JP2003110178A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 励起光源が一つで済む光ファイバ増幅器を提
供する。 【解決手段】 分布ラマン増幅の利得媒質である伝送フ
ァイバ１と、ツリウム添加ファイバ２と、１波長の励起
光源３と、この励起光源３からの励起光を分波する分波
器４と、信号光と前記分波器４から出力した励起光とを
合波する合波器５，６とで構成することにより、励起光
源３を一個にした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ増幅器に
関し、特に光ファイバを用いて通信を行う光ファイバ通
信システムに適用して有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】従来技術に係る光ファイバ増幅器を図１
３（ａ）乃至図１３（ｃ）に示す。これらの図に示す光
ファイバ増幅器は、何れもツリウム（Ｔｍ）添加光ファ
イバ増幅器（ＴＤＦＡ）とファイバラマン増幅器（略し
てラマン増幅器、ＦＲＡ）を信号光の伝搬に関して直列
接続した構成を有する。ただし、図１３（ａ）に示す構
成（参考文献［１］ K.Fukuchi et al.,OFC, PD24, 20
01）は、分布増幅型ラマン増幅器を、図１３（ｃ）に示
す構成（参考文献［２］ J.Masum-Thomas et al.,OFC,
WDD9, 2001 ）は、集中増幅型ラマン増幅器を用いてい
る。また、図１３（ｂ）に示す構成（参考文献［３］
J.Bromage et al.,OFC, PD4, 2001 ）は、分布増幅型ラ
マン増幅器と集中増幅型ラマン増幅器を直列接続した構
成を有する。 【０００３】ＴＤＦＡの利得媒質はツリウム添加ファイ
バ（ＴＤＦ）、またＦＲＡの利得媒質はシリカファイバ
である。ただし、シリカファイバはＦＲＡが分布増幅型
の場合には、伝送線路である伝送ファイバであり、また
ＦＲＡが集中増幅型の場合には、ボビン等に巻取って収
容するなどしたファイバ（ラマンファイバ）である。図
１３において、励起光源の付帯記号は、ＴＤＦＡおよび
集中増幅型ＦＲＡに対するものをＬで、分布増幅型ＦＲ
Ａに関するものをＤで表し、励起光源−Ｌ１、などのよ
うに表記している。 【０００４】さらに、従来技術に係る光ファイバ増幅器
の他の構成（参考文献［１］）を図１４（ａ）及び図１
４（ｂ）に示す。本構成は、図１３（ａ）に示すものに
類似しているが、集中増幅部分の構成が異なる。本構成
の集中増幅部分は、ＴＤＦＡとＥＤＦＡを並列配置した
構成を有する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
次のような問題が生じている。図１３（ａ）に示す第１
構成に係る光ファイバ増幅器では、ＴＤＦの励起波長
は、１４２０ｎｍおよび１５６０ｎｍである。このと
き、ＴＤＦＡの利得スペクトルは図１５に示したように
なっており、ＴＤＦＡの利得は、１４８０から１５１０
ｎｍのＳ帯と呼ばれる波長域にある。この種の光ファイ
バ増幅器の利得スペクトルは、図１５（ａ）に示したよ
うに、分布ラマン利得スペクトルとＴＤＦＡ利得スペク
トルから決まる。したがって、本構成では、利得波長域
が制限されており狭いという欠点が生じている。また、
励起光源が波長に応じて２つ必要であるという欠点が生
じている。 【０００６】さらに、前記第１構成に係る光ファイバ増
幅器の伝送ファイバの励起波長は１３８０ｎｍおよび１
４００ｎｍである。伝送ファイバなどのシリカファイバ
の損失スペクトルの例を図１６に示す。これはシリカフ
ァイバが８０ｋｍの伝送ファイバのときの１例である。
同図に示したように、当該シリカファイバは、１３８０
乃至１３９０ｎｍ付近にシリカファイバ中のＯＨ基に起
因する損失スペクトルのピークが存在する。シリカファ
イバの損失スペクトルはシリカファイバの種類（伝送フ
ァイバ、ラマンファイバなどの種類）によって若干異な
り、特に前記ＯＨ基起因の損失スペクトルピーク値は、
シリカファイバの種類により大きくかわる。しかしなが
ら、多くの敷設済みの伝送ファイバ（１．３μｍ単一モ
ードファイバや１．５μｍ分散シフトファイバ）では、
前記損失スペクトルピーク値が大きく、それに影響され
て、そのピーク波長近傍の損失値が増大している。その
