ラマン増幅器」とい
う。）とがある。
おいて信号光が光伝送路を伝搬する際の損失を補償すべ
く信号光を光増幅するものであり、光増幅用光ファイバ
および励起光供給手段を備えている。すなわち、励起光
供給手段により光増幅用光ファイバに所定波長の励起光
が供給され、この光増幅用光ファイバに信号光が入力す
ると、この入力した信号光は光増幅用光ファイバにおい
て光増幅されて出力される。また、このような光ファイ
バ増幅器として、希土類元素が光導波領域に添加された
光ファイバを光増幅用光ファイバとして用いるもの（以
下「希土類元素添加光ファイバ増幅器」という。）と、
ラマン増幅を利用するもの（以下「ラマン増幅器」とい
う。）とがある。
【０００３】ラマン増幅器は、例えば、文献１「S.Hami
di, et al., Electronics Letters,Vol.28, No.18, pp.
1768-1770 (1992)」、文献２「E.Desurvire, et al., E
lectronics Letters, Vol.19, No.19, pp.752-753 (198
3)」、および、文献３「Y.Aoki, et al., Electronics
Letters, Vol.19, No.16, pp.620-622 (1983)」等に記
載されている。また、光増幅用光ファイバの屈折率プロ
ファイルの最適化について、例えば、文献４「M.J.Holm
es, et al., Electronics Letters, Vol.26, No.22, p
p.1873-1874 (1990)」等に記載されている。
di, et al., Electronics Letters,Vol.28, No.18, pp.
1768-1770 (1992)」、文献２「E.Desurvire, et al., E
lectronics Letters, Vol.19, No.19, pp.752-753 (198
3)」、および、文献３「Y.Aoki, et al., Electronics
Letters, Vol.19, No.16, pp.620-622 (1983)」等に記
載されている。また、光増幅用光ファイバの屈折率プロ
ファイルの最適化について、例えば、文献４「M.J.Holm
es, et al., Electronics Letters, Vol.26, No.22, p
p.1873-1874 (1990)」等に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバ増幅器は以下のような問題点を有しているこ
とを本願発明者は見出した。すなわち、従来の光ファイ
バ増幅器で用いられる光増幅用光ファイバは、信号光の
波長（例えば１．５５μｍ）および励起光の波長（例え
ば１．４８μｍ）の何れにおいても、シングルモードで
あり、基底モード（ＬＰ01モード）のみを伝搬させる。
しかし、光増幅用光ファイバの励起光波長での実効断面
積（励起光の基底モードのパワー分布に応じたもの）
は、信号光波長での実効断面積（信号光の基底モードの
パワー分布に応じたもの）と比較して小さい。
光ファイバ増幅器は以下のような問題点を有しているこ
とを本願発明者は見出した。すなわち、従来の光ファイ
バ増幅器で用いられる光増幅用光ファイバは、信号光の
波長（例えば１．５５μｍ）および励起光の波長（例え
ば１．４８μｍ）の何れにおいても、シングルモードで
あり、基底モード（ＬＰ01モード）のみを伝搬させる。
しかし、光増幅用光ファイバの励起光波長での実効断面
積（励起光の基底モードのパワー分布に応じたもの）
は、信号光波長での実効断面積（信号光の基底モードの
パワー分布に応じたもの）と比較して小さい。
【０００５】したがって、従来の光ファイバ増幅器は、
光増幅用光ファイバの２波長間での実効断面積の相違に
因り、光増幅の利得が充分ではない。特に、光増幅に寄
与する領域のうち中心から離れたところでは、励起が充
分ではないことから、信号光が光増幅されないか或いは
逆に吸収されてしまうことも起こり得る。また、光増幅
用光ファイバのコア中心付近で光増幅の効率が高く信号
光パワーが増加するので、非線形光学現象が生じ易く、
この点からも光増幅の利得を高めるにも限界がある。さ
らに、基底モードの励起光のみを出力する半導体レーザ
光源（励起光源）は高出力化が困難であり、この点から
も光増幅の利得を高めるにも限界がある。なお、複数の
半導体レーザ光源を使用することにより、光増幅用光フ
ァイバに供給する励起光のパワーを高めることも考えら
れるが、この場合には、光ファイバ増幅器が高価とな
る。
光増幅用光ファイバの２波長間での実効断面積の相違に
因り、光増幅の利得が充分ではない。特に、光増幅に寄
与する領域のうち中心から離れたところでは、励起が充
分ではないことから、信号光が光増幅されないか或いは
逆に吸収されてしまうことも起こり得る。また、光増幅
用光ファイバのコア中心付近で光増幅の効率が高く信号
光パワーが増加するので、非線形光学現象が生じ易く、
この点からも光増幅の利得を高めるにも限界がある。さ
らに、基底モードの励起光のみを出力する半導体レーザ
光源（励起光源）は高出力化が困難であり、この点から
も光増幅の利得を高めるにも限界がある。なお、複数の
半導体レーザ光源を使用することにより、光増幅用光フ
ァイバに供給する励起光のパワーを高めることも考えら
