JP2002057389A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP2002057389A JP2001168798A JP2001168798A JP2002057389A JP 2002057389 A JP2002057389 A JP 2002057389A JP 2001168798 A JP2001168798 A JP 2001168798A JP 2001168798 A JP2001168798 A JP 2001168798A JP 2002057389 A JP2002057389 A JP 2002057389A
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Teruhisa Kanamori
照寿 金森
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泰丈 大石
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平坦で広帯域な増幅特性を有する光増幅器を
提供する。 【解決手段】 信号光を複数の波長帯域に分波する分波
部2と、分波部から出力される各波長帯域の信号光をそ
れぞれ増幅する複数の光増幅部1−1,1−2と、複数
の光増幅部から出力される各信号光を合波する合波部4
とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を増幅する
広帯域な光増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】Er添加光ファイバ増幅器(EDFA)
は、通信用光ファイバの伝送損失が最小となる1.55
μm帯での光増幅が可能であり、偏波依存性がなく、通
信用光ファイバと低損失で接続できる等の特徴をもって
いる。そのため、1.55μm帯光通信システムにおけ
る光増幅器として開発がすすめられており、例えば、デ
ィジタル信号を伝送する幹線伝送系やアナログ信号を伝
送する光CATV等に幅広く適用されている。
【0003】近年、1.55μm帯光通信システムで
は、さらに通信容量の増加を目指し、信号波長の異なる
複数の信号光からなる波長多重(WDM)信号の伝送が
試みられている。このため、光ファイバ増幅器には、広
い増幅帯域を有するとともに、WDM信号における波長
の異なる各信号光を利得偏差なく増幅する特性が要求さ
れている。
【0004】この要求に応える従来技術として、(1)
Alを共添加したEr添加石英系ファイバを増幅媒体に
用いる、(2)光増幅器の後段に波長等化器を付加す
る、(3)Er添加フッ化物系ファイバを増幅媒体に用
いる(4)利得スペクトルの異なる2つのEr添加光フ
ァイバをカスケード接続するなどの方法が提案されてき
た。
【0005】(1)では、1.54〜1.56μmのW
DM信号の利得偏差を0.2以下にできることが報告さ
れている(S.Yoshida,et al.,"Gain-flattened FDFA wit
h high Al concentration for multistage repeatered
WDM transmission systems",Electron.Lett.,vol.31,p
p.1765-1767,1995)。(2)および(3)では、1.5
32〜1.56μmのWDM信号の利得偏差を1.5d
B以下にできることが報告されている(R.Kashyap.et a
l.,"Wideband gain flattened erbium fiber amplifier
using a photoscnsitive fiber blazed grating", Ele
ctron.Lett.,vol.29.pp.154-156,1993 および M.Yamad
a,et al.,"Fluoride-based erbium-doped fiber amplif
ier with inherently flat gain spectrum",IEEE Photo
nics Technol.Lett.,vol.8,pp,882-884,1996) 。さら
に、(4)では、Al共添加Er添加石英系ファイバと
P共添加Er添加石英系ファイバをカスケード接続する
ことにより、1.54〜1.56μmのWDM信号の利
得偏差を1.3dB以下(T.kashiwada et al.,"Gain fl
attening for fiber amplifiers",OFC'95,paper TuPl,1
995)に、Al共添加Er石英系ファイバとP共添加Er
石英系ファイバをカスケード接続することにより、1.
54〜1.56μmのWDM信号の利益偏差を1.3dB 以
下(T.kashiwada et al.,"A low-noise and gain-flatte
ned amplifier composed of a silica-based and a flu
oride-based Er3+-doped fiber amplifierin a casca
de configuration",OFC'95,paper TuPl,1995)に、ま
た、Al共添加Er添加石英系ファイバとP共添加Er
添加石英系ファイバをカスケード接続することにより、
1.53〜1.56μmのWDM信号の利益偏差を1.
1dB以下(M.yamada et al.,"Gain flattening for fi
ber amplifiers",IEEE PhotonicsTechnol.Lett.,vol.8,
pp.620-622,1996) にできることが報告されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】現在、(2)、(3)
および(4)の光ファイバ増幅器を用いた1Tbit/S、
2.6Tbit/s等のWDM伝送実験が報告されている。し
かし、上記の方法を用いても、平坦な増幅特性を示す帯
域は図1に示すように、約1530nmから1560n
mに限られており(山田 他、電子情報通信学会技術報
告、LQE96-27, pp.43-48)WDM伝送で使用する通信帯
域をより一層広げるためには、光ファイバ増幅器の帯域
特性改善(広帯域化および利得平坦化)が不可欠であ
る。
【0007】一方、Er添加石英系ファイバは、1.5
3〜1.56μm(1.55μm帯)の増幅帯域の他
に、1.57〜1.61μm(1.58μm帯)の増幅
帯域を有することが報告されている。J.F. Massicott e
t al.,"High gain,broadband,1.6μm Er3+ doped sil
ica fiber amplifier",Electron.Lett.,vol.26,pp.1645
-1646,1990および、J.F. Massicott et al.,"Low noise
operation of Er3+ doped silica fiber amplifier
around 1.6μm",Electron.Lett.,vol.28,pp.1924-1925,
1992) 。図2は、この報告(J.F.Massicott et al.,"Hig
h gain,broadband,1.6m Er3+-doped silica fiber am
plifier",Electron.Lett.,vol.26,pp.1645-1646,1990)
にある1.58μm帯増幅帯域を示す。図2において実
験はファイバ長L=200m、破線はL=175m、一
点鎖線はL=150mの場合の信号利得曲線を示す。
【0008】上記論文で紹介されている従来の1.58
μm帯光ファイバ増幅器では、次のような問題点があ
る。 1) 従来のEr添加光ファイバ増幅器の励起光源とし
て使用される0.98μm帯(Er添加石英系ファイバ
のErの 11/2準位励起)、0.97μm帯
(Er添加フッ化物系ファイバのErの 11/2
準位励起)、または1.48μm帯(各ファイバのEr
13/2準位励起)のものと異なり、高出力の
1.55μm帯の励起光源が必要となり、高価なものと
なる。 2) 1.58μm帯の増幅帯域を実現するためのEr
添加光ファイバのファイバ長その他に関する明確な設計
法が明らかになっていない。 3) 1.58μm帯におけるWDM信号の各信号波長
の利得を均一にする(利得偏差を小さくする)ことがで
きない。
【0009】したがって、本発明の目的は、平坦で広帯
域な増幅特性を有する光増幅器を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、信号光を複数の波長帯域に分波する
分波部と、該分波部から出力される各波長帯域の信号光
をそれぞれ増幅する複数の光増幅部と、該複数の光増幅
部から出力される各信号光を合波する合波部とを備えた
ことを特徴とする。
【0011】第2の発明は、前記複数の光増幅部と前記
合波部の入力ポートとの間に、各光増幅部から出力され
る信号光強度を調整する光可変減衰器を挿入したことを
特徴とする。
【0012】第3の発明は、前記光増幅部の各々は、前
記各波長帯域に属する1波の信号光を増幅することを特
徴とする。
【0013】第4の発明は、前記光増幅部の少なくとも
1つは、コア部またはクラッド部の少なくとも一方にレ
ーザ遷移を有する希土類元素または遷移金属を添加した
添加ファイバと、該添加ファイバを励起する励起光源
と、該励起光源からの励起光と信号光を前記添加ファイ
バに入射する光学手段と、光アイソレータとを含むこと
を特徴とする。
【0014】第5の発明は、前記添加ファイバは、石英
系ファイバ、フッ化物系ファイバ、テルライト系ガラス
ファイバ、多成分酸化物系ガラスファイバ、カルコゲナ
イド系ガラスファイバ、フツリン酸ガラスファイバのい
ずれかであることを特徴とする。
【0015】第6の発明は、前記希土類元素はエルビウ
ムであり、前記添加ファイバは、ファイバ長(m)とエ
ルビウム添加濃度(重量ppm)との積である等価的フ
ァイバ長が、前記励起光源の波長において得られる信号
利得が所定の実用基準値以上の信号利得となる長さであ
ることを特徴とする。
【0016】第7の発明は、前記添加ファイバは、石英
系ファイバ、多成分酸化物系ガラスファイバまたはフツ
リン酸ガラスファイバのいずれかであり、1.570〜
1.600μmの波長域にある異なる複数の信号光にお
ける最大波長の信号利得と最小波長の信号利得の差が1
dB以下であることを特徴とする。
【0017】第8の発明は、前記添加ファイバは、フッ
化物ファイバまたはテルライト系ガラスファイバであ
り、1.565〜1.600μmの波長域にある異なる
複数の信号光における最大波長の信号利得と最小波長の
信号利得の差が1dB以下であることを特徴とする。
【0018】第9の発明は、前記励起光源は、Erの
11/2準位を励起する0.97μm帯励起光源、
Erの 11/2準位を励起する0.98μm帯励
起光源、またはErの 13/2準位を励起する