ピーク波長近傍域はおよそ１３７５〜１４０５ｎｍであ
る。したがって、第１の構成に係る光ファイバ増幅器に
おいて、励起光波長はピーク波長近傍域に設定されてい
る。そのため、励起光の損失が大きく、励起効率が低下
するという欠点が生じている。このことは、前記第４構
成に係る光ファイバ増幅器でも同じである。 【０００７】前記第２構成に係る光ファイバ増幅器で
は、励起光波長が分布増幅型ラマン増幅器に関して１４
１０ｎｍ、集中増幅型ラマン増幅器に関して１３９３ｎ
ｍおよび１４２７ｎｍである。本構成における利得スペ
クトルを図１５（ｂ）に示した。同図を参照すれば、こ
の場合、主に１４８１〜１５１０ｎｍのＳ帯に利得が生
じている。したがって、本構成では、利得波長域が制限
されており狭いという欠点が生じている。また、前記励
起光波長１４１０ｎｍおよび１３９３ｎｍは、前記損失
ピーク波長近傍域に存在するため励起光の損失が大き
く、励起効率が低下するという欠点が生じている。 【０００８】さらに、前記第３構成に係る光ファイバ増
幅器では、ＴＤＦＡの利得スペクトルとＦＲＡの利得ス
ペクトルの合成により、およそ１４６０〜１５１０ｎｍ
の広波長域で利得が生じている。しかしながら、ＦＲＡ
用の励起光波長とＴＤＦＡ用の励起光波長が大きく離れ
ているため、２つの励起光源が必要であり、励起光源が
波長に応じて２つ必要であるという欠点が生じている。 【０００９】本発明は、上記従来技術に鑑み、利得波長
域が狭範囲に制限されず、また励起光源も一つで済み、
さらに励起光の損失も低減し、励起効率の向上も図り得
る光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の通りである。 【００１１】第１の発明は、ツリウム添加ファイバと、
分布ラマン増幅の利得媒質である敷設伝送ファイバと、
１波長の励起光源と、この励起光源からの励起光を分波
する分波器と、信号光と前記分波器から出力した励起光
とを合波する合波器とを有することを特徴とする。本発
明では、励起光源が波長に応じて２つ必要であるという
従来技術の欠点を解決できる。 【００１２】第２の発明は、ツリウム添加ファイバと、
集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバと、１
波長の励起光源と、この励起光源からの励起光を分波す
る分波器と、信号光と前記分波器から出力した励起光と
を合波する合波器とを有することを特徴とする。本発明
では、励起光源が波長に応じて２つ必要であるという従
来技術の欠点を解決できる。 【００１３】第３の発明は、ツリウム添加ファイバと、
分布ラマン増幅の利得媒質である敷設伝送ファイバと、
１波長の励起光源と、この励起光源からの励起光を信号
光と合波し、前記ツリウム添加ファイバに入射させる合
波器と、前記ツリウム添加ファイバから出射した励起光
を信号光と分波する分波器と、この分波器から出射した
励起光を、前記敷設伝送ファイバに入射させ、信号光と
合波する合波器とを有することを特徴とする。本発明で
は、励起光源が波長に応じて２つ必要であるという従来
技術の欠点を解決できる。 【００１４】第４の発明は、ツリウム添加ファイバと、
集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバと、１
波長の励起光源と、この励起光源からの励起光を信号光
と合波し、前記ツリウム添加ファイバに入射させる合波
器と、前記ツリウム添加ファイバから出射した励起光を
信号光と分波する分波器と、この分波器から出射した励
起光を、前記ラマンファイバに入射させ、信号光と合波
する合波器とを有することを特徴とする。本発明では、
励起光源が波長に応じて２つ必要であるという従来技術
の欠点を解決できる。 【００１５】第５の発明は、ツリウム添加ファイバと、
集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバと、１
波長の励起光源と、この励起光源からの励起光を信号光
と合波し、前記ラマンファイバに入射させる合波器と、
前記ラマンファイバから出射した励起光を信号光と分波
する分波器と、この分波器から出射した励起光を、前記
ツリウム添加ファイバに入射させ、信号光と合波する合
波器とを有することを特徴とする。本発明では、励起光
源が波長に応じて２つ必要であるという従来技術の欠点