れるが、この場合には、光ファイバ増幅器が高価とな
る。
【０００６】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、光増幅の利得が高い光ファイバ増幅
器、および、この光ファイバ増幅器に好適に用いられる
光増幅用光ファイバを提供することを目的とする。
れたものであり、光増幅の利得が高い光ファイバ増幅
器、および、この光ファイバ増幅器に好適に用いられる
光増幅用光ファイバを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光増幅用光
ファイバは、励起光が供給されることにより信号光を光
増幅し得る光増幅用光ファイバであって、信号光の波長
より短く励起光の波長より長いカットオフ波長を有する
ことを特徴とする。この光増幅用光ファイバは、信号光
については基底モードのみを伝搬させ、励起光について
は基底モードだけでなく少なくとも２次モードをも伝搬
させ得る。励起光の基底モードのパワー分布に励起光の
高次モードのパワー分布を加えることで、信号光の基底
モードのパワー分布に近いものとすることができ、信号
光に対する実効断面積と励起光に対する実効断面積との
相違が実効的に小さくなるので、光増幅の利得を高める
ことができる。また、光増幅用光ファイバのコアの中心
付近だけでなく光増幅に寄与するコアの周囲も励起する
ことが可能となり、この点からも光増幅の利得を高める
のに好適である。
ファイバは、励起光が供給されることにより信号光を光
増幅し得る光増幅用光ファイバであって、信号光の波長
より短く励起光の波長より長いカットオフ波長を有する
ことを特徴とする。この光増幅用光ファイバは、信号光
については基底モードのみを伝搬させ、励起光について
は基底モードだけでなく少なくとも２次モードをも伝搬
させ得る。励起光の基底モードのパワー分布に励起光の
高次モードのパワー分布を加えることで、信号光の基底
モードのパワー分布に近いものとすることができ、信号
光に対する実効断面積と励起光に対する実効断面積との
相違が実効的に小さくなるので、光増幅の利得を高める
ことができる。また、光増幅用光ファイバのコアの中心
付近だけでなく光増幅に寄与するコアの周囲も励起する
ことが可能となり、この点からも光増幅の利得を高める
のに好適である。
【０００８】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、信号光の基底モードの群速度が、励起光の基底モー
ドの群速度以下であり、励起光の２次モードの群速度以
上であることを特徴とする。この場合には、信号光の基
底モードと励起光の基底モードとの間で群速度の差があ
ったとしても、信号光の基底モードと励起光の高次モー
ドとの間で群速度の差が小さければ、励起光の高次モー
ドによる励起により、光増幅の利得を高めることができ
る。
は、信号光の基底モードの群速度が、励起光の基底モー
ドの群速度以下であり、励起光の２次モードの群速度以
上であることを特徴とする。この場合には、信号光の基
底モードと励起光の基底モードとの間で群速度の差があ
ったとしても、信号光の基底モードと励起光の高次モー
ドとの間で群速度の差が小さければ、励起光の高次モー
ドによる励起により、光増幅の利得を高めることができ
る。
【０００９】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、励起光については基底モードおよび２次モードのみ
を伝搬させ得ることを特徴とする。信号光について基底
モードのみを伝搬させるというシングルモード動作を確
保する条件の下では、励起光の３次以上の高次モードは
通常は減衰が大きい。そこで、励起光の３次以上の高次
モードを伝搬させないことで、光増幅の利得を高めるこ
とができる。
は、励起光については基底モードおよび２次モードのみ
を伝搬させ得ることを特徴とする。信号光について基底
モードのみを伝搬させるというシングルモード動作を確
保する条件の下では、励起光の３次以上の高次モードは
通常は減衰が大きい。そこで、励起光の３次以上の高次
モードを伝搬させないことで、光増幅の利得を高めるこ
とができる。
【００１０】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、信号光および励起光それぞれの伝搬時の偏波状態を
保持する偏波保持光ファイバであることを特徴とする。
この場合には、信号光および励起光それぞれの偏波状態
が互いに一致することにより、光増幅の利得を高めるこ
とができる。
は、信号光および励起光それぞれの伝搬時の偏波状態を
保持する偏波保持光ファイバであることを特徴とする。
この場合には、信号光および励起光それぞれの偏波状態
が互いに一致することにより、光増幅の利得を高めるこ
とができる。
【００１１】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、ラマン増幅するものであることを特徴とする。この
場合には、光増幅用光ファイバを伝搬しつつ光増幅され
る信号光のパワーは、非線形光学現象が発生しない程度
に小さく、且つ、励起光の利用効率が高い。
は、ラマン増幅するものであることを特徴とする。この
場合には、光増幅用光ファイバを伝搬しつつ光増幅され
る信号光のパワーは、非線形光学現象が発生しない程度
