JP2002261363A

JP2002261363A - 光増幅器

Info

Publication number: JP2002261363A
Application number: JP2001060772A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Mimura; 榮紀三村; Tomomi Sudo; 智美須藤; Masakatsu Hotta; 昌克堀田
Original assignee: FIBERLABS Inc
Current assignee: FIBERLABS Inc
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣバンドとＬバンドを効率良く増幅する。【解決手段】Ｃバンド信号光Ｓ_Ｃ及びＬバンド信号光
Ｓ_Ｌが、光サーキュレータ１０のポートＡ，ＢとＷＤＭ
光カップラ１２を介してＥＤＦ１４に入力する。光カッ
プラ１２は、励起ＬＤ３０からの励起光をＥＤＦ１４に
供給する。ＥＤＦ１４はその励起光により励起されて、
Ｃバンド信号光Ｓ_Ｃを増幅し、ＣバンドＡＳＥ光を発生
する。反射器１６は信号光Ｓ_ＣとＣバンドＡＳＥ光のほ
とんどを反射し、その残りと信号光Ｓ_Ｌを透過する。信
号光Ｓ_Ｃは再びＥＤＦ１４で増幅され、光カップラ１２
と光サーキュレータ１０のポートＢを介してそのポート
Ｃから出力される。反射器１６の透過光は、光アイソレ
ータ１８とＷＤＭ光カップラ２０を介してＥＤＦ２２に
入射し、光カップラ２０は励起ＬＤ３２からの励起光を
ＥＤＦ２２に供給する。ＥＤＦ２２は、その励起光と光
アイソレータ１８からのＣバンド光により信号光Ｓ_Ｌを
増幅する。光サーキュレータ２８とＣバンド反射器２６
が、増幅された信号光Ｓ_Ｃと信号光Ｓ_Ｌを合波する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅器に関し、
より具体的には、Ｃバンド及びＬバンドを光増幅する光
増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】波長多重光伝送の分野では、従来のＣバ
ンド（１．５２〜１．５７μｍ帯）に加えて、Ｌバンド
（１．５７〜１．６０μｍ帯）の利用が検討されてい
る。そのような広帯域光増幅器として、Ｃバンド光増幅
器とＬバンド光増幅器を並列に配置する構成が、米国特
許第６０４９４１７号公報及び第６０４９４１８号公報
に記載されている。即ち、その広帯域光増幅器では、光
サーキュレータ及びＣバンドの反射器により、入射光を
ＣバンドとＬバンドに分け、それぞれを別個に光増幅し
た後に、光サーキュレータ及びＣバンドの反射器により
合波する。また、光サーキュレータ及び反射器の代わり
に、ＣバンドとＬバンドを分離する分波フィルタを使用
する構成も知られている。

【０００３】また、Ｃバンド増幅用のエルビウム添加光
ファイバ（ＥＤＦ）、Ｃバンドの１００％反射器、Ｌバ
ンド増幅用ＥＤＦ、及びＣバンド及びＬバンドの１００
％反射器をシリアルに配置し、Ｃバンドの信号光にＣバ
ンド増幅用ＥＤＦを往復させ、Ｌバンドの信号光にＣバ
ンド増幅用ＥＤＦ及びＬバンド増幅用ＥＤＦを往復させ
るようにした反射型の構成も、知られている（特開２０
００−５８９５３公報）。

【０００４】現在、一般的に使用されているＬバンド光
増幅器の構成は、ＥＤＦ長が一桁程度、長いのを除き、
Ｃバンド光増幅器と同じである。すなわち、Ｌバンド光
増幅器は、Ｃバンドの場合よりも長いＥＤＦ、１４８０
ｎｍ又は９８０ｎｍ帯励起ＬＤ、励起光を合波するため
のＷＤＭカップラ、及び戻り光を防ぐための光アイソレ
ータからなる。

【０００５】初期には、励起光源として１５５０ｎｍ帯
ＬＤを使用するＬバンド光増幅器が提案された（例え
ば、Ｊ．Ｆ．Ｍａｓｓｉｃｏｔｔ，Ｊ．Ａｒｍ
ｉｔａｇｅ，Ｒ．Ｗｙａｔｔ，Ｂ．Ｊ．Ａｉ
ｎｓｌｉｅａｎｄＳ．Ｐ．Ｃｒａｉｇ−Ｒｙａ
ｎ，”Ｈｉｇｈｇａｉｎ，ｂｒｏａｄｂａｎｄ，
１．６μｍＥｒ^３＋ｄｏｐｅｄＳｉｌｉｃａｆ
ｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．，１９９０，２６，Ｎｏ．２０，１６４５
−１６４６）。

【０００６】また、雑音指数を改善する目的で、１５５
０ｎｍと１４８０ｎｍの２波長で励起する構成も提案さ
れた（例えば、Ｊ．Ｆ．Ｍａｓｓｉｃｏｔｔ，
Ｒ．Ｗｙａｔｔ，ａｎｄＢ．Ｊ．Ａｉｎｓｌｉ
ｅ，”Ｌｏｗｎｏｉｓｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆ
Ｅｒ^３＋ｄｏｐｅｄＳｉｌｉｃａｆｉｂｅｒａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒａｒｏｕｎｄ１．６μｍ”，Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，１９９２，２８，Ｎｏ．２
０，１９２４−１９２５）。

【０００７】１５５０ｎｍ帯ＬＤを使用するＬバンド光
増幅器では、以下の問題点がある。すなわち、１５５０
ｎｍ励起は、１４８０ｎｍ又は９８０ｎｍ励起より利得
効率が高い反面、雑音指数が大きいという問題がある。
コスト及び信頼性の面でも、Ｃバンド光増幅器の励起光
源として普及している１４８０ｎｍ又は９８０ｎｍ帯Ｌ
Ｄを使う方が有利である。これらの観点から、１５５０
ｎｍ帯ＬＤを励起光源とするＬバンド光増幅器は、現在
では使用されていない。