を解決できる。 【００１６】第６の発明は、ツリウム添加ファイバ、又
は集中ラマン増幅の利得媒質であるラマンファイバと、
分布ラマン増幅の利得媒質である敷設伝送ファイバと、
この敷設伝送ファイバを励起する励起光波長が１３７５
ｎｍ未満の励起光源と、同じく励起光波長が１４０５ｎ
ｍより大きい励起光源とを有することを特徴とする。本
発明では、励起光波長が損失ピーク波長近傍に存在する
ため励起光の損失が大きく、励起効率が低下するという
従来技術の欠点を解決できる。 【００１７】第７の発明は、分布ラマン増幅の利得媒質
である敷設伝送ファイバと、集中ラマン増幅の利得媒質
であるラマンファイバと、このラマンファイバを励起す
る励起光波長が１３７５ｎｍ未満の励起光源と、同じく
励起光波長が１４０５ｎｍより大きい励起光源とを有す
ることを特徴とする。本発明では、前記励起光波長が前
記損失ピーク波長近傍に存在するため励起光の損失が大
きく、励起効率が低下するという従来技術の欠点を解決
できる。 【００１８】第８の発明は、分布ラマン増幅の利得媒質
である分散シフトファイバからなる敷設伝送ファイバ
と、信号光と励起光との合波器と、信号光の分波器に接
続されたツリウム添加ファイバ増幅器と、このツリウム
添加ファイバ増幅器に並列に前記分波器に接続されたエ
ルビウム添加ファイバ増幅器又はラマン増幅器と、一方
の励起光の波長が１３５０〜１４３０ｎｍ、他方の励起
光の波長が１４３０〜１４８０ｎｍである前記敷設伝送
ファイバを励起する２つの励起光源とを有することを特
徴とする。本発明では、前記敷設分散シフトファイバの
ゼロ分散波長域において、大きな分布ラマン利得が発生
して、大きな光信号対雑音比が得られるという利点があ
る。 【００１９】第９の発明は、上記１乃至５の発明の何れ
か一つに記載する光ファイバ増幅器において、前記励起
光の波長が１３４０〜１４６０ｎｍであることを特徴と
する。 【００２０】第１０の発明は、前段に設置した第１のラ
マンファイバと、後段に設置した第２のラマンファイバ
と、中間段に設置したツリウム添加ファイバと、前記第
１のラマンファイバを励起する、波長が１４２０〜１４
６０ｎｍの第１の励起光源と、前記第２のラマンファイ
バを励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第２の
励起光源と、前記ツリウム添加ファイバを励起する第３
の励起光源を有することを特徴とする。本発明では、約
１５２０ｎｍ以上の波長域における前記損失をラマンフ
ァイバの利得が十分に補うため、雑音指数および信号光
出力パワーの劣化を回避できる 【００２１】第１１の発明は、前記第１０の発明におい
て、前記第１のラマンファイバを励起する、励起光波長
が１３４０〜１５００ｎｍの第４の励起光源と、前記第
２のラマンファイバを励起する、励起光波長が１３４０
〜１５００ｎｍの第５の励起光源、の少なくとも１つを
有することを特徴とする。本発明では、付加した短波長
の励起光が、前記信号光の短波長域にラマン利得をもた
らすので、２本のラマンファイバの利得を十分大きくで
きる（例えば７ｄＢ以上）という利点がある。 【００２２】第１２の発明は、前記第１１の発明におい
て、前記第４の励起光源から出射した励起光を、前記第
１のラマンファイバに導くための信号光と励起光の合波
器を、前記第１のラマンファイバの前段に設置したこと
を特徴とする。本発明では、付加した短波長の励起光
が、前記信号光の短波長域にラマン利得をもたらすの
で、２本のラマンファイバの利得を十分大きくできる
（例えば７ｄＢ以上）という利点がある。さらに前段の
ラマンファイバにおいて、短波長の励起光が、前方向
（信号光と励起光がラマンファイバ中で同じ伝搬方向と
なる方向）からこのラマンファイバに入射する前方向励
起構成となっているので、その逆の後方向励起の場合に
比べ、より効果的に、雑音指数の低減を図ることができ
る。 【００２３】第１３の発明は、前段に設置した分布ラマ
ン増幅の利得媒質としての敷設伝送ファイバと、後段に
設置した第２のラマンファイバと、中間段に設置したツ
リウム添加ファイバと、前記敷設伝送ファイバを励起す
る、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第１の励起光源
と、前記ラマンファイバを励起する、波長が１４２０〜
