JP2001189508A - 光ファイバアンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長選択性を有する光学素子を必要としな
い、波長依存性の少ない高効率な光ファイバアンプを提
供する 【解決手段】 第１および第２ポートを有する一端と、
第３および第４ポートを有する他端とを備える合波器１
４と、合波器１４の第１および第２ポートに、両端が接
続されたループ状の光ファイバ（１０）と、合波器１４
の３ポートから入力される励起光を出力する励起用光源
１２とを有する。ループ状の光ファイバ１０は、励起光
によって励起され、第４ポートから入力される信号光に
よる誘導放出によって信号光を増幅する光増幅用ファイ
バであり、増幅された信号光が第４ポートから出力され
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、光ファイバアンプ
に関し、特に、光通信ネットワークシステムに好適に用
いられる光ファイバアンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高度情報化社会の到来に向けて、
光ファイバを用いた大容量高速伝送ネットワークは、長
距離基幹伝送路から加入者系へと拡大されつつある。こ
のような光ファイバネットワークシステムにおいて、光
を直接増幅することができる光ファイバアンプは必要不
可欠な構成要素になっている。

【０００３】光ファイバアンプには、各種の非線形作用
を利用したものが知られており、例えば、希土類元素ド
ープ光ファイバ、ファイバラマン、ファイバブリルアン
を用いた光ファイバアンプがある（例えば、中沢正隆、
応用物理、５６、ｐ．１２５６（１９８７）参照）。こ
れらの光ファイバアンプのうち、希土類元素ドープ光フ
ァイバを用いたものは、利得および効率が高く、また雑
音特性にも優れている。一般に、希土類元素ドープ光フ
ァイバは、少なくともコアおよびクラッドを有し、その
コアに希土類元素がドープされている。希土類元素ドー
プ光ファイバとしては、エルビウム（Ｅｒ）ドープ光フ
ァイバ（以下、「ＥＤＦ」と称する。）の特性が優れて
いる。

【０００４】図２に、従来の、ＥＤＦを用いた光ファイ
バアンプ（以下「ＥＤＦＡ」と称する。）２００を模式
的に示す。

【０００５】ＥＤＦＡ２００は、ＥＤＦ２０と、励起用
レーザダイオード（以下、「ＬＤ」と称する。）２２
と、励起光と信号光とを合波するための波長合波器（Ｗ
ａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐ
ｌｅｘｅｒ、以下、「ＷＤＭ」と称する）２４と、アイ
ソレータ２６ａおよび２６ｂを有している。ＥＤＦＡ２
００は、コネクタ２８ａおよび２８ｂを介して、光ファ
イバネットワークシステムに挿入・結合されている。

【０００６】ＥＤＦＡ２００の動作を以下に簡単に説明
する。

【０００７】コネクタ２８ａに接続された光ファイバ３
２ａから入力された信号光（例えば、波長１．５５μｍ
帯）は、ＷＤＭ２４ａによって、励起用ＬＤ２２ａから
出射された励起光（例えば、波長１．４８μｍ帯または
波長０．９８μｍ帯）と合波され、ＥＤＦ２０に伝搬す
る。ＥＤＦ２０によって増幅された信号光は、コネクタ
２８ｂに接続された光ファイバ３２ｂに出力される。な
お、アイソレータ２６ａおよび２６ｂは、入出力コネク
タ２８ａおよび２８ｂおよび励起用ＬＤ２２などからの
反射、ＥＤＦ２０ａや光ファイバ３２ａおよび３２ｂ中
の散乱による寄生発振の発生、信号光の多重反射、ＡＳ
Ｅ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ）の発生を抑制し、利得および出力強度
の向上や雑音特性を改善する。

【０００８】信号光と励起光とを合波するために用いら
れているＷＤＭの動作を説明する。

【０００９】ＷＤＭとして一般的に用いらている誘電体
多層膜型ＷＤＭおよび溶融延伸ファイバ型ＷＤＭの分光
特性を模式的に表すグラフを図３（ａ）および（ｂ）に
示す。これらのグラフの縦軸は挿入損で、横軸は光の波
長である。グラフ中の破線が励起光入力ポートから合波
出力ポートへの挿入損、実線が信号光入力ポートから合
波出力ポートへの挿入損に、それぞれ対応する。