に小さく、且つ、励起光の利用効率が高い。
【００１２】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、ラマン利得係数を増大させる物質が屈折率が最大と
なる領域に添加されていることを特徴とする。この場合
には、光増幅の利得を更に高めることができる。
は、ラマン利得係数を増大させる物質が屈折率が最大と
なる領域に添加されていることを特徴とする。この場合
には、光増幅の利得を更に高めることができる。
【００１３】本発明に係る光ファイバ増幅器は、上記の
本発明に係る光増幅用光ファイバと、この光増幅用光フ
ァイバのカットオフ波長より短い波長の励起光を光増幅
用光ファイバに供給する励起光供給手段とを備えること
を特徴とする。この光ファイバ増幅器によれば、励起光
供給手段により光増幅用光ファイバに供給される励起光
は基底モードだけでなく少なくとも２次モードも含まれ
る。そして、光増幅用光ファイバは、信号光については
基底モードのみを伝搬させ、励起光については基底モー
ドだけでなく少なくとも２次モードをも伝搬させ得る。
したがって、光増幅用光ファイバにおいては、励起光の
基底モードのパワー分布に励起光の高次モードのパワー
分布を加えることで、信号光の基底モードのパワー分布
に近いものとすることができ、信号光に対する実効断面
積と励起光に対する実効断面積との相違が実効的に小さ
くなるので、光ファイバ増幅器の利得が高くなる。ま
た、光増幅用光ファイバのコアの中心付近だけでなく光
増幅に寄与するコアの周囲も励起することが可能となる
ことから、この点からも光増幅の利得を高めるのに好適
である。
本発明に係る光増幅用光ファイバと、この光増幅用光フ
ァイバのカットオフ波長より短い波長の励起光を光増幅
用光ファイバに供給する励起光供給手段とを備えること
を特徴とする。この光ファイバ増幅器によれば、励起光
供給手段により光増幅用光ファイバに供給される励起光
は基底モードだけでなく少なくとも２次モードも含まれ
る。そして、光増幅用光ファイバは、信号光については
基底モードのみを伝搬させ、励起光については基底モー
ドだけでなく少なくとも２次モードをも伝搬させ得る。
したがって、光増幅用光ファイバにおいては、励起光の
基底モードのパワー分布に励起光の高次モードのパワー
分布を加えることで、信号光の基底モードのパワー分布
に近いものとすることができ、信号光に対する実効断面
積と励起光に対する実効断面積との相違が実効的に小さ
くなるので、光ファイバ増幅器の利得が高くなる。ま
た、光増幅用光ファイバのコアの中心付近だけでなく光
増幅に寄与するコアの周囲も励起することが可能となる
ことから、この点からも光増幅の利得を高めるのに好適
である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
【００１５】図１は、本実施形態に係る光ファイバ増幅
器１の概略構成図である。この光ファイバ増幅器１は、
光増幅用光ファイバ１０、励起光源２１および２２、励
起光供給用光ファイバ３１および３２、ならびに、光カ
プラ４１および４２を備える。
器１の概略構成図である。この光ファイバ増幅器１は、
光増幅用光ファイバ１０、励起光源２１および２２、励
起光供給用光ファイバ３１および３２、ならびに、光カ
プラ４１および４２を備える。
【００１６】光増幅用光ファイバ１０は、励起光が供給
されることにより信号光を光増幅し得るものである。光
増幅用光ファイバ１０のカットオフ波長λcは、信号光
の波長λsより短く、励起光の波長λpより長い。すなわ
ち、これらの３つの波長の間で、 λp＜λc＜λs …(1) なる関係が成り立つ。したがって、信号光波長λsで
は、光増幅用光ファイバ１０内を基底モード（ＬＰ01モ
ード）のみが伝搬し、励起光波長λpでは、光増幅用光
ファイバ１０内を少なくとも基底モード（ＬＰ01モー
ド）および２次モード（ＬＰ11モード）が伝搬する。
されることにより信号光を光増幅し得るものである。光
増幅用光ファイバ１０のカットオフ波長λcは、信号光
の波長λsより短く、励起光の波長λpより長い。すなわ
ち、これらの３つの波長の間で、 λp＜λc＜λs …(1) なる関係が成り立つ。したがって、信号光波長λsで
は、光増幅用光ファイバ１０内を基底モード（ＬＰ01モ
ード）のみが伝搬し、励起光波長λpでは、光増幅用光
ファイバ１０内を少なくとも基底モード（ＬＰ01モー
ド）および２次モード（ＬＰ11モード）が伝搬する。
【００１７】光増幅用光ファイバ１０の屈折率プロファ
イルは、上記(1)式が成り立つ限り任意である。例え
ば、単純なコアとクラッドとを有するステップ型、中心
から順に第１コア（屈折率ｎ1）と第２コア（屈折率ｎ
2）とクラッド（屈折率ｎ3）とを有し屈折率の大小関係
が ｎ1＞ｎ2＞ｎ3 であるデュアルシェイプ型、中心か
ら順に第１コア（屈折率ｎ1）と第２コア（屈折率ｎ2）
と第３コア（屈折率ｎ3）とクラッド（屈折率ｎ4）とを
有し屈折率の大小関係が ｎ1＞ｎ3＞ｎ2≧ｎ4であるセ
グメント型、中心から順に第１コア（屈折率ｎ1）と第
２コア（屈折率ｎ2）と第３コア（屈折率ｎ3）とクラッ
ド（屈折率ｎ4）とを有し屈折率の大小関係が ｎ1＞ｎ3
＞ｎ4＞ｎ2 であるディプレストセグメント型、中心か
ら順に第１コア（屈折率ｎ1）と第２コア（屈折率ｎ2）