1.48μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0019】第10の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.3×10(m・重量ppm)以
上である石英系ファイバであり、前記励起光源は、Er
11/2準位を励起する0.97μm帯励起光源
であることを特徴とする。
【0020】第11の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.6×10(m・重量ppm)以
上である石英系ファイバであり、前記励起光源は、Er
13/2準位を励起する1.48μm帯励起光源
であることを特徴とする。
【0021】第12の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.1×10(m・重量ppm)以
上であるフッ化物系ファイバであり、前記励起光源は、
Erの 11/2準位を励起する0.97μm帯励
起光源であることを特徴とする。
【0022】第13の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.2×10(m・重量ppm)以
上であるフッ化物系ファイバであり、前記励起光源は、
Erの 13/2準位を励起する0.97μm帯励
起光源であることを特徴とする。
【0023】第14の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.005×10 (m・重量pp
m)以上であるテルライトガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0024】第15の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.01×10(m・重量ppm)
以上であるテルライトガラス系ファイバであり、前記励
起光源は、Erの 13/2準位を励起する1.4
8μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0025】第16の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.008×10 (m・重量pp
m)以上である多成分酸化物ガラス系ファイバであり、
前記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0026】第17の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.015×10 (m・重量pp
m)以上である多成分酸化物ガラス系ファイバであり、
前記励起光源は、Erの 13/2準位を励起する
1.48μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0027】第18の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.01×10(m・重量ppm)
以上であるカルコゲナイドガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0028】第19の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.02×10(m・重量ppm)
以上であるカルコゲナイドガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 13/2準位を励起する
1.48μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0029】第20の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.008×10 (m・重量pp
m)以上であるフツリン酸ガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0030】第21の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.015×10 (m・重量pp
m)以上であるフツリン酸ガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 13/2準位を励起する
1.48μm帯励起光源であることを特徴とする。
【0031】第22の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.3×10(m・重量ppm)以
上である石英系ファイバであり、前記励起光源は、Er
11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源
とErの 13/2準位を励起する1.48μm帯
励起光源の両者を用いることを特徴とする。
【0032】第23の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.1×10(m・重量ppm)以
上であるフッ化物系ファイバであり、前記励起光源は、
Erの 11/2準位を励起する0.97μm帯励
起光源とErの 13/ 準位を励起する1.48
μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とする。
【0033】第24の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.005×10 (m・重量pp
m)以上であるテルライトガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源とErの 13/2準位を
励起する1.48μm帯励起光源の両者を用いることを
特徴とする。
【0034】第25の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.008×10 (m・重量pp
m)以上である酸化物多成分ガラス系ファイバであり、
前記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源とErの 13/2準位を
励起する1.48μm帯励起光源の両者を用いることを
特徴とする。
【0035】第26の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.01×10(m・重量ppm)
以上であるカルコゲナイドガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源とErの 13/2準位を
励起する1.48μm帯励起光源の両者を用いることを
特徴とする。
【0036】第27の発明は、前記添加ファイバは、等
価的ファイバ長が0.008×10 (m・重量pp
m)以上であるフツリン酸ガラス系ファイバであり、前
記励起光源は、Erの 11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源とErの 13/2準位を
励起する1.48μm帯励起光源の両者を用いることを
特徴とする。
【0037】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳細に説明する。本発明の増幅器
は、信号光を複数の波長帯域に分波し、分波された各波
長帯域の信号光を複数の光増幅部でそれぞれ増幅し、各
光増幅部から出力される各信号光を合波して出力する構
成にすると、複数の光増幅部は、それぞれ所定の増幅波
長帯域を有しており、全体で増幅波長帯域の拡大を図る
ことができる。
【0038】例えば、増幅波長帯域λa〜λbの第1の
光増幅部と、増幅波長帯域λc〜λdの第2の光増幅部
を備えるとする(λa<λb<λc<λd)。波長λa
〜λdの信号光は、分波部で波長λa〜λbの信号光と
波長λc〜λdの信号光に分波される。波長λa〜λb
の信号光は第1の光増幅部で増幅され、波長λc〜λd
の信号光は第2の光増幅部で増幅され、増幅後の信号光
強度を等しくするための光可変減衰器を通過させ、各信
号光を合波部で合波する。これにより、広い波長帯域の
信号光を一括して均一に増幅することができ、平坦で広
帯域な増幅特性を有する光増幅器を実現できる。
【0039】例えば、、第一の増幅部として、1.53
〜1.56μmの増幅波長域で利得平坦で動作する光フ
ァイバ増幅器と第二の増幅部として、後述する1.56
5〜1.56μmあるいは1.57〜1.60μmの増
幅波長域で利得平坦で動作する光ファイバ増幅器を組み
合わせることにより1.53〜1.60μm帯に利得帯
域特性を有する光増幅器が実現できる。なお、光増幅部
は3つ以上あっても同様であり、例えば、第一の増幅部
として、1.43〜1.49μmの増幅波長域で利得平
坦で動作するTm3+添加光ファイバ増幅器と第二の増
幅部として、1.49〜1.52μmで利得平坦で動作
するラマンファイバ増幅器と第三の増幅部として、1.
53〜1.56μmの増幅波長域で利得平坦で動作する
光ファイバ増幅器と第四の増幅部として、前記した1.
565〜1.56μmあるいは1.57〜1.56μm
の増幅波長域で利得平坦で動作する光ファイバ増幅器を
組み合わせることにより1.43〜1.60μm帯に利
得平坦特性を有する光増幅器が実現できる。
【0040】最初に、本発明の増幅部に適用可能な光フ
ァイバ増幅器の具体的な構成について説明する。図3〜
図5は、本発明の1.58μm帯光ファイバ増幅器の基
本構成を示す。
【0041】図3は前方励起系、図4は後方励起系、図
5は双方向励起系の各構成を示す。増幅媒体であるEr
添加光ファイバ1は、例えば、Er添加石英系ファイ
バ、Er添加フッ化物系ファイバ、Er添加テルライト
ガラス系ファイバ、Er添加カルコゲナイドガラス系フ
ァイバ、Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、また
は、Er添加フツリン酸ガラス系ファイバを用いる。励
起光源2A,2Bは、Er添加光ファイバ1へ入射する
0.98μm帯または1.48μm帯(Er添加石英系
ファイバ、Er添加テルライトガラス系ファイバ、Er
添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、Er添加酸化物
多成分ガラス系ファイバまたはEr添加フツリン酸ガラ
ス系ファイバ、0.97μm帯または1.48μm帯
(Er添加フッ化物系ファイバ)の励起光を発生する。
合波器3A,3Bは信号光と励起光を合波してEr添加
光ファイバ1に入射する。光アイソレータ4A,4B
は、光ファイバ増幅器の発振を抑えるために配置され
る。
【0042】本発明の1.58μm帯光ファイバ増幅器
の特徴は、Er添加光ファイバ1のファイバ長とEr添
加濃度の積を規定するところにある。以下、ファイバ長
について説明する。
【0043】図6は、Er添加石英系ファイバの励起光
強度に対する増幅帯域の変化の一例を示す。Er添加石
英系ファイバのファイバ長は20m、比屈折率差は1.
