JP2001274490A - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JP2001274490A JP2001274490A JP2000085059A JP2000085059A JP2001274490A JP 2001274490 A JP2001274490 A JP 2001274490A JP 2000085059 A JP2000085059 A JP 2000085059A JP 2000085059 A JP2000085059 A JP 2000085059A JP 2001274490 A JP2001274490 A JP 2001274490A
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非線形光学効果を抑圧するためにはEDFを短
尺にする必要があるが、高出力を得るためにはEDFの長
くする必要がある。しかしそのためにEDF濃度を高くす
るとErの濃度消光がおこり、エネルギー効率が悪化す
る。 【解決手段】 1440nmから1510nmの励起光源と少なくと
もエルビウムイオンとイッテルビウムイオンを添加した
増幅ファイバを用いた。1440nmから1560nmの励起光源と
少なくともエルビウムイオンとイッテルビウムイオンを
添加した増幅ファイバを用いて、少なくとも1570nmから
1600nmの信号光を増幅するようにした。信号入力側に低
雑音特性の光増幅器を接続した。イッテルビウムイオン
のmol濃度をエルビウムイオンのそれの１０倍以上とし
た。
尺にする必要があるが、高出力を得るためにはEDFの長
くする必要がある。しかしそのためにEDF濃度を高くす
るとErの濃度消光がおこり、エネルギー効率が悪化す
る。 【解決手段】 1440nmから1510nmの励起光源と少なくと
もエルビウムイオンとイッテルビウムイオンを添加した
増幅ファイバを用いた。1440nmから1560nmの励起光源と
少なくともエルビウムイオンとイッテルビウムイオンを
添加した増幅ファイバを用いて、少なくとも1570nmから
1600nmの信号光を増幅するようにした。信号入力側に低
雑音特性の光増幅器を接続した。イッテルビウムイオン
のmol濃度をエルビウムイオンのそれの１０倍以上とし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に光通信システ
ムに利用される光増幅器に関するものである。
ムに利用される光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムにおいてファイ
バ増幅器は近年急速に実用化されている。特に1530nmか
ら1560nmの信号帯域の増幅器は、増幅媒体であるエルビ
ウムイオン(Er)を光ファイバに添加したエルビウム添加
光ファイバ増幅器 (Erbium Doped Fiber Amplifier : E
DFA) が最も使用されている。その基本構成を図１に示
す。図１中の１はアイソレータ、２は励起光と信号光の
合波カプラ、３は励起用レーザー、４はEDF (Erbium Do
ped Fiber )である。EDFには光励起用レーザーによりエ
ネルギーを供給する。レーザーの発振波長は通常はErの
吸収帯であり、半導体レーザーが利用できる980nm帯域
や1480nm帯域が使用される。1480nm帯域は1440nm付近か
ら1510nm付近まで利用できる。レーザーのエネルギーは
ある程度のエネルギー効率で信号増幅に使用される。増
幅特性は励起波長により異なり、980nm励起した増幅器
は量子限界の3dBにせまる低雑音特性が実現可能であ
り、1480nm励起した増幅器は80%程度の高いエネルギー
変換効率が実現可能である。
バ増幅器は近年急速に実用化されている。特に1530nmか
ら1560nmの信号帯域の増幅器は、増幅媒体であるエルビ
ウムイオン(Er)を光ファイバに添加したエルビウム添加
光ファイバ増幅器 (Erbium Doped Fiber Amplifier : E
DFA) が最も使用されている。その基本構成を図１に示
す。図１中の１はアイソレータ、２は励起光と信号光の
合波カプラ、３は励起用レーザー、４はEDF (Erbium Do
ped Fiber )である。EDFには光励起用レーザーによりエ
ネルギーを供給する。レーザーの発振波長は通常はErの
吸収帯であり、半導体レーザーが利用できる980nm帯域
や1480nm帯域が使用される。1480nm帯域は1440nm付近か
ら1510nm付近まで利用できる。レーザーのエネルギーは
ある程度のエネルギー効率で信号増幅に使用される。増
幅特性は励起波長により異なり、980nm励起した増幅器
は量子限界の3dBにせまる低雑音特性が実現可能であ
り、1480nm励起した増幅器は80%程度の高いエネルギー
変換効率が実現可能である。
【０００３】伝送容量の大容量化を実現する波長多重伝
送の用途では、高出力で効率のよいEDFAが必要となる。
必要となるEDFの長さは、入力信号光の強度、信号波長
帯域、励起レーザーの出力などにより決定される。信号
光の波長数の増加につれて、必要となる励起レーザー強
度、EDFの長さはともに増加する。
送の用途では、高出力で効率のよいEDFAが必要となる。
必要となるEDFの長さは、入力信号光の強度、信号波長
帯域、励起レーザーの出力などにより決定される。信号
光の波長数の増加につれて、必要となる励起レーザー強
度、EDFの長さはともに増加する。
【０００４】しかしEDF長が増加すると、EDF内での非線
形光学効果が顕著になってくる。主なものとして4光波
混合、相互位相変調などがある。これらの非線形効果は
増幅される信号光の品質を劣化させる。また信号波長数
の増加により、影響が積和的に増加するので波長多重通