とクラッド（屈折率ｎ3）とを有し屈折率の大小関係が
ｎ2＞ｎ3＞ｎ1 または ｎ2＞ｎ1≧ｎ3 であるリング
型、等である。
イルは、上記(1)式が成り立つ限り任意である。例え
ば、単純なコアとクラッドとを有するステップ型、中心
から順に第１コア（屈折率ｎ1）と第２コア（屈折率ｎ
2）とクラッド（屈折率ｎ3）とを有し屈折率の大小関係
が ｎ1＞ｎ2＞ｎ3 であるデュアルシェイプ型、中心か
ら順に第１コア（屈折率ｎ1）と第２コア（屈折率ｎ2）
と第３コア（屈折率ｎ3）とクラッド（屈折率ｎ4）とを
有し屈折率の大小関係が ｎ1＞ｎ3＞ｎ2≧ｎ4であるセ
グメント型、中心から順に第１コア（屈折率ｎ1）と第
２コア（屈折率ｎ2）と第３コア（屈折率ｎ3）とクラッ
ド（屈折率ｎ4）とを有し屈折率の大小関係が ｎ1＞ｎ3
＞ｎ4＞ｎ2 であるディプレストセグメント型、中心か
ら順に第１コア（屈折率ｎ1）と第２コア（屈折率ｎ2）
とクラッド（屈折率ｎ3）とを有し屈折率の大小関係が
ｎ2＞ｎ3＞ｎ1 または ｎ2＞ｎ1≧ｎ3 であるリング
型、等である。
【００１８】また、光ファイバ増幅器１が希土類元素添
加光ファイバ増幅器である場合には、光増幅用光ファイ
バ１０は、光導波領域に希土類元素（例えば、Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｐｒ，Ｎｄ等）が添加されている。また、光ファイ
バ増幅器１がラマン増幅器である場合には、光増幅用光
ファイバ１０は、ラマン利得係数を増大させる物質（例
えば、Ｇｅ，Ａｌ，Ｐ等）が、屈折率が最大となる領域
に添加されているのが好適である。この場合には、光増
幅の利得を更に高めることができる。光増幅用光ファイ
バ１０で屈折率が最大となる領域とは、基底モードのパ
ワー分布のピーク位置を含む一定領域であって、ステッ
プ型の場合にはコアの中心部分であり、デュアルシェイ
プ型、セグメント型およびディプレストセグメント型そ
れぞれの場合には第１コア領域であり、リング型の場合
には第２コア領域である。
加光ファイバ増幅器である場合には、光増幅用光ファイ
バ１０は、光導波領域に希土類元素（例えば、Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｐｒ，Ｎｄ等）が添加されている。また、光ファイ
バ増幅器１がラマン増幅器である場合には、光増幅用光
ファイバ１０は、ラマン利得係数を増大させる物質（例
えば、Ｇｅ，Ａｌ，Ｐ等）が、屈折率が最大となる領域
に添加されているのが好適である。この場合には、光増
幅の利得を更に高めることができる。光増幅用光ファイ
バ１０で屈折率が最大となる領域とは、基底モードのパ
ワー分布のピーク位置を含む一定領域であって、ステッ
プ型の場合にはコアの中心部分であり、デュアルシェイ
プ型、セグメント型およびディプレストセグメント型そ
れぞれの場合には第１コア領域であり、リング型の場合
には第２コア領域である。
【００１９】ここで、信号光波長λsは、一般に石英系
の光ファイバにおいて伝送損失が最も小さい１．５５μ
ｍ付近であるのが好適である。このとき、光ファイバ増
幅器１が希土類元素添加光ファイバ増幅器である場合に
は、励起光波長λpは、１．４８μｍまたは０．９８μ
ｍである。光ファイバ増幅器１がラマン増幅器である場
合には、励起光波長λpは、１．４０μｍ〜１．５０μ
ｍの範囲の波長である。
の光ファイバにおいて伝送損失が最も小さい１．５５μ
ｍ付近であるのが好適である。このとき、光ファイバ増
幅器１が希土類元素添加光ファイバ増幅器である場合に
は、励起光波長λpは、１．４８μｍまたは０．９８μ
ｍである。光ファイバ増幅器１がラマン増幅器である場
合には、励起光波長λpは、１．４０μｍ〜１．５０μ
ｍの範囲の波長である。
【００２０】光増幅用光ファイバ１０のカットオフ波長
λcは、一般には、長さ２ｍの光増幅用光ファイバ１０
を半径１４０ｍｍでゆるく１回巻き付けた状態での２次
（ＬＰ11）モードのカットオフ波長として定義される
（ＩＴＵ-Ｇ.６５０）。光ファイバ増幅器１が希土類元
素添加光ファイバ増幅器であり、光増幅用光ファイバ１
０の長さが数ｍ〜数百ｍである場合には、この定義のカ
ットオフ波長λcが用いられるのが好適である。
λcは、一般には、長さ２ｍの光増幅用光ファイバ１０
を半径１４０ｍｍでゆるく１回巻き付けた状態での２次
（ＬＰ11）モードのカットオフ波長として定義される
（ＩＴＵ-Ｇ.６５０）。光ファイバ増幅器１が希土類元
素添加光ファイバ増幅器であり、光増幅用光ファイバ１
０の長さが数ｍ〜数百ｍである場合には、この定義のカ
ットオフ波長λcが用いられるのが好適である。
【００２１】一方、光ファイバ増幅器１がラマン増幅器
であり、光増幅用光ファイバ１０の長さが数十ｋｍ〜数
百ｋｍである場合には、光増幅用光ファイバ１０のカッ
トオフ波長λcは、 Ｌeff＝（１−exp(−αＬ)）／Ｌ …(2) なる式で表される光増幅用光ファイバ１０の実効長Ｌef
fに対して定義されるのが好適である。ここで、αは光
増幅用光ファイバ１０の励起光波長におけるの伝送損失
であり、Ｌは光増幅用光ファイバ１０の全長である。ま
た、光増幅用光ファイバ１０の実効長Ｌeffは、励起光
が光増幅に寄与することができる実効的な長さである。
であり、光増幅用光ファイバ１０の長さが数十ｋｍ〜数