8%、カットオフ波長は1.13μm、Al添加濃度は
40000wt.ppm、Er添加濃度は1000w
t.ppm、励起波長は1.48μm帯、励起系は図3
に示す前方励起系を用いた。なお、Er添加石英系ファ
イバのファイバ長20mは、通常の1.55μm帯光フ
ァイバ増幅器に用いられる長さである。
【0044】図6に示すように、励起光強度が3〜4m
W程度のときに1.57〜1.60μmの波長域で利得
が平坦になることが分かる。しかし、これらのファイバ
長では、1.57〜1.60μmの波長域で実用的な信
号利得(15dB以上)が得られない。すなわち、通常
の1.55μm帯光ファイバ増幅器に用いられるファイ
バ長では、実用的な1.58μm帯光ファイバ増幅器を
構成することができない。
【0045】図7は、図3〜図5の測定で用いた構成に
おいて、ファイバ長に対する増幅帯域の変化の一例を示
す。なお、励起光強度は1.58μm帯の波長域で利得
が平坦になる値に設定した。図7に示すように、ファイ
バ長を長くすることにより、1.58μm帯の信号利得
が増加することがわかる。すなわち、実用的な1.58
μm帯光ファイバ増幅器を実現するためには、Er添加
光ファイバ長が重要なパラメータになることがわかる。
【0046】ところで、Er添加光ファイバのファイバ
長は、Er添加光ファイバのEr添加濃度に大きく依存
する。このため、Er添加光ファイバの等価的なファイ
バ長を示すパラメータとして、Er添加光ファイバのフ
ァイバ長(m)とEr添加濃度(wt.ppm)の積を
用いる。
【0047】図8,図9は、Er添加石英系ファイバで
1.58μm帯が利得平坦時の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示す。図8は0.98μm帯
の励起光を用いた場合、図9は1.48μm帯の励起光
を用いた場合である。
【0048】図10,図11は、Er添加フッ化物系フ
ァイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得と〔フ
ァイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図10は0.
97μm帯の励起光を用いた場合、図11は1.48μ
m帯の励起光を用いた場合である。
【0049】図12、図13はEr添加テルライトガラ
ス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得
と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図12
は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図13は1.
48μm帯の励起光を用いた場合である。
【0050】図14、図15はEr添加酸化物多成分ガ
ラス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利
得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図1
4は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図15は
1.48μm帯の励起光を用いた場合である。
【0051】図16、図17はEr添加カルコゲナイド
ガラス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号
利得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図
16は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図17は
1.48μm帯の励起光を用いた場合である。
【0052】図17,図18はEr添加フツリン酸ガラ
ス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得
と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図17
は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図18は1.
48μm帯の励起光を用いた場合である。
【0053】図19,図20はEr添加フツリン酸ガラ
ス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得
と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図19
は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図20は1.
48μm帯の励起光を用いた場合である。
【0054】実用的な1.58μm帯光ファイバ増幅器
では、通常15dB以上の信号利得が要求される。この
信号利得を実現するには、各図に示す直線と信号利得1
5dBの直線との交点によって求められる〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の値が、それ以上であればよい。すな
わち、1.58μm帯光ファイバ増幅器において、信号
利得15dB以上を得るための〔ファイバ長×Er添加
濃度〕は、 Er添加石英系ファイバ、0.98μm帯励起の場合…
0.3×10 以上 Er添加石英系ファイバ、1.48μm帯励起の場合…
0.6×10 以上 Er添加フッ化物系ファイバ、0.97μm帯励起の場
合… 0.1×10 以上 Er添加フッ化物系ファイバ、1.48μm帯励起の場
合… 0.2×10 以上 Er添加テルライトガラス系ファイバ、0.98μm帯
励起の場合… 0.005×10 以上 Er添加テルライトガラス系ファイバ、1.48μm帯
励起の場合… 0.01×10 以上 Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、0.98μm
帯励起の場合… 0.008×10 以上 Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、0.98μm
帯励起の場合… 0.015×10 以上 Er添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、0.98μ
m帯励起の場合… 0.01×10 以上 Er添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、1.48μ
m帯励起の場合… 0.02×10 以上 Er添加フツリン酸ガラス系ファイバ、0.98μm帯
励起の場合… 0.008×10 以上 Er添加フツリン酸ガラス系ファイバ、1.48μm帯
励起の場合… 0.015×10 以上 となる。これらの関係は、本発明によって初めて明確に
されたものである。
【0055】なお、信号利得と〔ファイバ長×Er添加
濃度〕の関係は、ファイバパラメータ(比屈折率差、カ
ットオフ波長)、Al添加濃度(Er添加石英系ファイ
バのみ)、コア/クラッド構造形成のためのドーパント
(Er添加石英系ファイバのみ)、ガラス組成(Er添
加フッ化物系ファイバのみ)、励起方法(前方励起、後
方励起、双方向励起)等により若干変動する。したがっ
て、励起方法やファイバパラメータ等によっては、信号
利得15dB以上を達成する〔ファイバ長×Er添加濃
度〕の最小値を上記の値以上に設定する必要がある。
【0056】また、図5に示す基本増幅系を用い、励起
光源2Aとして0.98または0.97μm帯の励起光
を発生する励起光源、励起光源2Bとして1.48μm
帯の励起光を発生する励起光源を用いる場合、または、
励起光源2Aとして1.48μm帯の励起光を発生する
励起光源、励起光源2Bとして0.98または0.97
μm帯の励起光を発生する励起光源を用いる場合では、
0.98μm帯あるいは0.97μm帯励起光源が主の
励起光源となり、1.48μm帯励起光源が副励起光源
となる場合があるため、Er添加石英系ファイバ、Er
添加フッ化物系ファイバ、Er添加テルライトガラス系
ファイバ、Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、E
r添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、Er添加フツ
リン酸ガラス系ファイバにおける1.58μm帯光ファ
イバ増幅器における信号利得15dB以上を得るための
〔ファイバ長×Er添加濃度〕は、各々のファイバにお
ける0.98μmあるいは0.97μm帯励起の条件に
準ずる。
【0057】図20は、Er添加石英系ファイバを用い