信では特に非線形効果を抑圧する必要がある。非線形光
学効果は次の式１のような有効ファイバ長Leffで決定さ
れる。
形光学効果が顕著になってくる。主なものとして4光波
混合、相互位相変調などがある。これらの非線形効果は
増幅される信号光の品質を劣化させる。また信号波長数
の増加により、影響が積和的に増加するので波長多重通
信では特に非線形効果を抑圧する必要がある。非線形光
学効果は次の式１のような有効ファイバ長Leffで決定さ
れる。
【０００５】
【式１】 前記式中のgは単位長さ当たりの利得係数、LはEDFの実
際の長さである。
際の長さである。
【０００６】必要なEDF長を短くするには、Erの濃度を
高めて、利得係数をあげる必要がある。しかし、Er濃度
を1000ppm程度にまで高めると、Erイオンが微粒子を形
成し、EDFのエネルギー効率が劣化する濃度消光という
問題が生じる。濃度消光を抑圧するためにアルミニウム
イオン(Al)を数%程度添加する。
高めて、利得係数をあげる必要がある。しかし、Er濃度
を1000ppm程度にまで高めると、Erイオンが微粒子を形
成し、EDFのエネルギー効率が劣化する濃度消光という
問題が生じる。濃度消光を抑圧するためにアルミニウム
イオン(Al)を数%程度添加する。
【０００７】一方、エルビウムと共にイッテルビウム(Y
b)を添加した増幅ファイバ（ErbiumYtterbIum Doped Fi
ber : EYDF）を用いた増幅器が存在する。Ybは800〜110
0nm付近に広帯域の強い吸収帯をもち、Ybに吸収された
光エネルギーは吸収帯の重なっているErにある程度の確
率で遷移し、Erを間接的に励起することができる。この
ことを利用し、900nm付近のレーザー、例えば980nmの高
出力な半導体レーザーや1064nmの高出力な固体レーザー
などが励起レーザーとして使用される。従来、EYDFは、
これらYbの吸収波長帯域に相当する発振波長を持つレー
ザーを用いた増幅器として用いられてきた。しかしこれ
らの増幅器は、YbからErを間接的に励起しているので、
エネルギー効率が低いという問題があった。
b)を添加した増幅ファイバ（ErbiumYtterbIum Doped Fi
ber : EYDF）を用いた増幅器が存在する。Ybは800〜110
0nm付近に広帯域の強い吸収帯をもち、Ybに吸収された
光エネルギーは吸収帯の重なっているErにある程度の確
率で遷移し、Erを間接的に励起することができる。この
ことを利用し、900nm付近のレーザー、例えば980nmの高
出力な半導体レーザーや1064nmの高出力な固体レーザー
などが励起レーザーとして使用される。従来、EYDFは、
これらYbの吸収波長帯域に相当する発振波長を持つレー
ザーを用いた増幅器として用いられてきた。しかしこれ
らの増幅器は、YbからErを間接的に励起しているので、
エネルギー効率が低いという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、高出力
な波長多重伝送用EDFAでは、非線形光学効果を抑圧する
ためEDFの長さを短くする必要があるが、高出力を得る
ためにはEDFの長さを長くする必要がある。しかしその
ためにEDF濃度を高くするとErの濃度消光がおこり、エ
ネルギー効率が悪化する。
な波長多重伝送用EDFAでは、非線形光学効果を抑圧する
ためEDFの長さを短くする必要があるが、高出力を得る
ためにはEDFの長さを長くする必要がある。しかしその
ためにEDF濃度を高くするとErの濃度消光がおこり、エ
ネルギー効率が悪化する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、必要とされる
EDF長を短くして非線形光学効果を抑圧し、高い励起効
率を得ることを目的とする。
EDF長を短くして非線形光学効果を抑圧し、高い励起効
率を得ることを目的とする。
【００１０】本件出願の第１の光増幅器は、1440nmから
1510nmの励起光源と少なくともエルビウムイオンとイッ
テルビウムイオンを添加した増幅ファイバを用いたもの
である。
1510nmの励起光源と少なくともエルビウムイオンとイッ
テルビウムイオンを添加した増幅ファイバを用いたもの
である。
【００１１】本件出願の第２の光増幅器は、1440nmから
1560nmの励起光源と少なくともエルビウムイオンとイッ
テルビウムイオンを添加した増幅ファイバを用いた、少
なくとも1570nmから1600nmの信号光を増幅するものであ
る。
1560nmの励起光源と少なくともエルビウムイオンとイッ
テルビウムイオンを添加した増幅ファイバを用いた、少
なくとも1570nmから1600nmの信号光を増幅するものであ
る。
【００１２】本件出願の第３の光増幅器は、請求項１又
は請求項２記載の光増幅器において、信号入力側に低雑
音特性の光増幅器を接続したものである。
は請求項２記載の光増幅器において、信号入力側に低雑
音特性の光増幅器を接続したものである。
【００１３】本件出願の第４の光増幅器は、請求項1乃
至請求項３のいずれかに記載の光増幅器において、イッ
テルビウムイオンのmol濃度をエルビウムイオンのmol濃
度１０倍以上としたものである。
至請求項３のいずれかに記載の光増幅器において、イッ
テルビウムイオンのmol濃度をエルビウムイオンのmol濃
度１０倍以上としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】（実施形態１）Ybの添加により、
Erの濃度消光を抑圧する作用があることが後述の実験よ
り確認された。また、Ybは900nm付近の吸収帯を励起す
ると励起エネルギーはErを間接的に励起する。この吸収
帯はErの1480nm帯域よりエネルギーの高い領域なので、
1480nm帯域で励起する場合には増幅作用に寄与しない。