１４６０ｎｍの第２の励起光源と、前記ツリウム添加フ
ァイバを励起する第３の励起光源を有することを特徴と
する。本発明では、分布ラマン増幅の低雑音性から、当
該光ファイバ増幅器の実効的な雑音指数を低減すること
ができる。特に、その低減量は、分布ラマン利得の大き
な波長域で大きく、ツリウム添加ファイバの損失に起因
する雑音指数の劣化を顕著に除去できる。 【００２４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。 【００２５】［第１の実施の形態］図１（ａ）に示すよ
うに、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増
幅の利得媒質である敷設伝送ファイバ１と、ツリウム添
加ファイバ２と、１波長（本例では１４１０ｎｍ）の励
起光源３と、この励起光源３からの励起光を分波する分
波器４と、信号光と前記分波器４から出力した励起光と
を合波する合波器５、６とを有する。 【００２６】本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３
（ａ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に
異なる。すなわち、図１３（ａ）に示す構成では、伝送
ファイバの励起光波長とＴＤＦの励起光波長が明らかに
異なっている。特に、ＴＤＦは２波長で励起されてお
り、長波長側の励起光波長（１５６０ｎｍ）は明らかに
伝送ファイバの励起に用いることはできない。 【００２７】これに対し、本形態では、伝送ファイバ１
の励起光波長と、ツリウム添加ファイバ２の励起光波長
を同じにしている。ここで、図１（ａ）の構成は同じ励
起光源３からの励起光を分波器４で２分して、伝送ファ
イバ１とツリウム添加ファイバ２を励起する構成を示し
ている。この構成によれば、高価な励起光源３が１つで
すむため、光ファイバ増幅器の低価格化を実現し得ると
いう利点がある。ただ、同じ波長の励起光源を２つ用い
て、伝送ファイバ１とツリウム添加ファイバ２をそれぞ
れ別の励起光源で励起しても良い。このとき、２つの励
起光源の波長は、ツリウム添加ファイバ２の１．４ミク
ロン励起の波長帯にあればよい。 【００２８】本形態によれば、伝送ファイバ１における
ラマン増幅の利得波長域とツリウム添加ファイバ２にお
ける誘導放出の利得波長域を一部あるいは全部一致させ
ることができる。例えば、励起光波長を１３９０ｎｍ付
近に設置することにより、いわゆるＳ帯（およそ１４８
０−１５１０ｎｍ）に伝送ファイバ１のラマン利得とツ
リウム添加ファイバ２の誘導放出利得を発生させること
ができる。 【００２９】図２は上記第１の実施の形態における利得
スペクトルの例を示している。このとき励起光波長は約
１４２０ｎｍとした。同図にはＴＤＦＡ利得と分布ラマ
ン利得、およびそれらの和である総合利得が示されてい
る。ラマン利得スペクトルは励起光波長に依存して大き
くシフトするが、ＴＤＦＡ利得スペクトルは励起光波長
に余り依存しない。したがって、ラマン利得スペクトル
とＴＤＦＡ利得スペクトルの形状の逆特性を利用して、
図に示したように総合利得帯域の拡大を行うことができ
る。 【００３０】［第２の実施の形態］図１（ｂ）に示すよ
うに、本形態に係る光ファイバ増幅器は、ツリウム添加
ファイバ１２と、集中ラマン増幅の利得媒質であるラマ
ンファイバ１１と、１波長の励起光源１３と、この励起
光源１３からの励起光を分波する分波器１４と、信号光
と前記分波器１４から出力した励起光とを合波する合波
器１５、１６とを有する。 【００３１】本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３
（ｃ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に
異なる。すなわち、図１３（ｃ）に示す構成では、ラマ
ンファイバの励起光波長とＴＤＦの励起光波長が明らか
に異なっている。特に、ＴＤＦは１０６０ｎｍで励起さ
れており、その波長域の励起光を、ラマンファイバのラ
マン増幅用励起光源として用いることはできない。 【００３２】これに対し、本形態では、ツリウム添加フ
ァイバ１２の励起光波長と、ラマンファイバ１１の励起
光波長を同じにしている。ここで、図１（ｂ）の構成