た1.58μm帯光ファイバ増幅器における8波WDM
信号の各信号波長に対する信号利得を示す。各信号波長
は、1.570、1.574、1.578、1.58
2、1.586、1.594、1.600μmである。
ファイバ長は200m、比屈折率差は1.8%、カット
オフ波長は1.13μm、Al添加濃度は40000w
t.ppm、Er添加濃度は1000wt.ppm、励
起波長は1.48μm帯、励起系は図5に示す双方向励
起系を用いた。〔ファイバ長(m)×Er添加濃度(w
t.ppm)〕の値は2×10 である。
【0058】図21は、Er添加フッ化物系ファイバを
用いて構成した1.58μm帯光ファイバ増幅器におけ
る8波WDM信号の各信号波長に対する信号利得を示
す。各信号波長は、1.565、1.570、1.57
5、1.580、1.585、1.590、1.59
5、1.600μmである。ファイバ長は40m、比屈
折率差が2.5%、カットオフ波長は1.0μm、Er
添加濃度は1000wt.ppm、励起波長は1.48
μm帯、励起系は図5に示す双方向励起系を用いた。
〔ファイバ長(m)×Er添加濃度(wt.ppm)〕
の値は0.4×10である。
【0059】図20,図21に示すように、WDM信号
の利得偏差(WDM信号の各信号利得における最大信号
利得と最小信号利得の差)は、励起光強度を調整するこ
とにより小さくできることが分かる。また、いくつかの
WDM信号の増幅実験により、WDM信号における最大
波長の信号利得と最小波長の信号利得の差X(dB)
と、WDM信号の利得偏差Y(dB)との間には、 Y≒X+1 …(1) の関係があることが分かった。この関係は、Er添加テ
ルライトガラス系ファイバ、Er添加酸化物多成分ガラ
ス系ファイバ、Er添加カルコゲナイドガラス系ファイ
バ、Er添加フツリン酸ガラス系ファイバにおいても同
様に成り立つ。
【0060】また、上記関係式(1)により、Er添加
石英系ファイバまたはEr添加フッ化物系ファイバを用
いた光ファイバ増幅器において、WDM信号の利得偏差
Yが2dB以内になるようにするには、WDM信号にお
ける最大波長の信号利得と最小波長の信号利得の差Xが
1dB以内になるように励起光強度を調整すればよいこ
とが分かる。すなわち、1.58μm帯光ファイバ増幅
器において、WDM信号における最大波長の信号利得と
最小波長の信号利得の差を1dB以下で使用すれば、利
得偏差が2dB以下となる実用的な1.58μm帯光フ
ァイバ増幅器を実現することができる。なお、本使用方
法は、Er添加石英系ファイバを用いた光ファイバ増幅
器では1.57〜1.60μmの波長域のWDM信号に
対して適用でき、Er添加フッ化物系ファイバを用いた
光ファイバ増幅器では1.565〜1.600μmの波
長域のWDM信号に対して適用でき、Er添加テルライ
トガラス系ファイバでは1.57〜1.60μmの波長
域のWDM信号に対して適用でき、Er添加酸化物多成
分ガラス系ファイバでは1.565〜1.60μmの波
長域のWDM信号に対して適用でき、Er添加カルコゲ
ナイドガラス系ファイバでは1.57〜1.60μmの
波長域のWDM信号に対して適用でき、Er添加フツリ
ン酸ガラス系ファイバでは1.57〜1.60μmの波
長域のWDM信号に対して適用できる。
【0061】次に、上述した光ファイバ増幅器を組み合
わせることにより、平坦で広帯域な増幅特性を有する光
増幅器を実現する具体的な構成について説明する。図2
2は、本発明の光増幅器の一つの実施形態を示す。
【0062】図において、本実施形態の光増幅器は、信
号光を2つの波長帯域に分波する分波部11と、分波部
11から出力される各波長帯域の信号光をそれぞれ増幅
する2つの光増幅部10A,10Bと、各光増幅部から
出力される信号光強度を調整する光可変減衰器(例え
ば、バルク型減衰量可変光アッテネータ)12A,12
Bと、各光可変増幅器から出力される信号光を合波する
合波部13とにより構成される。
【0063】図23は、光増幅部10A,10Bの構成
例を示す。図において、Er添加光ファイバ14は増幅
媒体として用いられる。励起光源15A,15Bは、E
r添加ファイバ5を励起する励起光を発生する。合波器
16A,16Bは、信号光と励起光を合波してEr添加
光ファイバ14に入射する。光アイソレータ17A,1
7Bは、光増幅部の発振を抑えるために配置される。な
お、ここでは双方向励起の構成例を示すが、Er添加光
ファイバ14の一方のみから励起光を入射する前方励起
または後方励起の構成をとってもよい。
【0064】図24は、分波部11および合波部13の
構成例を示す。図23において、分波部11および合波
部13は、信号光を2つの波長帯域に分波し、また2つ
の波長帯域の信号光を合波するために、それぞれ3つの
アレイ導波路回折格子18A,18B,18C,18
D,18E,18Fにより構成される。ここでは、信号
光は16波多重とする。アレイ導波路回折格子18Aで
一旦16波に分波され、さらにアレイ導波路回折格子1
8B,18Cで8波ずつの群に合波されて光増幅部10
A,10Bに導かれる。また、光導波部10A,10B
から出力された各信号光は、アレイ導波路回折格子18
D,18Eでそれぞれ一旦8波に分波され、合計16波
の信号光がアレイ導波路回折格子18Fで合波されて出
力される。また、分波部11および合波部13として
は、図25に示す誘電体多層膜を用いたバルク型の合分
波器、ファイバカップラー等が適用できる。
【0065】図26は、本発明の光増幅器の増幅特性を
測定する評価系の構成の一例を示す。 図26におい
て、波長可変光源20A〜20Pから出力される信号光
は合波器21で合波され、信号光強度を調整する光アッ
テネータ22を介して本発明の光増幅器23に入力され
る。光増幅器23で増幅された信号光は、光スペクトラ
ムアナライザ24で観測される。本図では、各々異なる
16波の信号を合波する評価系を示したが、波長可変光
源を追加することにより、波長数は幾らでも増加可能で
ある。
【0066】図27は、本発明の光増幅器の別の実施形
態を示す。図27において、本実施形態の光増幅器は、
信号光を8つの波長帯域に分波する分波部31と、分波
部31から出力される各波長帯域の信号光をそれぞれ増
幅する8つの光増幅部30A〜30Hと、励起光を発生
する励起光源32A,32Bと、各励起光源から出力さ
れる励起光を分岐して各光増幅部に入力させる分岐器3
3A,33Bと、各光増幅部から出力される信号光強度
を調整する光可変減衰器34A〜34Hと、各光可変減
衰器から出力される信号光を合波する合波部35と、入
力端および出力端に配置される光アイソレータ36A,
36Bにより構成される。
【0067】以下、本発明の実施例として、WDM信号
の平均利得および利得偏差が実用レベルにある具体例を
示す。ただし、これは例示であり、本発明の範囲を限定
するものではない。
【0068】(実施例1〜21)信号光は、波長1.5
65〜1.600μmの範囲で4〜8波のWDM信号を
用いた。励起光源には、発振波長が0.98μm、0.
97μm、1.48μmの半導体レーザモジュールを用
い、図3〜図5に示す各励起系を用いた。WDM信号と
励起光を合波する合波器には、励起光波長が0.98μ
m、0.97μmの場合にはファイバ型カプラを用い、
1.48μmの場合には誘電体多層膜により構成された
バルク型カプラを用いた。光アイソレータには、逆方向
挿入損が60dBのものを用いた。また、Er添加光フ
ァイバは、次のものを用いた。 ファイバ1: Er添加石英系ファイバ 比屈折率差1.8%、カットオフ波長1.13μm、A
l添加濃度40000wt.ppm、Er添加濃度10
00wt.ppm ファイバ2: Er添加石英系ファイバ 比屈折率差0.7%、カットオフ波長0.8μm、Al
添加濃度10000wt.ppm、Er添加濃度200
0wt.ppm ファイバ3: Er添加フッ化物系ファイバ ガラス組成…Zr系フッ化物系ガラス(ZrF −H
fF −BaF −PbF −LaF −YF
−LiF−NaF) 比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.0μm、Er
添加濃度1000wt.ppm ファイバ4: Er添加フッ化物系ファイバ ガラス組成…In系フッ化系ガラス(InF −Ga
−ZnF −BaF −SrF −PbF
−LaF −YF −LiFNaF) 比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.1μm、Er
添加濃度500wt.ppm ファイバ5: Er添加フッ化物ファイバ ガラス組成…GaF /InF 系フッ化物ガラス
(GaF −InF −ZnF −PbF −La