【０００８】２波長励起の構成では、１４８０ｎｍ励起
と同程度まで雑音指数を改善できる。しかし、一般に市
販されていない１５５０ｎｍＬＤが必要なこと、２種類
のＬＤを使用するので構造が複雑化し、高コストになる
ことから、単一波長励起に代わる程のメリットがないと
評価され、実用化されていない。

【０００９】また、２波長励起の実験は石英ＥＤＦ（以
下、ＥＤＳＦと称す。）では行われているが、フッ化物
ＥＤＦ（以下ＥＤＦＦと称す。）では行われていない。
フッ化物ＥＤＦについては、Ｈ．Ｏｎｏ，Ｍ．Ｙ
ａｍａｄａａｎｄＹ．Ｏｈｉｓｈｉ，”Ｇａｉｎ−
ｆｌａｔｔｅｎｅｄＥｒ^３＋−ｄｏｐｅｄｆｉｂｅ
ｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｆｏｒａＷＤＭｓｉｇ
ｎａｌｉｎｔｈｅ１．５７−１．６０ μｍｗ
ａｖｅｌｅｎｇｔｈｒｅｇｉｏｎ”，ＩＥＥＥＰｈ
ｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎ．Ｌｅｔｔ．，１９９
７，９，Ｎｏ．５，５９６−５９８、及び、Ｈ．Ｏｎ
ｏ，Ｍ．ＹａｍａｄａＴ．Ｋａｎａｍｒｉ，
Ｓ．ＳｕｄｏａｎｄＹ．Ｏｈｉｓｈｉ，”１．
５８μｍｂａｎｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄＥｒ
^３＋−ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｆ
ｏｒＷＤＭｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅ
ｍｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，１９９７，
３３，Ｎｏ．１７，１４７１−１４７２を参照された
い。

【００１０】ＥＤＦＦを使用する場合、帯域が５ｎｍ拡
がって１５６５〜１６００ｎｍとなることが報告されて
いる（Ｈ．Ｏｎｏ，Ｍ．Ｙａｍａｄａ，Ｔ．Ｋ
ａｎａｍｏｒｉ，Ｓ．ＳｕｄｏａｎｄＹ．Ｏ
ｈｉｓｈｉ，”１．５８μｍｂａｎｄｆｌｕｏｒｉｄ
ｅ−ｂａｓｅｄＥｒ^３＋−ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒ
ａｍｐｌｉｆｉｅｒｆｏｒＷＤＭｔｒａｎｓｍｉ
ｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．，１９９７，３３，Ｎｏ．１７，１４７１−
１４７２）。

【００１１】９８０ｎｍ励起では、１４８０ｎｍ励起よ
り０．３ｄＢ程度、雑音指数が改善し、結果として雑音
指数５．０ｄＢを実現したとする報告がある（Ｈ．Ｏ
ｎｏ，Ｍ．Ｙａｍａｄａ，Ｓ．Ｓｕｄｏａｎ
ｄＹ．Ｏｈｉｓｈｉ，”１．５８μｍｂａｎｄ
Ｅｒ^３＋−ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅ
ｒｐｕｍｐｅｄｉｎｔｈｅ０．９８ａｎｄ
１．４８μｍｂａｎｄｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌ
ｅｔｔ．，１９９７，３３，Ｎｏ．１０，８７６−８７
７）。

【００１２】２段の光増幅器をシリアルに接続して低雑
音化及び広帯域化する構成も提案されている。例えば、
前段の光増幅器として９８０ｎｍ励起のＥＤＳＦを使用
し、後段の光増幅器として１４８０ｎｍ励起のＥＤＳＦ
を使用する場合で、ゲイン３２．８ｄＢ、雑音指数５．
０ｄＢ及び増幅帯域３０ｍｎが実現されている。前段の
光増幅器として９８０ｎｍ励起のＥＤＳＦを使用し、後
段の光増幅器として１４８０ｎｍ励起のＥＤＦＦを使用
する場合で、ゲイン２５．０、雑音指数５．１ｄＢ及び
増幅帯域３５ｎｍが実現されている。また、前段の光増
幅器として９８０ｎｍ励起のＥＤＳＦを使用し、後段の
光増幅器として１４８０ｎｍ励起のＥＤＳＦを使用する
場合で、各ＥＤＳＦの長さを最適に調節することによ
り、ゲイン２０ｄＢ、雑音指数５ｄＢ及び増幅帯域７０
ｎｍの広帯域増幅器が得られている。例えば、Ｍ．Ｙ
ａｍａｄａ，Ｈ．ＯｎｏａｎｄＹ．Ｏｈｉｓｈ
ｉ，”ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ，ｂｒｏａｄｂａｎｄＥ
ｒ^３＋−ｄｏｐｅｄｓｉｌｉｃａｆｉｂｅｒａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ｌｅｔ
ｔ．，１９９８，３４，Ｎｏ．１５，１４９０−１４９
１を参照されたい。

【００１３】更に、光アイソレータを介して２本のＥＤ
ＳＦを接続し、その２つのＥＤＳＦを双方向励起する構
成で、ゲイン３０ｄＢ、雑音指数６ｄＢ以上及び増幅帯
域４７ｎｍが得られている（Ｈ．Ｓａｗａｄａ，Ｍ．
Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｋ．Ｉｍａｍｕｒａａｎｄ
Ｙ．Ｉｍａｄａ，”Ｂｒｏａｄｂａｎｄａｎｄｇ
ａｉｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄｅｒｂｉｕｍｕ−ｄｏｐ
ｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｗｉｔｈ＋
２０ｄＢｍｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｆｏｒ１
５８０ｎｍｂａｎｄａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏ
ｎ”，ＥＣＯＣ’９９，２６−３０Ｓｅｐｔｅｍｂｅ
ｒ，１９９９，Ｎｉｃｅ，Ｆｒａｎｃｅ）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】Ｃバンドの光増幅パス
とＬバンドの光増幅パスを個別に設ける従来例では、多
くの光素子が必要になるだけでなく、装置規模も大きく
なってしまう。それは、ＣバンドとＬバンドの違いがあ
るものの、各光増幅パス毎に同じ構成の光増幅器を配置
する必要があるからである。