は、図１（ａ）の構成と同様に、同じ励起光源１３から
の励起光を分波器１４で２分して、ラマンファイバ１１
とツリウム添加ファイバ１２を励起する構成を示してい
る。 【００３３】本形態の利得スペクトルの特徴および利点
は、前記第１の実施の形態と同様である。ただし、ラマ
ンファイバ１１は集中増幅の利得媒質であるから、ラマ
ン利得には、ラマンファイバの非励起時の信号光損失を
考慮する必要がある。 【００３４】［第３の実施の形態］図３（ａ）に示すよ
うに、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増
幅の利得媒質である敷設伝送ファイバ２１と、ツリウム
添加ファイバ２２と、１波長の励起光源２３と、この励
起光源２３からの励起光を信号光と合波して前記ツリウ
ム添加ファイバ２２に入射させる合波器２４と、前記ツ
リウム添加ファイバ２２から出射した励起光を信号光と
分波する分波器２５と、この分波器２５から出射した励
起光を前記敷設伝送ファイバ２１に入射させて信号光と
合波する合波器２６とを有する。 【００３５】本形態に係る光ファイバ増幅器は、第１の
実施の形態と類似しているが、次の点が主に異なる。す
なわち、第１の実施の形態では、一つの励起光源３から
の励起光を分波器４で２分して、伝送ファイバ１及びツ
リウム添加ファイバ２に分配してこれらを励起してい
る。 【００３６】これに対し、本形態では、一つの励起光源
２３からの励起光を、まず合波器２４を用いてツリウム
添加ファイバ２２に導入し、そのツリウム添加ファイバ
２２を高い励起光パワーで励起する。そして、ツリウム
添加ファイバ２２で吸収されずに出射した励起光を、分
波器２５及び合波器２６を用いて伝送ファイバ２１に導
入している。この結果、ツリウム添加ファイバ２２の動
作条件に依存するが、ツリウム添加ファイバ２２では高
い割合で励起光が突き抜け、励起光源２３からの励起光
のうち、かなりの割合の励起光を伝送ファイバ２１に導
入できる。したがって、本形態によれば、第１の実施の
形態に比べツリウム添加ファイバ２２を高い励起光パワ
ーで励起できる等の利点がある。勿論、従来技術に対し
ては、第１の実施の形態と同様の利点を有する。 【００３７】［第４の実施の形態］図３（ｂ）に示すよ
うに、本形態に係る光ファイバ増幅器は、ツリウム添加
ファイバ３２と、集中ラマン増幅の利得媒質であるラマ
ンファイバ３１と、１波長の励起光源３３と、この励起
光源３３からの励起光を信号光と合波して前記ラマンフ
ァイバ３１に入射させる合波器３４と、前記ラマンファ
イバ３１から出射した励起光を信号光と分波する分波器
３５と、この分波器３５から出射した励起光を前記ツリ
ウム添加ファイバ３２に入射させ、信号光と合波する合
波器３６とを有する。ここで、ツリウム添加ファイバ３
２から出射された信号光はサーキュレータ３７を介して
外部に出射される。一方、分波器３５を透過した信号光
はミラー３８で反射され、再度分波器３５を透過してラ
マンファイバ３１に入射し、ここで再度増幅された後、
合波器３４を透過し、サーキュレータ３７を介して外部
に出射される。 【００３８】本形態に係る光ファイバ増幅器は、第２の
実施の形態と類似しているが、次のの点が主に異なる。
すなわち、第２の実施の形態では、一つの励起光源１３
からの励起光を分波器１４で２分して、ツリウム添加フ
ァイバ１２及びラマンファイバ１１に分配してこれらを
励起している。 【００３９】これに対し、本形態では、一つの励起光源
３３からの励起光を、まず合波器３４を用いてラマンフ
ァイバ３１に導入し、そのラマンファイバ３１を高い励
起光パワーで励起する。そして、ラマンファイバ３１で
吸収されずに出射した励起光を、分波器３５及び合波器
３６を用いてツリウム添加ファイバ３２に導入してい
る。この結果、ラマンファイバ３１の種類や使用形態に
依存するが、ラマンファイバ３１の励起光損失の値は１
〜３ｄＢであるから、かなり高い割合の励起光がラマン
ファイバ３１を突き抜ける。したがって、本形態によれ
ば、第２の実施の形態に比べラマンファイバ３１を高い
励起光パワーで励起できる等の利点がある。勿論、従来
技術に対しては、第２の実施の形態と同様の利点を有す
る。 【００４０】上記第４の実施の形態において、前記ラマ
ンファイバ３１とツリウム添加ファイバ３２を入れ替え
た構成でも同様のことが成り立つ。 【００４１】［第５の実施の形態］図４（ａ）に示すよ