百ｋｍである場合には、光増幅用光ファイバ１０のカッ
トオフ波長λcは、 Ｌeff＝（１−exp(−αＬ)）／Ｌ …(2) なる式で表される光増幅用光ファイバ１０の実効長Ｌef
fに対して定義されるのが好適である。ここで、αは光
増幅用光ファイバ１０の励起光波長におけるの伝送損失
であり、Ｌは光増幅用光ファイバ１０の全長である。ま
た、光増幅用光ファイバ１０の実効長Ｌeffは、励起光
が光増幅に寄与することができる実効的な長さである。
【００２２】励起光源２１および２２それぞれは、光増
幅用光ファイバ１０に供給すべき励起光を出力するもの
であって、例えば半導体レーザ光源が好適に用いられ
る。また、励起光源２１および２２それぞれは、励起光
の基底モードだけでなく少なくとも２次モードをも出力
する。励起光供給用光ファイバ３１は、励起光源２１か
ら出力された励起光（基底モードおよび２モードを含
む）を光カプラ４１へ導く。励起光供給用光ファイバ３
２は、励起光源２２から出力された励起光（基底モード
および２モードを含む）を光カプラ４２へ導く。
幅用光ファイバ１０に供給すべき励起光を出力するもの
であって、例えば半導体レーザ光源が好適に用いられ
る。また、励起光源２１および２２それぞれは、励起光
の基底モードだけでなく少なくとも２次モードをも出力
する。励起光供給用光ファイバ３１は、励起光源２１か
ら出力された励起光（基底モードおよび２モードを含
む）を光カプラ４１へ導く。励起光供給用光ファイバ３
２は、励起光源２２から出力された励起光（基底モード
および２モードを含む）を光カプラ４２へ導く。
【００２３】光カプラ４１は、入力端１ａに入力した信
号光を光増幅用光ファイバ１０へ入力させるとともに、
励起光源２１から励起光供給用光ファイバ３１を経て到
達した励起光をも光増幅用光ファイバ１０へ入力させ
る。光カプラ４２は、光増幅用光ファイバ１０から出力
された信号光を出力端１ｂへ出力するとともに、励起光
源２２から励起光供給用光ファイバ３２を経て到達した
励起光を光増幅用光ファイバ１０へ入力させる。
号光を光増幅用光ファイバ１０へ入力させるとともに、
励起光源２１から励起光供給用光ファイバ３１を経て到
達した励起光をも光増幅用光ファイバ１０へ入力させ
る。光カプラ４２は、光増幅用光ファイバ１０から出力
された信号光を出力端１ｂへ出力するとともに、励起光
源２２から励起光供給用光ファイバ３２を経て到達した
励起光を光増幅用光ファイバ１０へ入力させる。
【００２４】なお、光ファイバ増幅器１において、順方
向にのみ光を伝搬させる光アイソレータを設けるのも好
適である。光アイソレータは、入射端１ａと光カプラ４
１との間や、光カプラ４２と出力端１ｂとの間に設けら
れる。
向にのみ光を伝搬させる光アイソレータを設けるのも好
適である。光アイソレータは、入射端１ａと光カプラ４
１との間や、光カプラ４２と出力端１ｂとの間に設けら
れる。
【００２５】このように構成される光ファイバ増幅器１
では、励起光源２１から出力された励起光（基底モード
および２モードを含む）は、励起光供給用光ファイバ３
１および光カプラ４１を経て、順方向から光増幅用光フ
ァイバ１０に供給される。励起光源２２から出力された
励起光（基底モードおよび２モードを含む）は、励起光
供給用光ファイバ３２および光カプラ４２を経て、逆方
向から光増幅用光ファイバ１０に供給される。入力端１
ａに入力した信号光は、光カプラ４１を経て光増幅用光
ファイバ１０に入力し、光増幅用光ファイバ１０で光増
幅されて、光カプラ４２を経て出力端１ｂへ出力され
る。
では、励起光源２１から出力された励起光（基底モード
および２モードを含む）は、励起光供給用光ファイバ３
１および光カプラ４１を経て、順方向から光増幅用光フ
ァイバ１０に供給される。励起光源２２から出力された
励起光（基底モードおよび２モードを含む）は、励起光
供給用光ファイバ３２および光カプラ４２を経て、逆方
向から光増幅用光ファイバ１０に供給される。入力端１
ａに入力した信号光は、光カプラ４１を経て光増幅用光
ファイバ１０に入力し、光増幅用光ファイバ１０で光増
幅されて、光カプラ４２を経て出力端１ｂへ出力され
る。
【００２６】光増幅用光ファイバ１０においては、カッ
トオフ波長λc、信号光波長λsおよび励起光波長λpの
間に上記(1)式の関係が成り立つので、信号光について
は、光増幅用光ファイバ１０内を基底モード（ＬＰ01モ
ード）のみが伝搬する。一方、励起光については、光増
幅用光ファイバ１０内を少なくとも基底モード（ＬＰ01
モード）および２次モード（ＬＰ11モード）が伝搬す
る。
トオフ波長λc、信号光波長λsおよび励起光波長λpの
間に上記(1)式の関係が成り立つので、信号光について
は、光増幅用光ファイバ１０内を基底モード（ＬＰ01モ
ード）のみが伝搬する。一方、励起光については、光増
幅用光ファイバ１０内を少なくとも基底モード（ＬＰ01
モード）および２次モード（ＬＰ11モード）が伝搬す
る。
【００２７】図２は、光増幅用光ファイバにおける光の
パワー分布を説明する図である。同図（ａ）は、本実施
形態に係る光増幅用光ファイバ１０における信号光の基
底モード（実線）、励起光の基底モード（破線）および
励起光の２次モード（一点鎖線）それぞれのパワー分布
を示す。同図（ｂ）は、従来の光増幅用光ファイバにお
ける信号光の基底モード（実線）および励起光の基底モ