−YF ) 比屈折率差3.7%、カットオフ波長1.1μm、 Er添加濃度500wt.ppm ファイバ6: Er添加アルミノ珪酸塩ガラスファイバ 比屈折率差0.7%、カットオフ波長1.1μm、Er
添加濃度10000wt.ppm ファイバ7: Er添加リン酸塩ガラスファイバ 比屈折率差0.7%、カットオフ波長1.27μm、E
r添加濃度10000wt.ppm ファイバ8: Er添加フツリン酸ガラスファイバ 比屈折率差0.29%、カットオフ波長1.0μm、E
r添加濃度3300wt.ppm ファイバ9: Er添加テルライトガラスファイバ 比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.3μm、Er
添加濃度1000wt.ppm ファイバ10: Er添加カルコゲナイドガラスファイバ 比屈折率差3.7%、カットオフ波長1.1μm、Er
添加濃度2000wt.ppm
【0069】
【表1】
【0070】
【表2】
【0071】
【表3】
【0072】
【表4】 表1〜表4に示すように、Er添加石英系ファイバを用
いた光ファイバ増幅器では、1.57〜1.60μmの
波長域にあるWDM信号について、Er添加フッ化物系
ファイバを用いた光ファイバ増幅器では、1.565〜
1.60μmの波長域にあるWDM信号について、Er
添加酸化物多成分ガラスファイバ(Er添加アルミノ珪
酸塩ガラスファイバ、Er添加リン酸塩ガラスファイ
バ)では、1.57〜1.60μmの波長域にあるWD
M信号について、Er添加フツリン酸ガラスファイバで
は、1.57〜1.60μmの波長域にあるWDM信号
について、Er添加カルコゲナイドガラスファイバで
は、1.57〜1.60μmの波長域にあるWDM信号
について、Er添加テルライトガラスファイバでは、
1.565〜1.60μmの波長域にあるWDM信号に
ついて、信号利得が15dB以上でかつ利得偏差が2d
B以内の実用レベルを実現することができる。すなわ
ち、本発明の1.58μm帯光ファイバ増幅器では、そ
の波長域のWDM信号を平坦に増幅することができる。
【0073】以上の実施例では、励起光源として半導体
レーザを用いた例を示したが、チタンサファイヤレー
ザ、F−センタレーザの個体レーザ、Yb添加ファイバ
レーザ、Tm添加ファイバレーザを使用しても同様の効
果が得られた。また、Er添加フッ化物系ファイバのガ
ラス組成として、他のZr系、In系、GaF /I
nF 系フッ化物ガラスを用いてもよい。
【0074】(実施例22)図22の光増幅部10Aを
構成する各部の具体例を示す。Er添加光ファイバ5に
は、Er添加フッ化物ガラスファイバを用いる。そのガ
ラス組成はZr系フッ化物ガラス(ZrF −BaF
−LaF −YF −AlF −LiF−Na
F)であり、特性はファイバ長5m、比屈折率差2.5
%、カットオフ波長1.0μm、Er添加濃度1000
wt.ppmとする。励起光源15A,15Bには、1
480nm帯半導体レーザを用いる。合波器16A,1
6Bには、バルク型WDMカップラを用いる。光アイソ
レータ17A,17Bには、偏波無依存型の1550n
m帯光アイソレータを用いる。
【0075】図22の光増幅器10Bを構成する各部の
具体例を示す。Er添加光ファイバ5には、Er添加石
英系ファイバを用いる。その特性はファイバ長200
m、比屈折率差1%、カットオフ波長1.1μm、Al
添加濃度4.2wt.ppm、Er添加濃度1310w
t.ppmとする。励起光源15A,15Bには、14
80nm帯半導体レーザを用いる。合波器16A,16
Bには、バルク型WDMカップラを用いる。光アイソレ
ータ17A,17Bには、偏波無依存型の1580nm
帯光アイソレータを用いる。
【0076】図28は、図26の評価系で測定された実
施例22の光増幅器の増幅特性を示す。ただし、波長可
変光源20A〜20Pの信号波長は、それぞれ、153
2、1536、1540、1544、1548、155
2、1556、1560、1572、1576、158
0、1584、1588、1592、1596、166
0nmである。また、信号光入力強度は、各チャネル当
たり−25dBmとした。ここに示すように、1532
〜1560nmおよび1572〜1600nmに配置し
たWDM信号は、平均利得25dB(増幅前の信号光強
度−25dBm/chに対して、増幅後の信号光強度が
平均−0dBm/ch)、利得偏差1.5dB以内で光
増幅できた。
【0077】このように、本発明の光増幅器を用いるこ
とにより広い波長帯域に渡って平坦な増幅特性が得ら
れ、その増幅波長帯域を従来の1530〜1560nm
(30nm)から、1530〜1560nmおよび15
70〜1600nm(合計60nm)に2倍に拡大でき
ることが分かった。すなわち、本発明の光増幅器をWD
Mシステムに適用した場合には、伝送容量を従来のシス
テムの2倍にすることができる。
【0078】(実施例23)本実施形態の光増幅器の基
本構成は、図22および図23に示す実施例22と同様
である。ただし、本実施例では、図22の光増幅部10
Bを構成するEr添加光ファイバ14として、Er添加
多成分酸化物系ファイバを用いる。その特性は、ファイ
バ長3m、比屈折率差0.7%、カットオフ波長1.1
μm、Er添加濃度10000wt.ppmとする。ま
た、分波部2および合波部4は、誘電体多層膜を用いた
バルク型合分波器を用いる。誘電体多層膜を用いたバル
ク型合分波器は、例えば16波のWDM信号を8波ずつ
の2群に一挙に分波し、8波ずつの2群のWDM信号を
16波に一挙に合波することができる。その他の具体的
構成は、実施例22と同様である。
【0079】図29は、図26の評価系で測定された実
施例23の光増幅器の増幅特性を示す。ただし、信号光
入力強度は、各チャネル当たり−20dBmとした。こ
こに示すように、1532〜1560nmおよび157
2〜1600nmに配置したWDM信号は、平均利得2
0dB(増幅前の信号光強度−20dBm/chに対し
て、増幅後の信号光強度が平均−0dBm/ch)、利
得偏差1.5dB以内で光増幅できた。
【0080】このように、本発明の光増幅器を用いるこ
とにより広い波長帯域に渡って平均な増幅特性が得ら
れ、その増幅波長帯域を従来の1530〜1560nm
(30nm)から、1530〜1560nmおよび15
70〜1600nm(合計60nm)に2倍に拡大でき
ることが分かった。
【0081】(実施例24)本実施例の光増幅器の基本
構成は、実施例22または実施例23と同様である。こ
こでは、図22の光増幅部10A,10Bを構成するE
r添加光ファイバ5の特性を変えたものを示す。
【0082】表5には、光増幅部10Aを構成するEr
添加光ファイバ5を5種類(A,B,C,D,E)示
す。表6には、光増幅部10Bを構成するEr添加光フ
ァイバ5を8種類(F,G,H,I,J,K,L,M)
示す。
【0083】
【表5】
【0084】
【表6】 表7〜表9は、光増幅部10Aと光増幅部10Bの組み
合わせによる光増幅器の増幅特性を示す。ここに示すよ
うに、すべての組み合わせ(40通り)において、従来
の光ファイバ増幅器の増幅波長帯域を2倍以上に拡大で
きることが分かった。なお、ここでは光増幅部10A,
10Bの励起波長を1480nmとしたが、すべてまた
は一部を980nmとしても同様の増幅特性が得られ
た。
【0085】
【表7】
【0086】
【表8】
【0087】
【表9】
【0088】
【表10】
【0089】
【表11】 (実施例25)本実施例の光増幅器の基本構成は、実施
例22または実施例23と同様である。ただし、本実施
例では3つの光増幅部10A,10B,10Cを有する
構成とし、光増幅部10A,10B,10Cを構成する
Er添加光ファイバ14の特性を変えたものを示す。
【0090】表12には、光増幅部10Aを構成するE
r添加光ファイバ5を1種類(N)示す。表13には、
光増幅部10Bを構成するEr添加光ファイバ5を2種
類(O,P)示す。光増幅10Cを構成するEr添加光
ファイバ5は、表6に示す8種類(F,G,H,I,
J,K,L,M)を用いる。
【0091】
【表12】
【0092】
【表13】 表14〜表15は、光増幅部10A,10B,10Cの
組み合わせによる光増幅器の増幅特性を示す。ここに示
すように、すべての組み合わせ(16通り)において、
従来の光ファイバ増幅器の増幅波長帯域を大幅に改善で
きることが分かった。なお。ここでは光増幅部10A,
10B,10Cの励起波長を1480nmとしたが、す
べてまたは一部を980nmとしても同様の増幅特性が
得られた。
【0093】
【表14】
【0094】
【表15】 (実施例26)図30(a)〜(h)は、図27の光増