図2にその概略図を示す。Ybの900nm付近の吸収帯を例え
ば980nm励起光で励起すると、Erの980nm帯域を間接的に
励起し、1550nm帯域を増幅するが、1480nm帯域の励起で
はErを直接励起するので、Ybは濃度消光を抑制する作用
を持つ。本発明の光増幅器はかかる作用を利用して前記
目的を達成するものである。
Erの濃度消光を抑圧する作用があることが後述の実験よ
り確認された。また、Ybは900nm付近の吸収帯を励起す
ると励起エネルギーはErを間接的に励起する。この吸収
帯はErの1480nm帯域よりエネルギーの高い領域なので、
1480nm帯域で励起する場合には増幅作用に寄与しない。
図2にその概略図を示す。Ybの900nm付近の吸収帯を例え
ば980nm励起光で励起すると、Erの980nm帯域を間接的に
励起し、1550nm帯域を増幅するが、1480nm帯域の励起で
はErを直接励起するので、Ybは濃度消光を抑制する作用
を持つ。本発明の光増幅器はかかる作用を利用して前記
目的を達成するものである。
【００１５】図３（ａ）は本発明による光増幅器の第１
の実施形態を示す図であり、図中の１はアイソレータ、
２は励起光と信号光の合波カプラ、３は励起レーザー、
４はEDFである。この光増幅器は同図に示すように、148
0nm帯域の励起レーザー３を２組用いて、EDF４を双方向
から励起するものである。発明の効果を確認するため
に、通常のEDF、高濃度のEDF、さらに高濃度のEYDFにつ
いて、Er濃度と、励起光強度合計500mWに対して最適な
ファイバ長とそのときのエネルギー効率を比較した。そ
の結果を表１に示す。このとき、Ybのmol濃度はErのmol
濃度の12.5倍である。このときEYDFは高濃度、短尺で高
いエネルギー効率を示し、本発明の効果が確認された。
の実施形態を示す図であり、図中の１はアイソレータ、
２は励起光と信号光の合波カプラ、３は励起レーザー、
４はEDFである。この光増幅器は同図に示すように、148
0nm帯域の励起レーザー３を２組用いて、EDF４を双方向
から励起するものである。発明の効果を確認するため
に、通常のEDF、高濃度のEDF、さらに高濃度のEYDFにつ
いて、Er濃度と、励起光強度合計500mWに対して最適な
ファイバ長とそのときのエネルギー効率を比較した。そ
の結果を表１に示す。このとき、Ybのmol濃度はErのmol
濃度の12.5倍である。このときEYDFは高濃度、短尺で高
いエネルギー効率を示し、本発明の効果が確認された。
【００１６】1570nmから1600nmの信号帯域では、EDFの
利得が小さいので、通常の信号帯域の増幅用のEDF長よ
り数倍の長さを必要とするが、本実施形態に示す光増幅
器では、より短尺のEYDFでの増幅が可能である。励起レ
ーザーの波長は1480nm帯域か、1550nm帯域、またはそれ
らの組み合わせとできる。
利得が小さいので、通常の信号帯域の増幅用のEDF長よ
り数倍の長さを必要とするが、本実施形態に示す光増幅
器では、より短尺のEYDFでの増幅が可能である。励起レ
ーザーの波長は1480nm帯域か、1550nm帯域、またはそれ
らの組み合わせとできる。
【００１７】
【表１】
【００１８】（実施形態２）図３（ｂ）は本発明の光増
幅器の第２の実施形態を示す図であり、図中の１は980n
m励起EDFA、２は1480nm励起EYDFAである。前述のよう
に、980nm帯域で励起するEDFAは低雑音特性を示すの
で、本実施形態に示す光増幅器では図３（ｂ）に示すよ
うに、980nm帯域で励起した通常のEDFAを前述のEYDFAの
前段に接続し、低雑音で高出力の光増幅器を構成したも
のである。
幅器の第２の実施形態を示す図であり、図中の１は980n
m励起EDFA、２は1480nm励起EYDFAである。前述のよう
に、980nm帯域で励起するEDFAは低雑音特性を示すの
で、本実施形態に示す光増幅器では図３（ｂ）に示すよ
うに、980nm帯域で励起した通常のEDFAを前述のEYDFAの
前段に接続し、低雑音で高出力の光増幅器を構成したも
のである。
【００１９】
【発明の効果】本発明の光増幅器によれば短尺EDFを用
いて非線形効果を抑圧した、効率のよい光増幅器が実現
される。
いて非線形効果を抑圧した、効率のよい光増幅器が実現
される。
【図１】光増幅器の基本構成を示す図。
【図２】エネルギーレベルの概略図。
【図３】（ａ）は本発明の光増幅器の第１の実施形態を
示す図、（ｂ）は本発明の光増幅器の第２の実施形態を
示す図。
示す図、（ｂ）は本発明の光増幅器の第２の実施形態を
示す図。
１ アイソレータ ２ 励起光と信号光の合波カプラ ３ 励起レーザー ４ EDF
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 健 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 並木 周 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H050 AB18X AB20X AC03 AC71 AD00 5F072 AB09 AK06 JJ02 JJ20 PP07 YY17
Claims (4)
- 【請求項１】1440nmから1510nmの励起光源と少なくとも
エルビウムイオンとイッテルビウムイオンを添加した増
幅ファイバを用いたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項２】1440nmから1560nmの励起光源と少なくとも
エルビウムイオンとイッテルビウムイオンを添加した増
幅ファイバを用いた、少なくとも1570nmから1600nmの信
号光を増幅することを特徴とする光増幅器。 - 【請求項３】請求項１又は請求項２記載の光増幅器にお
いて、信号入力側に低雑音特性の光増幅器を接続したこ