【００１５】原理的に、Ｌバンド増幅用のＥＤＦは、Ｃ
バンド増幅用のＥＤＦに比べて３乃至４倍、長くする必
要がある。それは、Ｌバンド増幅用ＥＤＦでは、０．９
８μｍ又は１．４８μｍ帯の励起光がＣバンドを励起
し、そのＣバンドがＬバンドを励起し、その結果として
Ｌバンド信号光が光増幅されるという２段階の励起構造
をとるからである。ＥＤＦはその構造上、非線形効果、
波長分散及び偏波モード分散の何れについて高い値を有
するので、伝送特性を悪化させる大きな要因ともなる。
この点で、ＥＤＦは可能な限り短いのが望ましい。しか
し、Ｃバンドの光増幅パスとＬバンドの光増幅パスを個
別に設ける従来例では、光増幅ファイバの短縮化は困難
である。また、励起効率の改善が難しい。

【００１６】Ｃバンド増幅用ＥＤＦとＬバンド増幅用Ｅ
ＤＦをシリアルに配置し、反射式でＣバンドとＬバンド
を光増幅する従来例では、励起光源をＣバンド光増幅フ
ァイバとＬバンド光増幅ファイバに対して共用できる。
しかし、１ライン上に２つの反射器があり、複数の接続
点が存在するので、それらの間のラウンドトリップによ
りレーザ発振しやすい。これは、利得を上げにくいこと
を意味する。換言すると、信号光が一方向にのみ進行す
るワンパス型の光増幅器は、利得を上げてもレーザ発振
しにくいことになり、信頼性が高い。

【００１７】反射式の従来例では、少ない部品点数で効
率良くＣバンド信号光とＬバンド信号光の両方を光増幅
できる。しかし、Ｌバンド光増幅器は、Ｃバンド光増幅
器に比べて、利得が小さく、雑音指数が大きい。実際に
使用するには、励起効率及び利得を増大し、増幅帯域を
広くし、雑音指数を低減することが望まれる。

【００１８】本発明は、より少ない部品点数で実現でき
る広帯域の光増幅器を提示することを目的とする。

【００１９】本発明はまた、より高い効率でＣバンド及
びＬバンドを増幅できる光増幅器を提示することを目的
とする。

【００２０】本発明はまた、高利得・低雑音・広増幅帯
域の広帯域光増幅器を提示することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光増幅器
は、第１バンド（Ｃ）の信号光（Ｓ_Ｃ）と第２バンド
（Ｌ）の信号光（Ｓ_Ｌ）を含む入力信号光を光増幅する
光増幅器であって、当該第１バンド（Ｃ）の信号光を増
幅自在な第１の光増幅媒体（１４）と、当該第１バンド
（Ｃ）より長波長の第２バンド（Ｌ）の信号光を増幅自
在な第２の光増幅媒体（２２）と、当該第１の光増幅媒
体（１４）と当該第２の光増幅媒体（２２）との間に配
置され、当該第１バンドの光を１００％未満の反射率で
反射する第１反射器（１６）と、第１、第２及び第３の
ポートを具備する第１の光サーキュレータ（１０）であ
って、当該第１のポートに入力する当該入力信号光を当
該第２のポートから当該第１の光増幅媒体（１４）に転
送し、当該第１の光増幅媒体（１４）から当該第２のポ
ートに入力する光を当該第３のポートから出力する第１
の光サーキュレータ（１０）と、励起光を出力する励起
光源（３０）と、当該励起光源（３０）の出力する励起
光を、当該第１の光サーキュレータ（１０）の第２ポー
トと当該第１の光増幅媒体（１４）との間から当該当該
第１の光増幅媒体に供給する励起光導入器と、当該第２
の増幅媒体で増幅された当該第２バンドの信号光と、当
該第１の光サーキュレータ（１０）の当該第３ポートか
ら出力される増幅された当該第１バンドの信号光を合波
する合波器とを具備することを特徴とする。

【００２２】このような構成により、反射率１００％未
満の反射器が第１の光増幅媒体からの第１バンド光及び
／又は励起光を部分的に透過し、それが第２の光増幅媒
体に入射することで、第２の光増幅媒体における第２バ
ンドの利得及び雑音指数を改善できる。第１の光増幅媒
体は、往復で第１のバンドの信号光を増幅するので、短
くできる。これらの結果、小型で高効率の２バンド光増
幅器を実現できる。

【００２３】本発明に係る光増幅器は、更に、第２の励
起光を出力する第２の励起光源（３２）と、当該第２の
励起光を、当該第１反射器（１６）と当該第２の光増幅
媒体（２２）との間から当該当該第２の光増幅媒体（２
２）に供給する第２の励起光導入器とを具備するのが好
ましい。これにより、第１の光増幅媒体と第２の光増幅
媒体とで、それぞれに適した波長の励起光を使用でき、
第１の光増幅媒体と第２の光増幅媒体の選択範囲が拡が
り、組み合せの自由度が増す。