幅部30A〜30Hの具体的構成例を40A〜40Hと
して示す。
【0095】図において、増幅媒体としてのEr添加光
ファイバ14には、Er添加石英系ファイバを用いる。
その特性は、ファイバ長20m(光増幅部40A〜40
D)および200m(光増幅部40E〜40F)、比屈
折率差1%、カットオフ波長1.1μm、Al添加濃度
4.2wt.%、Er添加濃度1310wt.ppmと
する。合波器16A,16Bは、バルク型WDMカップ
ラを用い、信号光と励起光を合波してEr添加光ファイ
バ14に入射する。なお、ここでは双方向励起の構成例
を示すが、Er添加光ファイバ14の一方のみから励起
光を入射する前方励起または後方励起の構成をとっても
よい。
【0096】増幅部以外の構成は図27と同様である。
ただし、本実施例においては、励起光源32A,32B
には、1480nm帯半導体レーザを用いる。励起光を
分岐する分岐器33A,33Bには、プレーナ導波路型
1×8光分岐回路を用いる。分岐部31および合波部3
5には、アレイ導波路回折格子を用いる。光可変減衰器
34A〜34Bには、バルク型減衰量可変光アッテネー
タを用いる。光アイソレータ36A,36Bには、15
50nmおよびおよび1580nm帯で60dB程度の
逆方向挿入損が得られる偏波無依存型ものを用いる。
【0097】図31は、図26の評価系で測定された第
5の実施形態の光増幅器の増幅特性を示す。ただし、信
号光入力強度は、各チャネル当たり−30dBmとし
た。ここに示すように、1532〜1560nmおよび
1572〜1600nmに配置したWDM信号は、平均
利得30dB(増幅前の信号光強度−30dBm/ch
に対して、増幅後の信号光強度が平均−0dBm/c
h)、ほぼ等しい利得(利得偏差0dB)で光増幅でき
た。
【0098】このように、本発明の光増幅器を用いるこ
とにより広い波長帯域に渡って平坦な増幅特性が得ら
れ、その増幅波長帯域を従来の1530〜1560nm
(30nm)から、1530〜1560nmおよび15
70〜1600nnm(合計60nm)に2倍に拡大で
きることが分かった。なお、ここでは光増幅部40A〜
40Hの励起波長を1480nmとしたが、すべてまた
は一部を980nmとしても同様の増幅特性が得られ
た。
【0099】(実施例27)本実施例の光増幅器の基本
構成は、図22に示す実施例22,23と同様に、2つ
の増幅帯を並列増幅する構成である。ただし、本実施例
では図22の増幅部10Aとしては、図32に示す光イ
コライザ37を付加した光ファイバ増幅器を使用した。
Er添加ファイバとして、Er添加石英系ファイバを用
いた。ファイバ長25m、比屈折率差1.7%、カット
オフ波長1.1μm、Er添加濃度1300ppmであ
る。励起光源15A,15Bには0.98μm帯半導体
レーザを用いた。合波器16A,16Bには、バルク型
WDMカプラを用いた。光イコライザ37としては、長
周期ファイバグレーティングを用いた。なお、光イコラ
イザ37の透過特性は、図32の光ファイバ増幅器の特
性が、1.53〜1.56μm帯に利得平坦特性を有す
るように作製したものを用いた。本光ファイバ増幅器の
利得平坦域の信号利得は38dBである。また、図22
の増幅部10Bとしては、図23に示す構成の光ファイ
バ増幅器を使用した。Er添加ファイバとして、Er添
加石英系ファイバを用いた。ファイバ長200m、比屈
折率差1.7%、カットカフ波長1.1μm、Er添加
濃度1300ppmである。励起光源15A,15Bに
は1.48μm帯半導体レーザを用いた。合波器16
A,16Bには、バルク型WDMカプラを用いた。本光
ファイバ増幅器は1.57〜1.60μmに利得平坦特
性を有する。利得平坦域の信号利得は30dBである。
分波部11および合波部13は、バルク型合分波器を用
いた。さらに、本実施例の光増幅器では、光可変減衰器
12A,12Bの損失量を調整して、光ファイバ増幅器
10Aの1.53〜1.56μm帯に利得平坦利得を2
8dB、光ファイバ増幅器10Bの1.57〜1.60
μm帯に利得平坦利得を28dBに調整した。
【0100】本実施例27の光増幅器の増幅特性は、図
26の評価系で測定した。波長可変光源20A〜20P
の信号波長は、それぞれ、1532、1536、154
0、1544、1548、1552、1556、156
0、1572、1576、1580、1584、159
2、1596、1660nmである。信号入射強度は、
各チャンネル当たり−35dBmとした。本測定によ
り、1532〜1560nmおよび1572〜1600
nmに配置したWDM信号を平均利得28dB、利得偏
差1.5dB以内で増幅できた。
【0101】(実施例28)本実施例の光増幅器の基本
構成は、図22に示す実施例22,23と同様である。
ただし、本実施例では、4つの増幅部10A,10B,
10C,10Dを有する構成である。増幅部10Aとし
ては、図32に示す光イコライザ37を付加した光ファ
イバ増幅器を使用した。Er添加ファイバとして、Er
添加石英系ファイバを用いた。ファイバ長25m、比屈
折率差1.7%、カットオフ波長1.1μm、Er添加
濃度1300ppmである。励起光源15A,15Bに
は0.98μm帯半導体レーザを用いた。合波器16
A,16Bには、バルク型WDMカプラを用いた。光イ
コライザ37としては、長周期ファイバグレーティング
を用いた。なお、光イコライザ37の透過特性は、図3
2の光ファイバ増幅器の特性が、1.53〜1.56μ
m帯に利得平坦特性を有するように作製したものを用い
た。本光ファイバ増幅器の利得平坦域の信号利得は38
dBである。増幅部10Bとしては、図23に示す構成
の光ファイバ増幅器を使用した。Er添加ファイバとし
て、Er添加石英系ファイバを用いた。ファイバ長20
0m、比屈折率差1.7%、カットオフ波長1.1μ
m、Er添加濃度1300ppmである。励起光源15
A,15Bには1.48μm帯半導体レーザを用いた。
合波器16A,16Bには、バルク型WDMカプラを用
いた。本光ファイバ増幅器は1.57〜1.60μmに
利得平坦特性を有する。利得平坦域の信号利得は30d
Bである。増幅部10Cとしては、図33に示す光イコ
ライザ40を付加したTm 3+添加光ファイバ増幅器を
使用した。Tm添加ファイバとして、Tm添加フッ化物
系ファイバ39を用いた。ファイバ長20m、比屈折率
差2.5%、カットオフ波長1.0μm、Tm添加濃度
1000ppmである。励起光源15A,15Bには
1.047μm帯発振のNd−YLFレーザを用いた。
合波器16A,16Bには、ファイバカプラを用いた。
光イコライザ40としては、ファブリペローエタロンを
用いて構成したものを使用した。なお、光イコライザ4
0の透過特性は、図33の光ファイバ増幅器の特性が、
1.43〜1.49μm帯に利得平坦特性を有するよう
に作製したものを用いた。本光ファイバ増幅器の利得平
坦域の信号利得は28dBである。増幅部10Dとして
は、図34に示す光イコライザ40を付加したラマンフ
ァイバ増幅器を使用した。ラマン増幅用のファイバとし
て、石英系ファイバ41を用いた。ファイバ長60k
m、比屈折率差0.7%、カットオフ波長0.9μmで
ある。励起光源38には1.43μm帯発振のラマンレ
ーザを用いた。合波器16A,16Bには、ファイバカ
プラを用いた。光イコライザ42としては、ファブリペ
ローエタロンを用いて構成したものを使用した。なお、
光イコライザ42の透過特性は、図34のラマンファイ
バ増幅器の特性が、1.49〜1.52μm帯に利得平
坦特性を有するように作製したものを用いた。本光ファ
イバ増幅器の利得平坦域の信号利得は18dBである。
分波部11および合波部13は、図34に示すバルク型
合分波器を用いた。ファイバ46は信号域1.56〜
1.60の信号光を、ファイバ47は信号域1.53〜
1.56の信号光を、ファイバ48は信号域1.49〜
1.52の信号光を、ファイバ49は信号域1.43〜
1.49の信号光を入出力するポートであり、ファイバ
50に合波した信号比光あるいは分波する信号光用のポ
ートである。また、45は1.49μm以上の信号光を
透過し、1.48μm帯以下の信号光を反射する誘電体
多層膜、44は1.52μm以上の信号光を透過し、
1.52μm帯以下の信号光を反射する誘電体多層膜、
43は1.56μm以上の信号光を透過し、1.56μ
m帯以下の信号光を反射する誘電体多層膜である。さら
に、本実施例の光増幅器では、光可変減衰器12A,1
2B,12C,12Dの損失量を調整して、増幅部10
A,10B,10C,10Dの利得平坦利得を18dB
に調整した。
【0102】本実施例28の光増幅器の増幅特性は、図
26の評価系の信号数を26波に増加して測定した。信
号波長は、1430、1440、1450、1460、
