JP2002176217A - 偏波保持型光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号光と励起光をひとつの光とする際に、信
号光の強度の波長依存性を生じにくい光増幅器を提供す
る。 【解決手段】 Ｘ偏波成分からなる信号光とＹ偏波成分
からなる励起光とを、ファイバ型偏波合成器１０を用い
て偏波合成した光を偏波保持型希土類添加光ファイバ１
３に入射することによって、該信号光を増幅する偏波保
持型光増幅器を構成する。

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増幅器、
多段中継する光通信路で使用される光中継増幅器などに
用いられる光増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】エルビウム（Ｅｒ）などの希土類元素が
添加された光ファイバを使用した光ファイバ増幅器は、
高速性および低ノイズ性で知られており、光通信システ
ムに多用されている。特にエルビウム添加光ファイバ増
幅器は１５５０ｎｍ帯の信号光を増幅するのに適してお
り、最も多く用いられているものである。以下、従来技
術の具体例としてエルビウム添加光ファイバ増幅器につ
いて説明する。なお、エルビウムとともに利得の波長依
存性を平坦化する目的でアルミニウムなどを共添加した
ものも用いられているが、この場合も基本的な光の増幅
作用は同様である。以下、エルビウム添加光ファイバと
いう場合は特に断りがない限り、このようにエルビウム
とともに他の元素を共添加したものも含むものとする。

【０００３】従来、エルビウム添加光ファイバ増幅器を
動作させるためには、情報を伝送する１５５０ｎｍ帯の
信号光と、増幅に必要とされるエネルギーを供給する９
８０ｎｍ帯または１４８０ｎｍ帯の励起光とを波長多重
して、光ファイバ増幅器を構成するエルビウム添加光フ
ァイバに同時に入力している。信号光の波長と励起光の
波長は希土類元素によって決定される。なお、本明細書
においては、波長の違いを利用してふたつの光をひとつ
の光とすることを「波長多重」、後述するように偏波特
性の異なるふたつの光をひとつの光とすることを「偏波
合成」といって区別することとする。

【０００４】従来の波長多重方法としては２種類の方法
が知られている。第１の方法は、光ファイバ型波長多重
器を用いる方法である。光ファイバ型波長多重器は、例
えば２本の光ファイバを並列し、その長さ方向の一部
を、融着延伸または側面研磨などの公知の方法によって
近接させて一体化した略Ｘ型のデバイスである。前記光
ファイバの長さ方向において、この一体化した光結合部
の両側には光ファイバからなる２本ずつのポートが形成
される。そして、一方の側の２本のポートからそれぞれ
信号光と励起光を入射すると、他方の２本のポートのう
ちのひとつから、これらの光の波長多重光が出射する。
この光結合部においては、入射側の一方のポートを構成
する光ファイバを伝搬してきた光のうち、特定の波長の
光のみが入射側の他方のポートを構成する光ファイバに
結合し、波長多重するという特性を備えている。すなわ
ち、光の波長の違いを利用したものである。

【０００５】第２の方法は、バルク型波長多重器を用い
た方法である。すなわち、２本の光ファイバ中を、それ
ぞれ伝搬する信号光と励起光をレンズを用いて空間ビー
ムとして取り出し、これらの空間ビームの光路中に誘電
体膜フィルタなどを配置して波長多重する方法である。
この場合も誘電体膜フィルタを用いるため、波長の違い
を利用したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
１の方法においては、光ファイバ型波長多重器を透過す
ることによって信号光と励起光の強度に波長依存性を生
じるという問題があった。図４(ａ)は、光ファイバ型波
長多重器を透過することによって生じた励起光の損失の
波長依存性の一例を示したものである。この例において
は１４８０ｎｍ帯の励起光を用いているが、１４６０〜
１５００ｎｍの範囲において、最も大きい損失と最も小
さい損失では０．８ｄＢ以上もの差が生じている。図４
（ｂ）は同様に光ファイバ型波長多重器を透過すること
によって生じた信号光の損失の波長依存性の一例を示し
たものである。同様に１５３０〜１５７０ｎｍの範囲に
おいて、最も大きい損失と最も小さい損失では０．８ｄ
Ｂ以上もの差が生じている。