【００２４】当該合波器は、例えば、第１バンドの光を
１００％反射する第２反射器（２６）と、第１、第２及
び第３ポートを具備する第２の光サーキュレータであっ
て、当該第１ポートに当該第１光サーキュレータ（１
０）の第３ポートが接続し、当該第２ポートに当該第２
反射器（２６）を介して当該第２の増幅媒体で増幅され
る当該第２バンドの信号光が入力する第２の光サーキュ
レータとからなる。このような構成により、第２の光増
幅媒体で発生する第１バンドのＡＳＥ光などが最終的な
出力光に混入するのを防止できる。

【００２５】例えば、第１バンドがＣバンドであり、第
２バンドがＬバンドである。

【００２６】好ましくは、当該励起光源（３０）が、当
該第１の光増幅媒体（１４）の全長に亘り当該第１の励
起光が存在するほどの光パワーで当該第１の励起光を出
力する。これにより、第１の光増幅媒体は第２バンドに
対する損失を低減するか、第２のバンドに対する正の利
得を持つことができる。

【００２７】好ましくは、第１反射器（１６）が、当該
第１の励起光を透過する。これにより、第２の光増幅媒
体の励起に第１の励起光を活用できる。

【００２８】好ましくは、当該第１の光増幅媒体（１
４）が当該励起光の下で当該第２バンドに対して正の利
得を具備する。これにより、第２バンドに対する利得が
増大し、第２バンドに対する雑音指数が低下する。

【００２９】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００３０】図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロ
ック図を示す。光増幅すべきＣバンドの信号光Ｓ_Ｃ及び
Ｌバンドの信号光Ｓ_Ｌが、３ポートＡ，Ｂ，Ｃを有する
光サーキュレータ１０のポートＡに入力する。光サーキ
ュレータ１０は、ポートＡの入力光をポートＢから出力
し、ポートＢの入力光をポートＣから出力する光素子で
ある。

【００３１】光サーキュレータ１０のポートＢは、ＷＤ
Ｍ光カップラ１２、Ｃバンド増幅に適した長さ及びＥｒ
添加量のエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）１４、
反射率が１００％未満のＣバンド反射器１６、光アイソ
レータ１８、ＷＤＭ光カップラ２０、Ｌバンド増幅に適
した長さ及びＥｒ添加量のＥＤＦ２２、光アイソレータ
２４、並びに、反射率が１００％のＣバンド反射器２６
を介して、３ポートＡ，Ｂ，Ｃを具備する光サーキュレ
ータ２８のポートＢに接続する。光サーキュレータ１０
のポートＣは光サーキュレータ２８のポートＡに接続す
る。

【００３２】ＷＤＭ光カップラ１２は、光サーキュレー
タ１０のポートＢからの光に、励起レーザダイオード
（ＬＤ）３０の出力する励起光を合波して、ＥＤＦ１４
に供給する。ＷＤＭ光カップラ２０は、光アイソレータ
１８から出力される光に、励起ＬＤ３２の出力する励起
光を合波して、ＥＤＦ２２に供給する。励起ＬＤ３０の
出力波長は、ＥＤＦ１４のベースとなる光ファイバが石
英ファイバの場合、９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍであ
り、フッ化物光ファイバである場合、１４８０ｎｍであ
る。同様に、励起ＬＤ３２の出力波長は、ＥＤＦ２２の
ベースとなる光ファイバが石英ファイバの場合、９８０
ｎｍ又は１４８０ｎｍであり、フッ化物光ファイバであ
る場合、１４８０ｎｍである。詳細は後述するが、励起
ＬＤ３０の出力波長が９８０ｎｍの場合、光アイソレー
タ１８及びＷＤＭ光カップラ２０は９８０ｎｍをＥＤＦ
２２に向けて通過できるのが望ましい。

【００３３】光アイソレータ１８、２４は、不要なレー
ザ発振を防ぐために、信号光とは逆方向に伝搬する反射
光及び後方散乱光を抑制する向きに配置されている。即
ち、光アイソレータ１８，２４は、光サーキュレータ１
０のポートＢから光サーキュレータ２８のポートＢに向
かう光伝搬方向を許容する向きに配置されている。特
に、光アイソレータ２４は、反射器２６により反射され
るＣバンド成分がＥＤＦ２２に再入射するのを防止す
る。実験の結果、光アイソレータ２４を設けることで、
Ｌバンドの利得の改善効果が見られた。

【００３４】以下、本実施例の動作を詳細に説明する。
Ｃバンドの信号光Ｓ_Ｃ及びＬバンドの信号光Ｓ_Ｌが、光
サーキュレータ１０のポートＡに入力し、ポートＢから
ＷＤＭ光カップラ１２に入力する。ＷＤＭ光カップラ１
２には、励起ＬＤ３０の出力する励起光が入力している
ので、ＷＤＭ光カップラ１２は、光サーキュレータ１０
のポートＢからの光（Ｃバンド信号光Ｓ_Ｃ及びＬバンド
信号光Ｓ_Ｌ）と励起ＬＤ３０からの励起光を合波して、
ＥＤＦ１４に供給する。

【００３５】ＥＤＦ１４は、励起ＬＤ３０からの励起光
により励起されて、Ｃバンド信号光Ｓ_Ｃを増幅し、Ｃバ
ンドのＡＳＥ光を発生する。励起ＬＤ３０からの励起光
がＥＤＦ１４の全域にわたり存在する程に強いものであ
る場合、ＥＤＦ１４は、後述するように、Ｌバンド信号
光Ｓ_Ｌを僅かに増幅する。ＥＤＦ１４は、Ｌバンド信号
光Ｓ_Ｌを減衰させなければよいが、後述するように、Ｌ
バンド信号光Ｓ_Ｌを僅かに増幅することで、全体のＬバ
ンド増幅の雑音指数を低減できる。