ード（破線）それぞれのパワー分布を示す。これらは、
光ファイバの光軸と直交する直線上での光のパワー分布
を示す。
パワー分布を説明する図である。同図（ａ）は、本実施
形態に係る光増幅用光ファイバ１０における信号光の基
底モード（実線）、励起光の基底モード（破線）および
励起光の２次モード（一点鎖線）それぞれのパワー分布
を示す。同図（ｂ）は、従来の光増幅用光ファイバにお
ける信号光の基底モード（実線）および励起光の基底モ
ード（破線）それぞれのパワー分布を示す。これらは、
光ファイバの光軸と直交する直線上での光のパワー分布
を示す。
【００２８】従来の光増幅用光ファイバでは、カットオ
フ波長λcが信号光波長λsおよび励起光波長λpの何れ
よりも小さいので、信号光については基底モードのみが
伝搬可能であり、励起光についても基底モードのみが伝
搬可能である。また、一般に、基底モードであっても、
波長が短いほど、光のパワー分布の幅が小さく、実効断
面積が小さい。すなわち、図２（ｂ）に示すように、信
号光の基底モードに対する実効断面積より、この信号光
より短波長である励起光の基底モードに対する実効断面
積の方が小さい。したがって、既に述べたように、この
ような従来の光増幅用光ファイバを用いた光ファイバ増
幅器は、光増幅用光ファイバの２波長間での実効断面積
の相違に因り、光増幅の利得が充分ではない。また、光
増幅用光ファイバのコア中心付近で光増幅の効率が高く
信号光パワーが増加するので、非線形光学現象が生じ易
く、この点からも光増幅の利得を高めるにも限界があ
る。
フ波長λcが信号光波長λsおよび励起光波長λpの何れ
よりも小さいので、信号光については基底モードのみが
伝搬可能であり、励起光についても基底モードのみが伝
搬可能である。また、一般に、基底モードであっても、
波長が短いほど、光のパワー分布の幅が小さく、実効断
面積が小さい。すなわち、図２（ｂ）に示すように、信
号光の基底モードに対する実効断面積より、この信号光
より短波長である励起光の基底モードに対する実効断面
積の方が小さい。したがって、既に述べたように、この
ような従来の光増幅用光ファイバを用いた光ファイバ増
幅器は、光増幅用光ファイバの２波長間での実効断面積
の相違に因り、光増幅の利得が充分ではない。また、光
増幅用光ファイバのコア中心付近で光増幅の効率が高く
信号光パワーが増加するので、非線形光学現象が生じ易
く、この点からも光増幅の利得を高めるにも限界があ
る。
【００２９】これに対して、本実施形態に係る光増幅用
光ファイバ１０では、信号光については基底モード（Ｌ
Ｐ01モード）のみが伝搬し、励起光については少なくと
も基底モード（ＬＰ01モード）および２次モード（ＬＰ
11モード）が伝搬する。この場合も、信号光の基底モー
ドに対する実効断面積より、励起光の基底モードに対す
る実効断面積の方が小さい。しかし、本実施形態では、
励起光の２次モードも光増幅用光ファイバ１０を伝搬し
得る。そして、励起光の基底モードのパワー分布に励起
光の２次モードのパワー分布を加えることで、信号光の
基底モードのパワー分布に近いものとすることができる
（図２（ａ））。このことから、本実施形態に係る光フ
ァイバ増幅器１は、信号光に対する実効断面積と励起光
（基底モードおよび２モードを含む）に対する実効断面
積との相違が実効的に小さくなるので、光増幅の利得を
高めることができる。また、光増幅用光ファイバ１０の
コアの中心付近だけでなく、光増幅に寄与するコアの周
囲も励起することが可能となることから、この点からも
光増幅の利得を高めるのに好適である。
光ファイバ１０では、信号光については基底モード（Ｌ
Ｐ01モード）のみが伝搬し、励起光については少なくと
も基底モード（ＬＰ01モード）および２次モード（ＬＰ
11モード）が伝搬する。この場合も、信号光の基底モー
ドに対する実効断面積より、励起光の基底モードに対す
る実効断面積の方が小さい。しかし、本実施形態では、
励起光の２次モードも光増幅用光ファイバ１０を伝搬し
得る。そして、励起光の基底モードのパワー分布に励起
光の２次モードのパワー分布を加えることで、信号光の
基底モードのパワー分布に近いものとすることができる
（図２（ａ））。このことから、本実施形態に係る光フ
ァイバ増幅器１は、信号光に対する実効断面積と励起光
（基底モードおよび２モードを含む）に対する実効断面
積との相違が実効的に小さくなるので、光増幅の利得を
高めることができる。また、光増幅用光ファイバ１０の
コアの中心付近だけでなく、光増幅に寄与するコアの周
囲も励起することが可能となることから、この点からも
光増幅の利得を高めるのに好適である。
【００３０】光ファイバ光増幅器１がラマン増幅器であ
って、励起光が順方向に供給される場合には、信号光お
よび励起光それぞれの群速度の差が大きいと、ラマン増
幅の利得が小さくなる。また、同一波長であっても基底
モードと高次モードとでは群速度が異なり、モード分散
に因り通常は次数が高いほど群速度が遅くなる。したが
って、信号光の基底モードと励起光の基底モードとの間
で群速度の差があったとしても、信号光の基底モードと
励起光の高次モードとの間で群速度の差が小さければ、
励起光の高次モードによる励起により、光増幅の利得を
高めることができる。そこで、信号光の基底モードの群
速度をＶsとし、励起光の基底モードの群速度をＶp1と