【０００７】このように波長依存性を生じるのは、上述
のようにこの光ファイバ型波長多重器は光の波長の違い
を利用していることから、光結合部において、一方の光
ファイバから他方の光ファイバに結合する光の割合が波
長によって異なるためである。そして、その結果、波長
多重光において、信号光と励起光の両方の強度が波長に
よってばらつき、不都合となる。励起光は比較的広い波
長帯において、所定の強度以上の光が得られれば信号光
を励起することができるため、その強度の波長依存性に
ついてはそれ程大きな問題ではない。しかしながら、信
号光においては、強度の波長依存性は、特に波長多重伝
送において、伝送劣化を招くため、実質的に伝送に用い
ることができる波長帯が狭くなるという問題を生じる。

【０００８】前記第２の方法においては、前記第１の方
法と異なり大きな波長依存性の問題は生じない。しかし
ながら、信号光と励起光が一旦光ファイバから空間に出
射するため、特に高パワーの光を波長多重する場合には
信頼性に問題があった。多数の波長の信号光を一括して
伝送する波長多重伝送においては、高いパワーの励起光
が要求されるため、特に問題となっていた。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、信号光と励起光を合波する際に、信号光の強度（損
失）の波長依存性を生じにくい光増幅器を提供すること
を課題とする。また、このとき、高パワーの励起光もし
くは信号光を入力しても信頼性に影響のない光増幅器を
提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の偏波保持型光増幅器は、ひとつの偏波成分
からなる信号光と他の偏波成分からなる励起光とを、フ
ァイバ型偏波合成器を用いて偏波合成した光を偏波保持
型希土類添加光ファイバに入射することによって、該信
号光を増幅するものであることを特徴とする。このファ
イバ型偏波合成器が、２本の偏波保持光ファイバを並列
させ、その長さ方向の中央付近に光結合部を形成したも
のであり、信号光を入射するポートと励起光を入射する
ポートと、該信号光と該励起光とを偏波合成した光を出
射するポートとを備え、前記信号光を入射するポートと
前記偏波合成した光を出射するポートとが同じ偏波保持
光ファイバから構成されていると好ましい。また、偏波
保持型希土類添加光ファイバの後段に、前記励起光を選
択的に減衰させる偏波保持型光フィルタが設けられてい
ると好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の偏波保持型光増幅
器に用いるファイバ型偏波合成器の一例を示したもので
ある。この例においては第１の偏波保持光ファイバ１Ａ
と第２の偏波保持光ファイバ１Ｂを２本並列し、その長
さ方向の中心付近を加熱し、延伸することにより、融着
延伸型の光結合部２を形成したものである。

【００１２】第１の偏波保持光ファイバ１Ａは、中心に
設けられた断面円形のコア３と、その外周上に同心円状
に設けられたクラッド４と、このクラッド４内に、前記
コア３を中心に対象配置された断面円形のふたつの応力
付与部５、５とから構成されたパンダ型のものである。
第２の偏波保持光ファイバ１Ｂの構成も同様である。こ
こで、便宜上、応力付与部５、５のそれぞれの中心と、
コア３の中心を通る線をＸ偏波軸、これに直交し、かつ
前記コア３の中心を通る線をＹ偏波軸とする。そして、
光ファイバを伝搬する光を構成するふたつの偏波成分を
便宜上Ｘ偏波、Ｙ偏波とし、Ｘ偏波はＸ偏波軸に保持さ
れて伝搬し、Ｙ偏波はＹ偏波軸に保持されて伝搬するも
のとする。なお、第１ないし第２の偏波保持光ファイバ
１Ａ、１Ｂを並列し、光結合部２を形成する際には、そ
のＸ偏波軸が平行になるように保持する。

【００１３】この例において、コア３はゲルマニウム添
加石英ガラス、クラッド５は純粋石英ガラス、応力付与
部５はホウ素が比較的大量に添加された石英ガラスから
なる。クラッド４の屈折率はコア３よりも低く、応力付
与部５の屈折率はクラッド４よりも低く、この第１の偏
波保持光ファイバ１Ａは複屈折となっている。そして、
この複屈折により、ふたつの偏波成分が保持された状態
で伝搬される特性が得られる。