【００３６】ＥＤＦ１４で増幅されたＣバンド信号光Ｓ
_Ｃを増幅し、発生するＣバンドＡＳＥ光及び僅かに増幅
されたＬバンド信号光Ｓ_ＬはＣバンド反射器１６に入射
する。Ｃバンド反射器１６のＣバンド反射率は１００％
未満（例えば、９０％）に設定されているので、ＥＤＦ
１４で増幅されたＣバンド信号光Ｓ_Ｃ及びＥＤＦ１４で
発生するＣバンドＡＳＥ光はほとんどが反射されてＥＤ
Ｆ１４に再入射するものの、ごく一部が透過して、光ア
イソレータ１８に入射する。ＥＤＦ１４から出力される
Ｌバンド信号光Ｓ_ＬはＣバンド反射器１６を無損失又は
低損失で透過して、光アイソレータ１８に入射する。

【００３７】Ｃバンド反射器１６で反射されたＣバンド
信号光信号光Ｓ_Ｃは、再び、ＥＤＦ１４で光増幅され、
ＷＤＭ光カップラ１２を透過して光サーキュレータ１０
のポートＢに入射する。光サーキュレータ１０はポート
Ｂに入射する光をポートＣから出力するので、結局、Ｅ
ＤＦ１４の両方向伝搬により光増幅されたＣバンド信号
光Ｓ_Ｃは、光サーキュレータ２８のポートＡに入射し、
そのポートＢから出力され、反射器２６により前反射さ
れ、再び光サーキュレータ２８のポートＢに再入射し、
そのＣポートから出力される。

【００３８】光アイソレータ１８は、反射器１６を透過
した光（ＥＤＦ１４で増幅されたＣバンド信号光Ｓ_Ｃ及
びＥＤＦ１４で発生するＣバンドＡＳＥ光の一部、並び
にＬバンド信号光Ｓ_Ｌ）を無損失又は低損失で透過し、
ＷＤＭ光カップラ２０に入射する。ＷＤＭ光カップラ２
０は、光アイソレータ１８からの光に励起ＬＤ３２から
の励起光を合波して、ＥＤＦ２２に入射する。

【００３９】補助光としてＥＤＦ２２が必要とするＣバ
ンド光のパワーは、後述するように、−３０ｄＢｍ以
上、せいぜい−１ｄＢｍでよいので、反射器１６の反射
率は９０％程度でよい。

【００４０】後述する原理に基づき、ＥＤＦ２２は、励
起ＬＤ３２からの励起光により励起され、反射器１６を
透過したＣバンド信号光Ｓ_Ｃ及びＥＤＦ１４で発生する
ＣバンドＡＳＥ光という補助光の下で、高利得及び低雑
音でＬバンド信号光Ｓ_Ｌを増幅する。励起ＬＤ３２から
出力される励起光は、ＥＤＦ２２の途中で完全にＥＤＦ
２２に吸収される。ＥＤＦ２２はＬバンド信号光Ｓ_Ｌを
増幅する過程でＣバンドＡＳＥ光を発生する。ＥＤＦ２
２は、そのようなＣバンドＡＳＥ光と、増幅されたＬバ
ンド信号光Ｓ_Ｌを光アイソレータ２４に向け出力する。
光アイソレータ２４はＥＤＦ２２からの光を無損失又は
低損失で透過し、Ｃバンド反射器２６に印加する。Ｃバ
ンド反射器２６のＣバンド反射率は１００％なので、Ｃ
バンド反射器２６は、増幅されたＬバンド信号光Ｓ_Ｌの
みを透過し、ＣバンドＡＳＥ光を反射する。反射された
ＣバンドＡＳＥ光は光アイソレータ２４で吸収又は外部
に放出される。

【００４１】Ｃバンド反射器２６を透過した増幅された
Ｌバンド信号光Ｓ_Ｌは光アイソレータ２８のポートＢに
入射し、そのポートＣから出力される。

【００４２】このようにして、光サーキュレータ２８
は、そのポートＣから、ＥＤＦ１４で往復で光増幅され
たＣバンド信号光Ｓ_Ｃと、ＥＤＦ１４で僅かに増幅さ
れ、ＥＤＦ２２で強く増幅されたＬバンド信号光Ｓ_Ｌを
出力する。

【００４３】本出願の発明者は、Ｃバンド増幅に適した
短いＥＤＦでも、十分に強い励起光を入力した場合に
は、Ｌバンドでの光増幅が生じ得ること、及び、Ｌバン
ド増幅には、Ｃバンド光をシード光又は補助光としてＥ
ＤＦに入力するのが有益であることを発見した。その内
容を簡単に説明する。

【００４４】Ｌバンド増幅のメカニズムは、図２に示す
ように、１．４８μｍ又は０．９８μｍ励起によって発
生する１．５μｍ帯ＡＳＥ光を再吸収することにより、
Ｌバンドに対応する反転分布が形成されるからであると
考えられている。Ｌバンド増幅用ＥＤＦは、長尺（例え
ば１５０ｍ）であり、吸収係数の大きな波長の光は入射
後に急速に減衰する。長尺のＥＤＦの吸収波長特性か
ら、１．５μｍ帯ＡＳＥ光の再吸収がＬバンドの増幅を
もたらすと考えられる。しかし、このメカニズムでは、
Ｌバンド帯に対し十分な反転分布が形成されないので、
雑音が大きくなる。