【００１０】図３（ａ）および（ｂ）に示したように、
ＷＤＭは、信号光に対する挿入損が小さく且つ励起光に
対する挿入損が大きい波長帯と、励起光に対する挿入損
が小さく且つ信号光に対する挿入損が大きい波長帯とを
有する。ＷＤＭが有するこの波長選択的な特性を利用す
ることによって、波長の異なる信号光と励起光とを合波
することができる。従来は、信号光と励起光とを合波す
るためには、ＷＤＭが不可欠であると考えられていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のＷＤＭを用いて信号光と励起光とを合波するために
は、それぞれの光の波長帯域に応じた分光特性を有する
ＷＤＭを用意する必要があり、ＷＤＭの分光特性と光の
波長帯との整合が取れないと、挿入損失が増大するなど
の問題が発生する。すなわち、ＷＤＭの分光特性の波長
依存性は大きく、十分な性能を発揮できる波長範囲が狭
いので、多重化できる光の波長に対する制限が厳しい、
という問題がある。また、信号光や励起光の波長が変動
すると、挿入損失が増大するなどの問題が発生する。さ
らに、レンズなどを用いるタイプのＷＤＭは、反射や損
失が大きく、価格が高いなどの問題がある。

【００１２】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、波長選択性を有するＷＤＭを必要と
しない、波長依存性の少ない高効率な光ファイバアンプ
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバアン
プは、第１および第２ポートを有する一端と、第３およ
び第４ポートを有する他端とを備える合波器と、前記合
波器の前記第１および第２ポートに、両端が接続された
ループ状の光ファイバと、前記合波器の前記３ポートか
ら入力される励起光を出力する励起用光源とを有し、前
記ループ状の光ファイバは、前記励起光によって励起さ
れ、前記第４ポートから入力される信号光による誘導放
出によって前記信号光を増幅する光増幅用ファイバであ
り、増幅された信号光が前記第４ポートから出力される
構成を有し、そのことによって上記目的が達成される。

【００１４】前記ループ状の光ファイバは、コアおよび
クラッドを有し、前記コアに希土類元素がドープされた
領域を長手方向の少なくとも一部に有することが好まし
い。特に、エルビウムドープ光ファイバを用いることが
好ましい。

【００１５】前記合波器は波長無依存型合波器であるこ
とが好ましい。

【００１６】第１、第２および第３端子を有する光サー
キュレータをさらに備え、前記信号光は前記第１端子か
ら前記光サーキュレータに入力され、前記第２端子から
出力された前記信号光が前記第４ポートから前記合波器
に入力され、前記第４ポートから出力された前記増幅さ
れた信号光は前記第２端子から前記光サーキュレータに
入力され、前記増幅された信号光は前記第３端子から出
力される構成とすることが好ましい。

【００１７】前記励起光は互いに波長の異なる光を含ん
でいる構成とすることもできる。

【００１８】前記ループ状の光ファイバによって生じる
偏波を補償するための偏波制御素子をさらに備える構成
としてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明による実施形態を説明する。

【００２０】図１は、本発明による実施形態の光ファイ
バアンプ１００を模式的に示している。

【００２１】光ファイバアンプ１００は、ループ状の光
ファイバ１０と、励起用光源としてのＬＤ１２、カプラ
１４と、光サーキュレータ１６とを有している。光ファ
イバアンプ１００は、コネクタ１８ａおよび１８ｂを介
して、光ファイバネットワークシステムに挿入・結合さ
れている。

【００２２】光ファイバアンプ１００においては、信号
光と励起光との合波は、カプラ（合波器）１４で行われ
る。ここでは、カプラ１４として、波長無依存型の３ｄ
Ｂカプラ（分岐度５０％のカプラ）を用いる。３ｄＢカ
プラ１４は、第１ポート１４ａおよび第２ポート１４ｂ
を有する一端と、第３ポート１４ｃおよび第４ポート１
４ｄとを有する他端とを備えている。３ｄＢカプラ１４
は、単体のとき、第１ポート１４ａからの入力を第３お
よび第４ポート１４ｃ、１４ｄに半分ずつ、第２ポート
１４ｂからの入力も第３および第４ポート１４ｃ、１４
ｄに半分ずつ出力し、また、第３ポート１４ｃからの入
力を第１および第２ポート１４ａ、１４ｂに半分ずつ、
第４ポート１４ｄからの入力も第１および第２ポート１
４ａ、１４ｂに半分ずつ出力する特性を有する。３ｄＢ
カプラ１４の一端に設けられている第１ポート１４ａお
よび第２ポート１４ｂには、ループ状の光ファイバ１０
の両端がそれぞれ接続されており、３ｄＢカプラ１４と
ループ状の光ファイバ１０とで光ファイバループミラー
（ＦＬＭ）を構成している。