【００１４】このファイバ型偏波合成器は、光結合部２
において、偏波特性の違いによって光を合成（偏波合
成）する。すなわち、第１の偏波保持光ファイバ１Ａか
らなるポートＡから入射した光のうち、Ｘ偏波の光は光
結合部２にて第２の偏波保持光ファイバ１Ｂに結合せ
ず、そのまま第１の偏波保持光ファイバ１Ａを伝搬して
ポートＣから出射する。一方、第２の偏波保持光ファイ
バ１ＢからなるポートＢから入射した光のうち、Ｙ偏波
の光は光結合部２にて第１の偏波保持光ファイバ１Ａに
結合し、ポートＣから出射する。なお、このファイバ型
偏波合成器において、ポートＤは使用しないため、公知
の方法で無反射終端処理しておくと好ましい。したがっ
て、ポートＡからＸ偏波成分からなる信号光を入射し、
ポートＢからＹ偏波成分からなる励起光を入射すると、
信号光は光結合部２において光結合せずに、そのまま偏
波保持光ファイバ１Ａを伝搬する一方、励起光は光結合
部２において偏波保持光ファイバ１Ｂから偏波保持光フ
ァイバ１Ａに結合する。

【００１５】図２（ａ）はポートＣから得られる光にお
いて、励起光の波長帯（この例においては１４８０ｎｍ
帯）における損失と波長の関係を示したものである。光
結合部２において生じる光結合の影響により、励起光に
は損失の波長依存性が生じている。図２（ｂ）はポート
Ｃから得られる信号光の波長帯（この例においては１５
５０ｎｍ帯）における損失と波長の関係を示したもの
で、光結合部２において結合が生じていないため、損失
の波長依存性がない。すなわち、信号光を入射するポー
トＡと偏波合成した光を出射するポートＣが同じ１本の
第１の偏波保持光ファイバ１Ａからなるため、ポートＣ
から損失の波長依存性のない信号光を得ることができ
る。

【００１６】なお、上述のように励起光は、所定の波長
帯の光全体の強度が所定の値以上であればよいため、こ
の励起光の損失の波長依存性は信号光の伝送状態に大き
な影響を及ぼすものではない。ここで、ポートＡから励
起光を入射し、ポートＢから信号光を入射する方法も考
えられるが、その場合は信号光の強度に波長依存性を生
じるため、実質的に伝送に用いることができる波長帯が
狭くなるという問題を生じ、不都合である。

【００１７】このファイバ型偏波合成器は、例えば特願
２０００−８９８１４号に記載されているように、でき
るだけ偏波保持光ファイバのコアを近づけないようにし
て融着延伸して光結合部２を形成することにより、融着
延伸操作の当初からふたつの偏波成分の結合度の差を大
きくして製造したものなどが好ましい。このファイバ型
偏波合成器は延伸長が短くても偏波合成特性を得ること
ができるため、機械的な強度が大きく、低損失である。
本実施例においては、コア３の外径が８μｍ、クラッド
４の外径が１２５μｍ、応力付与部５の外径が３６μ
ｍ、コア３の同心円であって応力付与部５にかからず、
かつその内部に応力付与部５を含まない円のうち、最大
の円６の直径ｄが２７μｍの第１ないし第２の偏波保持
光ファイバ１Ａ、１Ｂを用いた。そして、波長１５３０
ｎｍ〜１５７０ｎｍにおいて、光結合部２において、ポ
ートＡからポートＣへのＸ偏波の結合度が９９％、ポー
トＡからポートＤへのＹ偏波の結合度が９５％以上、ポ
ートＢからポートＣへのＸ偏波の結合度が１％以下、ポ
ートＢからポートＤへのＹ偏波の結合度が５％以下％と
なるように光結合部２を形成した。このときの延伸長は
約２０ｍｍであった。

【００１８】図３は、このファイバ型偏波合成器を用い
た偏波保持型光増幅器の構成の一例を示したものであ
る。図中、符号１０は図１に示したものと同様の構成の
ファイバ型偏波合成器である。このファイバ型偏波合成
器１０のポートＡの途中には偏波保持型アイソレータ１
１が挿入されている。一方、ポートＢには励起光源１２
が接続されている。また、ポートＣには偏波保持型希土
類添加光ファイバ１３の入射端が接続され、その出射端
側（後段側）にはさらに、偏波保持型アイソレータ１４
と偏波保持型バンドパスフィルタ（偏波保持型光フィル
タ）１５が挿入されている。