【００４５】これに対し、励起光強度を十分大きくして
観測した結果、図３に示すように、Ｃバンド増幅と同様
に、励起光の直接励起により、Ｌバンド増幅が生じてい
ることを確認した。このメカニズムでは、Ｃバンド増幅
器に劣らない雑音でＬバンド増幅を実現できる可能性が
ある。具体的に、ＥＤＦ全長に亘って励起ＬＤ光が十分
に強い１５ｍ長のＥＤＦと、励起ＬＤ光が途中で減衰消
失してしまう１５０ｍ長のＥＤＦについて、ゲインと雑
音指数の違いを調べた。図４は、その測定結果を示す。
縦軸は利得及び雑音指数であり、横軸は波長を示す。使
用したＥＤＦは石英ファイバにＥｒを１０００ｐｐｍド
ープしたものである。短尺（１５ｍ）のＥＤＦについて
は、励起ＬＤ光ができるだけ長い距離、伝搬するよう
に、コア径を小さくし、ＭＦＤとコア径の比を大きく設
計した。コア径が小さいと、コア内の吸収体も少なくな
り、励起光の吸収が飽和しやすくなる。その結果、励起
光が遠くまで伝搬できる。

【００４６】実験例では、コア径２．４μｍの１５ｍＥ
ＤＦを使用した。そのＥＤＦの１４８０ｎｍにおけるＭ
ＦＤ／コア径比は１．９３である。励起光の波長を１４
８０ｎｍとした。１５ｍ長ＥＤＦに対し、入射励起パワ
ーを８０ｍＷ、出射励起パワーを４８ｍＷとした。１５
０ｍ長ＥＤＦに対し、入射励起パワーを１９０ｍＷ、出
射励起パワーを０ｍＷとした。即ち、１５ｍ長ＥＤＦで
は、その全長が４８ｍＷ以上で強く励起されており、一
方、１５０ｍ長ＥＤＦでは、１４８０ｎｍ光は途中で減
衰消失するようになっている。

【００４７】図４から分かるように、１５ｍ長ＥＤＦで
は、１４８０ｎｍ励起にもかかわらず、１５４０ｎｍか
ら１６２０ｎｍの広い波長範囲に亘り５ｄＢを切る低雑
音が得られた。また、Ｃバンドとの比較では、小さいな
がら、１６２５ｎｍ以下の波長でゲインがプラスであ
る。すなわち、１４８０ｎｍ励起であっても、ＥＤＦの
全長に亘って強く励起すれば、５ｄＢ以下の低雑音で、
Ｌバンドでのプラスゲインが得られている。一方、１５
０ｍ長ＥＤＦでは、ゲインは大きいが、雑音指数も６ｄ
Ｂ以上と大きくなる。これは、励起光が消失するほどに
長いＥＤＦでは、図２に示すＬバンド増幅のメカニズム
が機能するからであると思われる。

【００４８】このような測定結果に基づき、本実施例で
は、励起ＬＤ３０の出力パワーをＥＤＦ１４の全域にわ
たり、励起光が存在し得る程度以上に強くした。これに
より、ＥＤＦ１４は、Ｌバンド信号光に対してプラスの
ゲインを具備すると共に、低雑音（５ｄＢ以下の雑音）
となる。ＥＤＦ１４で吸収されなかった励起光成分は、
反射器１６、光アイソレータ１８及びＷＤＭ光カップラ
２０を通過して、ＥＤＦ２２に入射し、ここで吸収され
てＬバンド信号光の増幅のための励起光として利用され
る。

【００４９】また、ＥＤＦ１４が−３０ｄＢｍ以上のＣ
バンド光を発生し、これをＥＤＦ２２に導入するのが、
Ｌバンド信号光に対する利得の増加と雑音の低下に有効
である。Ｌバンドの利得係数はＣバンドより低い。低ゲ
インであることが高雑音の一因になっている。Ｌバンド
増幅の主要メカニズムが図２に示すように１．５５μｍ
帯ＡＳＥ光の再吸収によるものであれば、１．５５μｍ
帯ＡＳＥ光をより効率的に発光させればよい。そうすれ
ば、励起効率が向上し、それがゲインを増大させると共
に雑音を少なくする。１．５５μｍ帯光をより効率的に
発光させるためには、発光のための刺激として外部から
１．５５μｍ帯光を導入すればよい。

【００５０】外部から導入する光の波長に対する利得の
依存性を調べた。図５は、その測定結果を示す。横軸は
波長、縦軸は利得を示す。２５ｍ長の、エルビウムを添
加したフッ化物ファイバを使用し、励起波長を１４８０
ｎｍとした。励起光と一緒に入射するＣバンド光の波長
として１５３０ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１
５５０ｎｍ、及び１５６０ｎｍの各場合について利得特
性と、比較のために、励起光のみの利得特性を測定し
た。図５から容易に理解できるように、何れの波長で
も、Ｃバンドの補助光を外部から入射することで利得が
増大している。特に、波長１５３０ｎｍ〜１５５０ｎｍ
が、利得の増大に有効である。

【００５１】ＥＤＦの基本組成の相違、具体的には、エ
ルビウム添加フッ化物光ファイバ（ＥＤＦＦ）とエルビ
ウム添加石英光ファイバ（ＥＤＳＦ）の相違を確認し
た。図６は、ＥＤＦＦを使用した場合の、雑音指数ＮＦ
と利得を示す。図７は、ＥＤＳＦを使用した場合の、雑
音指数ＮＦと利得を示す。何れも、波長１５４０ｎｍの
光を補助光としてＥＤＦに入射した。比較のため、補助
光を入射しない場合の測定結果を破線で図示してある。
図６及び図７において、縦軸は利得及び雑音指数ＮＦを
示し、横軸は波長を示す。

【００５２】図６で、特性曲線４０は、Ｃバンド補助光
を入射した場合の利得特性を示し、特性曲線４２は、Ｃ
バンド補助光を入射した場合の雑音指数を示す。また、
特性曲線４４は、Ｃバンド補助光を入射しない場合の利
得特性を示し、特性曲線４６は、Ｃバンド補助光を入射
しない場合の雑音指数を示す。図６から、Ｃバンド補助
光を入射する場合、Ｃバンド補助光を入射しない場合に
比べて、利得が大幅に増加し、雑音指数は、１５６０〜
１５７０ｎｍの波長域で増大するものの、Ｌバンドであ
る１５７０〜１６００ｎｍの波長域では、ほとんど異な
らないことが分かる。