【００２３】ＬＤ１２から出射される励起光（例えば、
波長１．４８μｍ帯または０．９８μｍ帯）は３ｄＢカ
プラ１４の第３ポート１４ｃに入力される。一方、光フ
ァイバ３２からコネクタ１８ａを介して、光ファイバア
ンプ１００に入力される信号光（例えば、波長１．５５
μｍ帯）は、光サーキュレータ１６の第１端子１６ａに
入力され、第２端子１６ｂから３ｄＢカプラ１４の第４
ポート１４ｄに向けて出力される。

【００２４】３ｄＢカプラ１４の第３ポート１４ｃに入
力された励起光および第４ポート１４ｄに入力された信
号光は、３ｄＢカプラ１４内で合波され、それぞれの５
０％ずつが、第１ポート１４ａおよび第２ポート１４ｂ
からループ状の光ファイバ１０に出力される。ループ状
の光ファイバ１０は、典型的には、希土類元素ドープ光
ファイバであり、その中を伝搬する信号光による誘導放
出によって信号光を増幅する。ループ状の光ファイバ１
０は、コアに希土類元素がドープされた領域を長手方向
の少なくとも一部に有すれば良い。

【００２５】増幅された信号光は、第１ポート１４ａお
よび第２ポート１４ｂから再び３ｄＢカプラ１４に入力
され、その信号のほぼ全てが第４ポート１４ｄから出力
される。この増幅された信号光は、サーキュレータ１６
の第２端子１４ｂに入力され、第３端子１６ｃから出力
される。サーキュレータ１６の第３端子１６ｃから出力
された信号光は、コネクタ１８ｂを介して接続された光
ファイバ３２ｂに出力される。

【００２６】上述したように、本実施形態の光ファイバ
アンプ１００は、３ｄＢカプラ１４と３ｄＢカプラ１４
の一端に接続されたループ状の光ファイバ１０とで構成
されるＦＬＭによって、信号光と励起光との合波を行っ
ているので、従来のＷＤＭ（図２中のＷＤＭ２４）を必
要としない。このＦＬＭを構成するカプラは、本質的に
波長選択性を有する必要がないので、例示したように、
安価で低損失な３ｄＢカプラを用いることが可能であ
る。勿論、特に波長無依存型のカプラを用いることが好
ましい。また、本実施形態の光ファイバアンプ１００
は、ファイバ端面にレンズを設ける必要が無いので、信
頼性にも優れる。

【００２７】また、３ｄＢカプラに限らず、種々の分岐
比のカプラを用いることができ、溶融延伸ファイバ型で
も、バルクミラー型でもよい。ＦＬＭを構成するループ
状の光ファイバ１０としては、光増幅の機能を有するも
のを広く用いることができるが、性能の観点から、例示
した希土類元素ドープ光ファイバ、特にＥＤＦを用いる
ことが好ましい。

【００２８】なお、ループ状に変形された光ファイバを
用いると、その中を伝搬する光の偏波方向がずれる（変
化する）ことがある。必要に応じて、この偏波方向のず
れを補償するために、偏波制御素子を設けてもよい。偏
波制御素子としては、位相差板（１／４波長板や１／２
波長板、およびこれらの組み合わせ等）や光ファイバを
マンドレルに巻きつけたパドルなど、公知の偏波制御素
子を用いることができる。偏波制御素子は、ループ中に
設けることが好ましい。