【００１９】そして、Ｘ偏波成分からなる信号光を偏波
保持型アイソレータ１１を介してポートＡに入射すると
ともに、励起光源１２からＹ偏波成分からなる励起光を
ポートＢに入射すると、光結合部２において、励起光が
第２の偏波保持光ファイバ１Ｂから第１の偏波保持光フ
ァイバ１Ａに結合することによって、ポートＣからこれ
らが偏波合成した光が得られる。この光はポートＣに接
続された偏波保持型希土類添加光ファイバ１３に入射
し、希土類元素と励起光の作用によって信号光が増幅さ
れる。増幅された光は、偏波保持型希土類添加光ファイ
バ１３の後段に設けられた偏波保持型アイソレータ１４
と偏波保持型バンドパスフィルタ１５を透過する。偏波
保持型バンドパスフィルタ１５は励起光の波長帯（この
例においては１４８０ｎｍ帯）の光のみを選択的に減衰
させるものであって、例えば誘電体多層膜からなるもの
などを用いることができる。

【００２０】その結果、信号光として用いられている波
長帯（この例においては１５５０ｎｍ帯）の光のみが偏
波保持型バンドパスフィルタ１５を透過し、最終的には
この偏波保持型光増幅器から増幅された信号光のみが出
射する。なお、偏波保持型アイソレータ１１、１４は偏
波保持型光増幅器の動作を安定させるために設けられて
いるものである。

【００２１】偏波保持型希土類添加光ファイバ１３は、
例えばパンダ型などの公知の偏波保持光ファイバであっ
て、そのコアにエルビウムなどの希土類元素が添加され
たものである。また、利得の波長依存性を小さくするた
め、エルビウムとアルミニウムが共添加されたものを用
いることもできる。また、上述のようにエルビウムによ
って増幅する偏波保持型希土類添加光ファイバ１３を用
いる場合、信号光は１５５０ｎｍ帯であり、励起光は９
８０ｎｍまたは１４８０ｎｍ帯である。偏波保持型希土
類添加光ファイバ１３の具体的な構成や長さなどは特に
限定されない。また、偏波保持型アイソレータ１１、１
４、励起光源１２、偏波保持型バンドパスフィルタ１５
なども特に限定せず、公知のものを用いることができ
る。なお、この偏波保持型光増幅器は、例えば偏波保持
光ファイバからなる光伝送路に挿入することによって、
光通信システムに適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の偏波保持型
光増幅器においては、信号光と励起光を異なる偏波特性
を備えた偏波成分から構成し、ファイバ型偏波合成器を
用いて偏波合成するため、損失の波長依存性のない増幅
された信号光を得ることができる。また、バルク型光波
長多重器を用いる場合のように、信号光や励起光を空間
に取り出すことなく合成することができるので、励起光
の損失が小さく、大きなパワーの励起光を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の偏波保持型光増幅器に用いるファイ
バ型偏波合成器の一例を示した説明図である。

【図２】 図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１に示したフ
ァイバ型偏波合成器の損失−波長特性を示したグラフで
ある。

【図３】 図１に示したファイバ型偏波合成器を用いた
偏波保持型光増幅器の構成の一例を示した説明図であ
る。

【図４】 図４(ａ)、図４（ｂ）は、従来の光ファイバ
型波長多重器の損失−波長特性を示したグラフである。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ…偏波保持光ファイバ、２…光結合部、１０
…ファイバ型偏波合成器、１３…偏波保持型希土類添加
光ファイバ、１５…偏波保持型バンドパスフィルタ（偏
波保持型光フィルタ）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ひとつの偏波成分からなる信号光と他の
   偏波成分からなる励起光とを、ファイバ型偏波合成器を
   用いて偏波合成した光を偏波保持型希土類添加光ファイ
   バに入射することによって、該信号光を増幅するもので
   あることを特徴とする偏波保持型光増幅器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の偏波保持型光増幅器に
   おいて、ファイバ型偏波合成器が、２本の偏波保持光フ
   ァイバを並列させ、その長さ方向の中央付近に光結合部
   を形成したものであり、信号光を入射するポートと励起
   光を入射するポートと、該信号光と該励起光とを偏波合
   成した光を出射するポートとを備え、前記信号光を入射
   するポートと前記偏波合成した光を出射するポートとが
   同じ偏波保持光ファイバから構成されていることを特徴
   とする偏波保持型光増幅器。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の偏波保持型光
   増幅器において、偏波保持型希土類添加光ファイバの後
   段に、前記励起光を選択的に減衰させる偏波保持型光フ
   ィルタが設けられていることを特徴とする偏波保持型光
   増幅器。