【００５３】図７で、特性曲線５０は、Ｃバンド補助光
を入射する場合の利得特性を示し、特性曲線５２は、Ｃ
バンド補助光を入射する場合の雑音指数を示す。また、
特性曲線５４は、Ｃバンド補助光を入射しない場合の利
得特性を示し、特性曲線５６は、Ｃバンド補助光を入射
しない場合の雑音指数を示す。図７から、Ｃバンド補助
光を入射する場合、Ｃバンド補助光を入射しない場合に
比べて、利得及び雑音指数が共に、改善されることが分
かる。

【００５４】ＥＤＦＦとＥＤＳＦを比較すると、次のよ
うなことがいえる。即ち、ＥＤＳＦを使用する場合、Ｃ
バンド補助光の存在下でも、１５８０ｎｍ以下の短波長
域で雑音指数が増加するので、利得が向上しても、増幅
帯域を１５７０ｎｍ以下に拡張することが難しい。一
方、ＥＤＦＦを使用する場合、１５７０ｎｍ〜１６００
ｎｍの範囲で雑音指数の顕著な増加が無い。従って、１
５６０〜１５７０ｎｍにおける雑音増加を抑制できれ
ば、１５６０〜１６００ｎｍの広帯域Ｌバンド増幅器を
実現できる可能性がある。

【００５５】ＥＤＦＦを使用する場合で、１５６０〜１
５７０ｎｍで雑音指数が増加する要因を調べたところ、
それは、目的の波長帯を抽出する光フィルタの特性が不
十分であり、中心波長からずれた１５５０〜１５７０ｎ
ｍにも無視できない強さの光が存在したせいであった。

【００５６】補助光として必要なパワーを測定した。そ
の測定結果を図８に示す。補助光の波長は１５４５ｎｍ
である。補助光パワーが−３０ｄＢｍというごく低いパ
ワーのときでも、利得増大効果を確認できた。補助光パ
ワーが−１ｄＢｍ以上では、利得増大効果が飽和する。
即ち、−１ｄＢｍという低パワーでも、最大限の効果が
得られる。

【００５７】本実施例では、Ｃバンド信号光Ｓ_ＣはＥＤ
Ｆ１４を往復して増幅されるので、相対的にＥＤＦ１４
の長さを短く、基本的には半分にできる。ＥＤＦ２２
は、Ｃバンド補助光と励起ＬＤ３２からの励起光の２波
長で励起されるので、高利得及び低雑音でＬバンド信号
光を増幅できる。

【００５８】ＥＤＦ２２は、ＥＤＦ１４で吸収されなか
った励起光成分を完全に吸収し、ＥＤＦ１４で生成され
るＣバンドＡＳＥ光による誘導放出光によってＣバンド
ＡＳＥ光を効率よく発生する。すなわち、ＥＤＦ２２
は、励起ＬＤ３２の出力する励起光と、ＥＤＦ１４の発
生するＣバンドＡＳＥ光の２波長により励起されること
になる。２波長励起によって発生するＣバンドＡＳＥ光
の再吸収により、ＥＤＦ２２は、Ｌバンドの信号光を高
い利得及び低雑音で光増幅する。ＷＤＭ光カップラ２０
が励起ＬＤ３０の出力する励起光を透過できる場合、Ｅ
ＤＦ１４で吸収されなかった励起光成分を、ＥＤＦ２２
の励起に利用できる。これもまた、励起効率の改善に寄
与する。

【００５９】光アイソレータ２４から出力されるＣバン
ド光成分が、光サーキュレータ１０のポートＣから出力
される増幅されたＣバンド信号光Ｓ_Ｃに比べて、十分に
弱い場合、光サーキュレータ２８及び反射器２６の代わ
りに、より単純な構成の光カップラ又はＷＤＭ光カップ
ラを利用できることは明らかである。

【００６０】添加材としてエルビウムを使用する実施例
を説明したが、勿論、その他の希土類金属を添加しても
よい。

【００６１】励起ＬＤ３０，３２の代わりに、単一のＬ
Ｄの出力光又は複数のＬＤの出力光を合波した光を２分
割し、それぞれＷＤＭ光カップラ１２，２０に供給する
構成を採用することができる。勿論、各ＬＤの発振波長
は、励起対象のＥＤＦに応じたものでなければならな
い。

【００６２】また、Ｃバンド補助光がＥＤＦ２２におけ
るＬバンドの利得を向上するので、ＥＤＦ１４で吸収さ
れなかった励起ＬＤ３０からの励起光だけでも、ＥＤＦ
２２において十分なＬバンド増幅利得を確保できる場合
がある。そのような場合には、励起ＬＤ３２及びＷＤＭ
光カップラ２０を省略できる。ＥＤＦ１４に入射する励
起光のパワーを上げたければ、単一の励起ＬＤ３０の代
わりに、複数のＬＤの出力光を合波してＷＤＭ光カップ
ラ１２に供給する手段を設ければよい。その変更例の概
略構成ブロック図を図９に示す。

【００６３】図９において、合波器６２は、複数の励起
ＬＤ６０の出力光を合波して、ＷＤＭ光カップラ１２に
供給する。合波器６２が偏光ビームスプリッタの場合、
合波器６２は２つの励起ＬＤの出力光を直交偏波で合波
する。偏光合波を利用しない場合、励起ＬＤの波長を、
干渉を生じない程度に相違するものにすればよい。