し、励起光の２次モードの群速度をＶp2としたときに、 Ｖp2≦Ｖs≦Ｖp1 …(3) なる関係式が成り立つのが好適である。
って、励起光が順方向に供給される場合には、信号光お
よび励起光それぞれの群速度の差が大きいと、ラマン増
幅の利得が小さくなる。また、同一波長であっても基底
モードと高次モードとでは群速度が異なり、モード分散
に因り通常は次数が高いほど群速度が遅くなる。したが
って、信号光の基底モードと励起光の基底モードとの間
で群速度の差があったとしても、信号光の基底モードと
励起光の高次モードとの間で群速度の差が小さければ、
励起光の高次モードによる励起により、光増幅の利得を
高めることができる。そこで、信号光の基底モードの群
速度をＶsとし、励起光の基底モードの群速度をＶp1と
し、励起光の２次モードの群速度をＶp2としたときに、 Ｖp2≦Ｖs≦Ｖp1 …(3) なる関係式が成り立つのが好適である。
【００３１】また、信号光について基底モードのみを伝
搬させるというシングルモード動作を確保する条件の下
では、励起光の３次以上の高次モードは通常は減衰が大
きいので、光増幅用光ファイバ１０は、励起光について
は基底モードおよび２次モードのみを伝搬させ得るもの
であるのが好適である。
搬させるというシングルモード動作を確保する条件の下
では、励起光の３次以上の高次モードは通常は減衰が大
きいので、光増幅用光ファイバ１０は、励起光について
は基底モードおよび２次モードのみを伝搬させ得るもの
であるのが好適である。
【００３２】さらに、ラマン増幅の利得は、信号光およ
び励起光それぞれの偏波状態が互いに一致している場合
に高い。そこで、光増幅用光ファイバ１０は、信号光お
よび励起光それぞれの伝搬時の偏波状態を保持する偏波
保持光ファイバであるのが好適である。
び励起光それぞれの偏波状態が互いに一致している場合
に高い。そこで、光増幅用光ファイバ１０は、信号光お
よび励起光それぞれの伝搬時の偏波状態を保持する偏波
保持光ファイバであるのが好適である。
【００３３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る光増幅用光ファイバは、励起光が供給されることに
より信号光を光増幅し得る光増幅用光ファイバであっ
て、信号光の波長より短く励起光の波長より長いカット
オフ波長を有する。この光増幅用光ファイバは、信号光
については基底モードのみを伝搬させ、励起光について
は基底モードだけでなく少なくとも２次モードをも伝搬
させ得る。励起光の基底モードのパワー分布に励起光の
高次モードのパワー分布を加えることで、信号光の基底
モードのパワー分布に近いものとすることができ、信号
光に対する実効断面積と励起光に対する実効断面積との
相違が実効的に小さくなるので、光増幅の利得を高める
ことができる。
係る光増幅用光ファイバは、励起光が供給されることに
より信号光を光増幅し得る光増幅用光ファイバであっ
て、信号光の波長より短く励起光の波長より長いカット
オフ波長を有する。この光増幅用光ファイバは、信号光
については基底モードのみを伝搬させ、励起光について
は基底モードだけでなく少なくとも２次モードをも伝搬
させ得る。励起光の基底モードのパワー分布に励起光の
高次モードのパワー分布を加えることで、信号光の基底
モードのパワー分布に近いものとすることができ、信号
光に対する実効断面積と励起光に対する実効断面積との
相違が実効的に小さくなるので、光増幅の利得を高める
ことができる。
【００３４】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、信号光の基底モードの群速度が、励起光の基底モー
ドの群速度以下であり、励起光の２次モードの群速度以
上であるのが好適である。この場合には、信号光の基底
モードと励起光の基底モードとの間で群速度の差があっ
たとしても、信号光の基底モードと励起光の高次モード
との間で群速度の差が小さければ、励起光の高次モード
による励起により、光増幅の利得を高めることができ
る。
は、信号光の基底モードの群速度が、励起光の基底モー
ドの群速度以下であり、励起光の２次モードの群速度以
上であるのが好適である。この場合には、信号光の基底
モードと励起光の基底モードとの間で群速度の差があっ
たとしても、信号光の基底モードと励起光の高次モード
との間で群速度の差が小さければ、励起光の高次モード
による励起により、光増幅の利得を高めることができ
る。
【００３５】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、励起光については基底モードおよび２次モードのみ
を伝搬させ得るのが好適である。信号光について基底モ
ードのみを伝搬させるというシングルモード動作を確保
する条件の下では、励起光の３次以上の高次モードは通
常は減衰が大きいが、励起光の３次以上の高次モードを
伝搬させないことで、光増幅の利得を高めることができ
る。
は、励起光については基底モードおよび２次モードのみ
を伝搬させ得るのが好適である。信号光について基底モ
ードのみを伝搬させるというシングルモード動作を確保
する条件の下では、励起光の３次以上の高次モードは通
常は減衰が大きいが、励起光の３次以上の高次モードを
伝搬させないことで、光増幅の利得を高めることができ
る。