1470、1480、1490、1500、1510、
1520、1532、1536、1540、1544、
1548、1552、1556、1560、1572、
1576、1580、1584、1588、1592、
1596、1660nmである。信号入射強度は、各チ
ャンネル当たり−35dBmとした。本測定により、W
DM信号を平均利得18dB、利得偏差1.5dB以内
で増幅できた。
【0103】(実施例29)本実施例の光増幅器の基本
構成は、図22に示す実施例22,23と同様である。
ただし、本実施例では、図35に示すように、4つの増
幅部10A,10B,10C,10Dを有する構成であ
る。増幅部10Aとしては、図32に示す光イコライザ
37を付加した光ファイバ増幅器を使用した。Er添加
ファイバとして、Er添加石英系ファイバを用いた。フ
ァイバ長25m、比屈折率差1.7%、カットオフ波長
1.1μm、Er添加濃度1300ppmである。励起
光源15A,15Bには0.98μm帯半導体レーザを
用いた。合波器16A,16Bには、バルク型WDMカ
プラを用いた。光イコライザ37としては、長周期ファ
イバグレーティングを用いた。なお、光イコライザ37
の透過特性は、図32の光ファイバ増幅器の特性が、
1.53〜1.56μm帯に利得平坦特性を有するよう
に作製したものを用いた。本光ファイバ増幅器の利得平
坦域の信号利得は38dBである。増幅部10Bとして
は、図23に示す構成の光ファイバ増幅器を示した。E
r添加ファイバとして、Er添加石英系ファイバを用い
た。ファイバ長200m、比屈折率差1.7%、カット
オフ波長1.1μm、Er添加濃度1300ppmであ
る。励起光源15A,15Bには1.48μm帯半導体
レーザを用いた。合波器16A,16Bには、バルク型
WDMカプラを用いた。本光ファイバ増幅器は1.57
〜1.60μmに利得平坦特性を有する。利得平坦域の
信号利得は30dBである。増幅部10Cとしては、図
33に示す光イコライザ40を付加したPr3+添加光
ファイバ増幅器を使用した。Pr添加ファイバとして、
Pr添加フッ化物系ファイバ39を用いた。ファイバ長
20m、比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.0μ
m、Pr添加濃度1000ppmである。励起光源15
A,15Bには1.047μm帯発振のNd−YLFレ
ーザを用いた。合波器16A,16Bには、ファイバカ
プラを用いた。光イコライザ40としては、ファブリペ
ローエタロンを用いて構成したものを使用した。なお、
光イコライザ40の透過特性は、図33の光ファイバ増
幅器の特性が1.28〜1.32μm帯に利得平坦特性
を有するように作製したものを用いた。本光ファイバ増
幅器の利得平坦域の信号利得は28dBである。増幅部
10Dとしては、図34に示す光イコライザ40を付加
したラマンファイバ増幅器を使用した。ラマン増幅用の
ファイバとして、石英系ファイバ41を用いた。ファイ
バ長60km、比屈折率差0.7%、カットオフ波長
0.9μmである。励起光源38には1.43μm帯発
振のラマンレーザを用いた。合波器16A,16Bに
は、ファイバカプラを用いた。光イコライザ42として
は、ファブリペローエタロンを用いて構成したものを使
用した。なお、光イコライザ42の透過特性は、図34
のラマンファイバ増幅器の特性が、1.49〜1.52
μm帯に利得平坦特性を有するように作製したものを用
いた。本光ファイバ増幅器の利得平坦域の信号利得は1
8dBである。分波部11および合波部13は、図34
に示すバルク型合分波器を用いた。ファイバ46は信号
域1.56〜1.60の信号光を、ファイバ47は信号
域1.53〜1.56の信号光を、ファイバ48は信号
域1.49〜1.52の信号光を、ファイバ49は信号
域1.28〜1.32の信号光を入出力するポートであ
り、ファイバ50に合波した信号光あるいは分波する信
号光用のポートである。また、45は1.49μm以上
の信号光を透過し、1.48μm帯以下の信号光を反射
する誘電体多層膜、44は1.52μm以上の信号光を
透過し、1.52μm帯以下の信号光を反射する誘電体
多層膜、43は1.56μm以上の信号光を透過し、
1.56μm帯以下の信号光を反射する誘電体多層膜で
ある。さらに、本実施例の光増幅器では、光可変減衰器
12A,12B,12C,12Dの損失量を調整して、
増幅部10A,10B,10C,10Dの利得平坦利得
を18dBに調整した。
【0104】本実施例28の光増幅器の増幅特性は、図
26の評価系の信号数を25波に増加して測定した。信
号波長は、1280、1290、1300、1310、
1320、1490、1500、1510、1520、
1532、1536、1540、1544、1548、
1552、1556、1560、1572、1576、
1580、1584、1588、1592、1596、
1660nmである。信号入射強度は、各チャンネル当
たり−35dBmとした。本測定により、WDM信号を
平均利得18dB、利得偏差1.5dB以内で増幅でき
た。
【0105】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、信号光
を複数の波長帯域に分波する分波部と、分波部から出力
される各波長帯域の信号光をそれぞれ増幅する複数の光
増幅部と、複数の光増幅部から出力される各信号光を合
波する合波部とを備えたので、光増幅器の広帯域化およ
び利得平坦化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光増幅器の増幅特性を示すグラフであ
る。
【図2】Er添加石英系ファイバを用いた従来の光ファ
イバ増幅器における1.58μm帯の増幅帯域を示すグ
ラフである。
【図3】本発明の1.58μm帯光ファイバ増幅器の基
本構成(前方励起系)を示すブロック図である。
【図4】本発明の1.58μm帯光ファイバ増幅器の基
本構成(後方励起系)を示すブロック図である。
【図5】本発明の1.58μm帯光ファイバ増幅器の基
本構成(双方向励起系)を示すブロック図である。
【図6】Er添加石英系ファイバの励起光強度に対する
増幅帯域の変化の一例を示すグラフである。
【図7】Er添加石英系ファイバのファイバ長に対する
増幅帯域の変化の一例を示すグラフである。
【図8】Er添加石英系ファイバを0.98μm帯励起
した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の
関係を示すグラフである。
【図9】Er添加石英系ファイバを1.48μm帯励起
した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の
関係を示すグラフである。
【図10】Er添加フッ化物ファイバを0.97μm帯
励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃
度〕の関係を示すグラフである。
【図11】Er添加フッ化物ファイバを1.48μm帯
励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃
度〕の関係を示すグラフである。
【図12】Er添加テルライトガラス系ファイバを0.
98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図13】Er添加テルライトガラス系ファイバを1.
48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図14】Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバを
0.98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図15】Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバを
1.48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図16】Er添加カルコゲナイドガラス系ファイバを
0.98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図17】Er添加カルコゲナイドガラス系ファイバを
1.48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図18】Er添加フツリン酸ガラス系ファイバを0.
98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図19】Er添加フツリン酸ガラス系ファイバを1.