【００６４】図１に示す構成では、励起ＬＤ３０の出力
する励起光の一部をＥＤＦ２２の励起にも利用する場
合、ＷＤＭ光カップラ２０はその励起光を透過できなけ
ればならない。即ち、励起ＬＤ３０の波長とＷＤＭ光カ
ップラ２０の透過波長との組み合わせで、利用できる励
起波長が制限される。これに対し、図９に示す構成で
は、このような制限が無い。

【００６５】光サーキュレータ２８及びＣバンド反射器
２６からなる合波器で、増幅されたＣバンド光とＬバン
ド光を合波しているが、Ｃバンド反射器の代わりにＬバ
ンド反射器を用いても良い。但し、その場合、増幅され
たＬバンド信号光と同方向に伝搬するＣバンド成分が逆
流する可能性がある。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、簡単な構成で２つのバンドの信号
光を効率良く光増幅できる。しかも、高効率、高利得及
び低雑音指数を実現でき、更には、広増幅帯域をも実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成図である。

【図２】長尺ＥＤＦに対するＬバンド増幅の原理を説
明する図である。

【図３】ハイパワー励起に対するＬバンド増幅の原理
を説明する図である。

【図４】ＥＤＦの利得特性及び雑音指数の、長さによ
る相違の測定結果例である。

【図５】反射器１４の反射波長と図１に示す実施例の
利得特性との関係を示す図である。

【図６】ＥＤＦＦを使用する場合の、利得と雑音指数
の波長特性である。

【図７】ＥＤＳＦを使用する場合の、利得と雑音指数
の波長特性である。

【図８】補助光パワーと利得の関係を示す図である。

【図９】変更実施例の概略構成図である。

【符号の説明】

１０：光サーキュレータ１２：ＷＤＭ光カップラ１４：エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）１６：Ｃバンド反射器１８：光アイソレータ２０：ＷＤＭ光カップラ２２：エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）２４：光アイソレータ２６：Ｃバンド反射器２８：光サーキュレータ３０，３２：励起レーザダイオード４０：Ｃバンド補助光が入力する場合の利得特性４２：Ｃバンド補助光が入力する場合の雑音指数４４：Ｃバンド補助光が入力しない場合の利得特性４６：Ｃバンド補助光が入力しない場合の雑音指数５０：Ｃバンド補助光が入力する場合の利得特性５２：Ｃバンド補助光が入力する場合の雑音指数５４：Ｃバンド補助光が入力しない場合の利得特性５６：Ｃバンド補助光が入力しない場合の雑音指数６０：励起ＬＤ６２：合波器

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０４Ｊ 14/02 (72)発明者堀田昌克埼玉県上福岡市大原２丁目１番15号株式会社ケイディディ研究所Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 JJ02 JJ05 JJ08 KK30 PP07 RR01 YY17 5K002 BA02 BA04 BA05 BA13 BA21 CA13 DA02 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１バンド（Ｃ）の信号光（Ｓ_Ｃ）と第
２バンド（Ｌ）の信号光（Ｓ_Ｌ）を含む入力信号光を光
増幅する光増幅器であって、当該第１バンド（Ｃ）の信号光を増幅自在な第１の光増
幅媒体（１４）と、当該第１バンド（Ｃ）より長波長の第２バンド（Ｌ）の
信号光を増幅自在な第２の光増幅媒体（２２）と、当該第１の光増幅媒体（１４）と当該第２の光増幅媒体
（２２）との間に配置され、当該第１バンドの光を１０
０％未満の反射率で反射する第１反射器（１６）と、第１、第２及び第３のポートを具備する第１の光サーキ
ュレータ（１０）であって、当該第１のポートに入力す
る当該入力信号光を当該第２のポートから当該第１の光
増幅媒体（１４）に転送し、当該第１の光増幅媒体（１
４）から当該第２のポートに入力する光を当該第３のポ
ートから出力する第１の光サーキュレータ（１０）と、励起光を出力する励起光源（３０）と、当該励起光源（３０）の出力する励起光を、当該第１の
光サーキュレータ（１０）の第２ポートと当該第１の光
増幅媒体（１４）との間から当該当該第１の光増幅媒体
に供給する励起光導入器と、当該第２の増幅媒体で増幅された当該第２バンドの信号
光と、当該第１の光サーキュレータ（１０）の当該第３
ポートから出力される増幅された当該第１バンドの信号
光を合波する合波器とを具備することを特徴とする光増
幅器。
【請求項２】更に、第２の励起光を出力する第２の励
起光源（３２）と、当該第２の励起光を、当該第１反射
器（１６）と当該第２の光増幅媒体（２２）との間から
当該当該第２の光増幅媒体（２２）に供給する第２の励
起光導入器とを具備する請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】当該合波器が、第１バンドの光を１００
％反射する第２反射器（２６）と、第１、第２及び第３
ポートを具備する第２の光サーキュレータであって、当
該第１ポートに当該第１光サーキュレータ（１０）の第
３ポートが接続し、当該第２ポートに当該第２反射器
（２６）を介して当該第２の増幅媒体で増幅される当該
第２バンドの信号光が入力する第２の光サーキュレータ
とからなる請求項１に記載の光増幅器。
【請求項４】当該第１バンドがＣバンドであり、当該
第２バンドがＬバンドである請求項１に記載の光増幅
器。
【請求項５】当該励起光源（３０）は、当該第１の光
増幅媒体（１４）の全長に亘り当該第１の励起光が存在
するほどの光パワーで当該第１の励起光を出力する請求
項１に記載の光増幅器。
【請求項６】当該第１反射器（１６）が、当該第１の
励起光を透過する請求項５に記載の光増幅器。
【請求項７】当該第１の光増幅媒体（１４）が当該励
起光の下で当該第２バンドに対して正の利得を具備する
請求項５に記載の光増幅器。