【００３６】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、信号光および励起光それぞれの伝搬時の偏波状態を
保持する偏波保持光ファイバであるのが好適である、こ
の場合には、信号光および励起光それぞれの偏波状態が
互いに一致することにより、光増幅の利得を高めること
ができる。
は、信号光および励起光それぞれの伝搬時の偏波状態を
保持する偏波保持光ファイバであるのが好適である、こ
の場合には、信号光および励起光それぞれの偏波状態が
互いに一致することにより、光増幅の利得を高めること
ができる。
【００３７】また、本発明に係る光増幅用光ファイバは
ラマン増幅するものであるのが好適であり、この場合に
は、光増幅用光ファイバを伝搬しつつ光増幅される信号
光のパワーは、非線形光学現象が発生しない程度に小さ
く、且つ、励起光の利用効率を高めることができる。
ラマン増幅するものであるのが好適であり、この場合に
は、光増幅用光ファイバを伝搬しつつ光増幅される信号
光のパワーは、非線形光学現象が発生しない程度に小さ
く、且つ、励起光の利用効率を高めることができる。
【００３８】また、本発明に係る光増幅用光ファイバ
は、ラマン利得係数を増大させる物質が屈折率が最大と
なる領域に添加されているのが好適であり、この場合に
は、光増幅の利得を更に高めることができる。
は、ラマン利得係数を増大させる物質が屈折率が最大と
なる領域に添加されているのが好適であり、この場合に
は、光増幅の利得を更に高めることができる。
【００３９】本発明に係る光ファイバ増幅器は、上記の
本発明に係る光増幅用光ファイバと、この光増幅用光フ
ァイバのカットオフ波長より短い波長の励起光を光増幅
用光ファイバに供給する励起光供給手段とを備える。こ
の光ファイバ増幅器によれば、励起光供給手段により光
増幅用光ファイバに供給される励起光は基底モードだけ
でなく少なくとも２次モードも含まれる。そして、光増
幅用光ファイバは、信号光については基底モードのみを
伝搬させ、励起光については基底モードだけでなく少な
くとも２次モードをも伝搬させ得る。したがって、光増
幅用光ファイバにおいては、励起光の基底モードのパワ
ー分布に励起光の高次モードのパワー分布を加えること
で、信号光の基底モードのパワー分布に実効的に近いも
のとすることができ、信号光に対する実効断面積と励起
光に対する実効断面積との相違が小さくなるので、光フ
ァイバ増幅器の利得が高くなる。
本発明に係る光増幅用光ファイバと、この光増幅用光フ
ァイバのカットオフ波長より短い波長の励起光を光増幅
用光ファイバに供給する励起光供給手段とを備える。こ
の光ファイバ増幅器によれば、励起光供給手段により光
増幅用光ファイバに供給される励起光は基底モードだけ
でなく少なくとも２次モードも含まれる。そして、光増
幅用光ファイバは、信号光については基底モードのみを
伝搬させ、励起光については基底モードだけでなく少な
くとも２次モードをも伝搬させ得る。したがって、光増
幅用光ファイバにおいては、励起光の基底モードのパワ
ー分布に励起光の高次モードのパワー分布を加えること
で、信号光の基底モードのパワー分布に実効的に近いも
のとすることができ、信号光に対する実効断面積と励起
光に対する実効断面積との相違が小さくなるので、光フ
ァイバ増幅器の利得が高くなる。
【図１】本実施形態に係る光ファイバ増幅器の概略構成
図である。
図である。
【図２】光増幅用光ファイバにおける光のパワー分布を
説明する図である。
説明する図である。
１…光ファイバ増幅器、１０…光増幅用光ファイバ、２
１，２２…励起光源、３１，３２…励起光供給用光ファ
イバ、４１，４２…光カプラ。
１，２２…励起光源、３１，３２…励起光供給用光ファ
イバ、４１，４２…光カプラ。
Claims (7)
- 【請求項１】 励起光が供給されることにより信号光を
光増幅し得る光増幅用光ファイバであって、前記信号光
の波長より短く前記励起光の波長より長いカットオフ波
長を有することを特徴とする光増幅用光ファイバ。 - 【請求項２】 前記信号光の基底モードの群速度は、前
記励起光の基底モードの群速度以下であり、前記励起光
の２次モードの群速度以上であることを特徴とする請求
項１記載の光増幅用光ファイバ。 - 【請求項３】 前記励起光については基底モードおよび
２次モードのみを伝搬させ得ることを特徴とする請求項
１記載の光増幅用光ファイバ。 - 【請求項４】 前記信号光および前記励起光それぞれの
伝搬時の偏波状態を保持する偏波保持光ファイバである
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅用光ファイバ。 - 【請求項５】 前記光増幅はラマン増幅であることを特
徴とする請求項１記載の光増幅用光ファイバ。 - 【請求項６】 ラマン利得係数を増大させる物質が屈折
率が最大となる領域に添加されていることを特徴とする
請求項５記載の光増幅用光ファイバ。 - 【請求項７】 請求項１記載の光増幅用光ファイバと、
前記光増幅用光ファイバのカットオフ波長より短い波長
の励起光を前記光増幅用光ファイバに供給する励起光供
給手段とを備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
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