48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
【図20】Er添加石英系ファイバを用いた1.58μ
m帯光ファイバ増幅器における8波WDM信号の各信号
波長に対する信号利得を示すグラフである。
【図21】Er添加フッ化物ファイバを用いた1.58
μm帯光ファイバ増幅器における8波WDM信号の各信
号波長に対する信号利得を示すグラフである。
【図22】本発明の一実施形態による光増幅器を示すブ
ロックである。
【図23】図10の光増幅器の光増幅部10A,10B
の構成例を示すブロック図である。
【図24】図10の光増幅器の分波部および合成部の構
成例を示すブロック図である。
【図25】図10の光増幅器の分波部および合波部とし
て使用されるバルク型合分波器の構成を示すブロック図
である。
【図26】本発明の光増幅器の増幅特性を測定する評価
系の構成を示すブロック図である。
【図27】本発明の一実施形態による光増幅器を示すブ
ロック図である。
【図28】本発明の実施例22による光増幅器の増幅特
性を示すグラフである。
【図29】本発明の実施例23による光増幅器を示すグ
ラフである。
【図30】図27の光増幅器の光増幅部の具体的構成例
を示すブロック図であり、(a)〜(h)はそれぞれ光
増幅部30A〜30Hに対応する。
【図31】本発明の一実施形態による光増幅器を示すグ
ラフである。
【図32】図10の光増幅部として使用される光イコラ
イザを付加した光ファイバ増幅器の構成例を示すブロッ
ク図である。
【図33】図10の光増幅部として使用される光イコラ
イザを付加したTm3+添加あるいはPr3+添加光フ
ァイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。
【図34】図10の光増幅部として使用される光イコラ
イザを付加したラマンファイバ増幅器の構成例を示すブ
ロック図である。
【図35】図10の4つの光増幅器の分波部および合成
部として使用されるバルク型合分波器の構成を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
1 Er添加光ファイバ 2A,2B 励起光源 3A,3B 合波器 4A,4B 光アイソレータ 10A,10B,10C 光増幅部 11 分波部 12A,12B (バルク型減衰量可変)光アッテネー
タ 13 合波部 14 Er添加光ファイバ 15A,15B 励起光源 16A,16B 合波器 17A,17B 光アイソレータ 18A,18B,18C,18D,18E,18F ア
レイ導波路回折格子 20A,20B 波長可変光源 21 合波器 22 光アッテネータ 23 光増幅器 30A〜30H 光増幅部 31 分波部 32A,32B 励起光源 33A,33B 分岐器 34A〜34H 光可変減衰器 35 合波部 36A,36B 光アイソレータ 40A〜40H 光増幅部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/17 H04B 9/00 E H04J 14/00 14/02 (72)発明者 金森 照寿 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 大石 泰丈 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H050 AB18Z AB29Z AB33Z AB37Z AC71 AD00 5F072 AB09 AK06 KK30 PP07 YY17 5K002 BA02 BA05 CA03 CA13 DA02

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号光を複数の波長帯域に分波する分波
    部と、 該分波部から出力される各波長帯域の信号光をそれぞれ
    増幅する複数の光増幅部と、 該複数の光増幅部から出力される各信号光を合波する合
    波部とを備えたことを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項2】 前記複数の光増幅部と前記合波部の入力
    ポートとの間に、各光増幅部から出力される信号光強度
    を調整する光可変減衰器を挿入したことを特徴とする請
    求項1記載の光増幅器。
  3. 【請求項3】 前記光増幅部の各々は、前記各波長帯域
    に属する1波の信号光を増幅することを特徴とする請求
    項1または2に記載の光増幅器。
  4. 【請求項4】 前記光増幅部の少なくとも1つは、コア
    部またはクラッド部の少なくとも一方にレーザ遷移を有
    する希土類元素または遷移金属を添加した添加ファイバ
    と、該添加ファイバを励起する励起光源と、該励起光源
    からの励起光と信号光を前記添加ファイバに入射する光
    学手段と、光アイソレータとを含むことを特徴とする請
    求項1、2または3に記載の光増幅器。
  5. 【請求項5】 前記添加ファイバは、石英系ファイバ、
    フッ化物系ファイバ、テルライト系ガラスファイバ、多
    成分酸化物系ガラスファイバ、カルコゲナイド系ガラス
    ファイバ、フツリン酸ガラスファイバのいずれかである
    ことを特徴とする請求項4に記載の光増幅器。
  6. 【請求項6】 前記希土類元素はエルビウムであり、 前記添加ファイバは、ファイバ長(m)とエルビウム添
    加濃度(重量ppm)との積である等価的ファイバ長
    が、前記励起光源の波長において得られる信号利得が所
    定の実用基準値以上の信号利得となる長さであることを
    特徴とする請求項4または5に記載の光増幅器。
  7. 【請求項7】 前記添加ファイバは、石英系ファイバ、
    多成分酸化物系ガラスファイバまたはフツリン酸ガラス
    ファイバのいずれかであり、1.570〜1.600μ
    mの波長域にある異なる複数の信号光における最大波長
    の信号利得と最小波長の信号利得の差が1dB以下であ
    ることを特徴とする請求項6に記載の光増幅器。
  8. 【請求項8】 前記添加ファイバは、フッ化物ファイバ
    またはテルライト系ガラスファイバであり、1.565
    〜1.600μmの波長域にある異なる複数の信号光に
    おける最大波長の信号利得と最小波長の信号利得の差が
    1dB以下であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  9. 【請求項9】 前記励起光源は、Erの 11/2
    準位を励起する0.97μm帯励起光源、Erの
    11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源、また
    はErの 13/2準位を励起する1.48μm帯
    励起光源であることを特徴とする請求項6、7または8
    に記載の光増幅器。
  10. 【請求項10】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.3×10(m・重量ppm)以上である石英
    系ファイバであり、前記励起光源は、Erの
    11/2準位を励起する0.97μm帯励起光源である
    ことを特徴とする請求項6に記載の光増幅器。
  11. 【請求項11】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.6×10(m・重量ppm)以上である石英
    系ファイバであり、前記励起光源は、Erの
    13/2準位を励起する1.48μm帯励起光源である
    ことを特徴とする請求項6に記載の光増幅器。
  12. 【請求項12】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.1×10(m・重量ppm)以上であるフッ
    化物系ファイバであり、前記励起光源は、Erの
    11/2準位を励起する0.97μm帯励起光源である
    ことを特徴とする請求項6に記載の光増幅器。
  13. 【請求項13】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.2×10(m・重量ppm)以上であるフッ
    化物系ファイバであり、前記励起光源は、Erの
    13/2準位を励起する0.97μm帯励起光源である
    ことを特徴とする請求項6に記載の光増幅器。
  14. 【請求項14】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.005×10 (m・重量ppm)以上であ
    るテルライトガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  15. 【請求項15】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.01×10 (m・重量ppm)以上である
    テルライトガラス系ファイバであり、前記励起光源は、
    Erの 13/2準位を励起する1.48μm帯励
    起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光増幅
    器。
  16. 【請求項16】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.008×10 (m・重量ppm)以上であ
    る多成分酸化物ガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  17. 【請求項17】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.015×10 (m・重量ppm)以上であ
    る多成分酸化物ガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 13/2準位を励起する1.48μm
    帯励起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  18. 【請求項18】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.01×10 (m・重量ppm)以上である
    カルコゲナイドガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  19. 【請求項19】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.02×10 (m・重量ppm)以上である
    カルコゲナイドガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 13/2準位を励起する1.48μm
    帯励起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  20. 【請求項20】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.008×10 (m・重量ppm)以上であ
    るフツリン酸ガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  21. 【請求項21】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.015×10 (m・重量ppm)以上であ
    るフツリン酸ガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 13/2準位を励起する1.48μm
    帯励起光源であることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  22. 【請求項22】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.3×10(m・重量ppm)以上である石英
    系ファイバであり、前記励起光源は、Erの
    11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源とEr
    13/2準位を励起する1.48μm帯励起光
    源の両者を用いることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  23. 【請求項23】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.1×10(m・重量ppm)以上であるフッ
    化物系ファイバであり、前記励起光源は、Erの
    11/2準位を励起する0.97μm帯励起光源とEr
    13 /2準位を励起する1.48μm帯励起光
    源の両者を用いることを特徴とする請求項6に記載の光
    増幅器。
  24. 【請求項24】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.005×10 (m・重量ppm)以上であ
    るテルライトガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源とErの 13/2準位を励起する1.
    48μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とする請
    求項6に記載の光増幅器。
  25. 【請求項25】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.008×10 (m・重量ppm)以上であ
    る酸化物多成分ガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源とErの 13/2準位を励起する1.
    48μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とする請
    求項6に記載の光増幅器。
  26. 【請求項26】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.01×10 (m・重量ppm)以上である
    カルコゲナイドガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源とErの 13/2準位を励起する1.
    48μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とする請
    求項6に記載の光増幅器。
  27. 【請求項27】 前記添加ファイバは、等価的ファイバ
    長が0.008×10 (m・重量ppm)以上であ
    るフツリン酸ガラス系ファイバであり、前記励起光源
    は、Erの 11/2準位を励起する0.98μm
    帯励起光源とErの 13/2準位を励起する1.
    48μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とする請
    求項6に記載の光増幅器。
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