とを特徴とする光増幅器。 - 【請求項４】請求項1乃至請求項３のいずれかに記載の
光増幅器において、イッテルビウムイオンがエルビウム
イオンの１０倍以上のmol濃度であることを特徴とする
光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085059A JP2001274490A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085059A JP2001274490A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274490A true JP2001274490A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18601446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000085059A Pending JP2001274490A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001274490A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003033422A1 (fr) * | 2001-10-15 | 2003-04-24 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Procede de production de verre dope aux elements du groupe des terres rares et fibre destinee a l'amplification optique utilisant un tel verre |
| JP2011018765A (ja) * | 2009-07-08 | 2011-01-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光増幅用光ファイバおよび光ファイバ増幅器ならびに光ファイバレーザ |
| JP2013065713A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Toshiba Corp | ファイバレーザ装置 |
| US8509580B2 (en) | 2009-01-27 | 2013-08-13 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier and resonator |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000085059A patent/JP2001274490A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003033422A1 (fr) * | 2001-10-15 | 2003-04-24 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Procede de production de verre dope aux elements du groupe des terres rares et fibre destinee a l'amplification optique utilisant un tel verre |
| US7079738B2 (en) | 2001-10-15 | 2006-07-18 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing a glass doped with a rare earth element and fiber for optical amplification using the same |
| US8509580B2 (en) | 2009-01-27 | 2013-08-13 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier and resonator |
| US8781274B2 (en) | 2009-01-27 | 2014-07-15 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier and resonator |
| JP2011018765A (ja) * | 2009-07-08 | 2011-01-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光増幅用光ファイバおよび光ファイバ増幅器ならびに光ファイバレーザ |
| US8537458B2 (en) | 2009-07-08 | 2013-09-17 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical fiber for optical amplification, optical fiber amplifier, and optical fiber laser |
| JP2013065713A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Toshiba Corp | ファイバレーザ装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090106 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090106 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090512 |