【００２９】光ファイバアンプ１００の光サーキュレー
タ１４は、図２に示した従来の光ファイバアンプ２００
における２つのアイソレータ２６ａおよび２６ｂと同様
に、コネクタ１８ａおよび１８ｂやＬＤ１２などからの
反射、ＥＤＦ１０や光ファイバ３２ａおよび３２ｂ中の
散乱による寄生発振の発生、信号光の多重反射、ＡＳＥ
の発生を抑制し、利得および出力強度の向上や雑音特性
を改善する。さらに、従来の構成よりも部品点数を減少
することができるので、光ファイバの接合部の数を減ら
すことが可能となり、接合部において発生する性能の低
下を抑制できる利点がある。勿論、光サーキュレータ１
６として、４端子以上の光サーキュレータを用いても良
いし、カプラの類を用いてもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明による光ファイバアンプは、波長
無依存型のカプラを用いて、信号光と励起光とを合波す
ることができるので、利用できる信号光や励起光の波長
範囲に対する制限が従来よりもゆるく、種々の波長の光
に対して好適に利用することができ、光の利用効率も高
い。従って、本発明によると、今後ますます重要にな
る、広い波長範囲に亘る波長多重化に対応できる高効率
な光ファイバアンプが提供される。さらに、本発明によ
る光ファイバアンプは、従来のレンズなどを用いるタイ
プのＷＤＭに比べて安価で、高信頼性であるという利点
も得られる。

【００３１】また、本発明による光ファイバアンプは、
励起光と信号光との波長が近接している場合にも好適に
利用される。さらに、信号光や励起光の波長が変動して
も、出力強度の変動が少なく、安定して動作する光ファ
イバアンプが提供される。また、本発明による光ファイ
バアンプの励起光として、複数の異なる波長の光を用い
ることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態の光ファイバアンプ１０
０を示す模式図である。

【図２】従来の光ファイバアンプ２００を示す模式図で
ある。

【図３】従来の光ファイバアンプで用いられているＷＤ
Ｍの分光特性を模式的にあらわすグラフであり、（ａ）
は誘電体多層膜型ＷＤＭ、（ｂ）は溶融延伸ファイバ型
ＷＤＭの分光特性をそれぞれ示す。

【符号の説明】

１０ ループ状の光ファイバ １２、２２ ＬＤ １４ カプラ １４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ ポート １６ 光サーキュレータ １６ａ、１６ｂ、１６ｃ 端子 １８ａ、１８ｂ、２８ａ、２８ｂ コネクタ ２０ ＥＤＦ ２４ 波長合波器（ＷＤＭ） ２６ａ、２６ｂ アイソレータ ３２ａ、３２ｂ 光ファイバ １００、２００ 光ファイバアンプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１および第２ポートを有する一端と、
   第３および第４ポートを有する他端とを備える合波器
   と、 前記合波器の前記第１および第２ポートに、両端が接続
   されたループ状の光ファイバと、 前記合波器の前記３ポートから入力される励起光を出力
   する励起用光源と、を有し、 前記ループ状の光ファイバは、前記励起光によって励起
   され、前記第４ポートから入力される信号光による誘導
   放出によって前記信号光を増幅する光増幅用ファイバで
   あり、増幅された信号光が前記第４ポートから出力され
   る、光ファイバアンプ。
2. 【請求項２】 前記ループ状の光ファイバは、コアおよ
   びクラッドを有し、前記コアに希土類元素がドープされ
   た領域を長手方向の少なくとも一部に有する請求項１に
   記載の光ファイバアンプ。
3. 【請求項３】 前記合波器は波長無依存型合波器である
   請求項１または２に記載の光ファイバアンプ。
4. 【請求項４】 第１、第２および第３端子を有する光サ
   ーキュレータをさらに備え、 前記信号光は前記第１端子から前記光サーキュレータに
   入力され、前記第２端子から出力された前記信号光が前
   記第４ポートから前記合波器に入力され、前記第４ポー
   トから出力された前記増幅された信号光は前記第２端子
   から前記光サーキュレータに入力され、前記増幅された
   信号光は前記第３端子から出力される、請求項１から３
   のいずれかに記載の光ファイバアンプ。
5. 【請求項５】 前記励起光は互いに波長の異なる光を含
   んでいる請求項１から４のいずれかに記載の光ファイバ
   アンプ。
6. 【請求項６】 前記ループ状の光ファイバによって生じ
   る偏波を補償するための偏波制御素子をさらに備える請
   求項１から５のいずれかに記載の光ファイバアンプ。