うに、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増
幅の利得媒質である伝送ファイバ４１と、ツリウム添加
ファイバ４２と、前記伝送ファイバ４１を励起する励起
光波長が１３７５ｎｍ未満の励起光（本形態では１３７
０ｎｍ）を出射する励起光源４３と、同じく励起光波長
が１４０５ｎｍより大きい励起光（本形態では１４１０
ｎｍ）を出射する励起光源４４と、前記ツリウム添加フ
ァイバ４２を励起する励起光源４５とを有する。ここ
で、励起光源４３、４４から出射される励起光は、合波
器４６を介して伝送ファイバ４１に供給され、また励起
光源４５から出射される励起光は合波器４７を介してツ
リウム添加ファイバ４２に供給される。 【００４２】本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３
（ａ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に
異なる。すなわち、従来技術では、伝送ファイバを１３
８０ｎｍ及び１４００ｎｍの２波長で励起しているが、
本形態では１３７０ｎｍ及び１４１０ｎｍの２波長で励
起している。すなわち、ラマン増幅の励起光波長が異な
る。 【００４３】図１６に示すシリカファイバの損失スペク
トル特性によれば、図１３（ａ）に示す従来技術では、
励起光波長はＯＨ基の吸収ピーク波長近傍域である１３
７５〜１４０５ｎｍの間である。したがって、励起光に
対する損失係数が大きく、ファイバ有効長が短くなるた
め、ラマン増幅の励起効率が小さかった。 【００４４】これに対し、本形態では、励起光波長を前
記吸収ピーク波長近傍域１３７５〜１４０５ｎｍの外側
に設置しているため励起効率が高い。また、ラマン利得
の広帯域性から、図１３（ａ）に示す従来技術と本形態
における利得スペクトルは大きな違いはない。したがっ
て、本形態では、ラマン増幅の励起効率を向上できると
いう利点がある。 【００４５】上記第５の実施の形態において、前記ツリ
ウム添加ファイバ４２と集中ラマン増幅の利得媒質であ
るラマンファイバとを入れ替えた構成でも同様のことが
成り立つ。 【００４６】［第６の実施の形態］図４（ｂ）に示すよ
うに、本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増
幅の利得媒質である伝送ファイバ５１と、集中ラマン増
幅の利得媒質であるラマンファイバ５２と、このラマン
ファイバ５２を励起する励起光波長が１３７５ｎｍ未満
の励起光（本形態では１３７０ｎｍ）を出射する励起光
光源５３と、同じく励起光波長が１４０５ｎｍより大き
い励起光（本形態では１４１０ｎｍ）を出射する励起光
源５４と、前記伝送ファイバ５１を励起する励起光源５
５とを有する。ここで、励起光源５３、５４から出射さ
れる励起光は、合波器５６を介してラマンファイバ５２
に供給され、また励起光源５５から出射される励起光は
合波器５７を介して伝送ファイバ５１に供給される。 【００４７】本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１３
（ｂ）に示す従来技術と類似しているが、次の点が主に
異なる。すなわち、従来技術では、ラマンファイバを１
３９３ｎｍ及び１４２７ｎｍの２波長で励起している
が、本形態では１３７０ｎｍ及び１４１０ｎｍの２波長
で励起している。すなわち、ラマン増幅の励起光波長が
異なる。 【００４８】図１６に示すシリカファイバの損失スペク
トル特性によれば、図１３（ｂ）に示す構成では、励起
光波長の一つである１３９３ｎｍはＯＨ基の吸収ピーク
波長近傍域である１３７５〜１４０５ｎｍの間である。
したがって、励起光に対する損失係数が大きく、ファイ
バ有効長が短くなるため、ラマン増幅の励起効率が小さ
かった。 【００４９】一方、本形態では、励起光波長を前記吸収
ピーク波長近傍域１３７５〜１４０５ｎｍの外側に設置
しているため励起効率が高い。また、ラマン利得の広帯
域性から、図１３（ｂ）に示す従来技術と本形態におけ
る利得スペクトルは大きな違いはない。したがって、本
形態では、ラマン増幅の励起効率を向上できるという利
点がある。 【００５０】［第７の実施の形態］図５に示すように、
本形態に係る光ファイバ増幅器は、分布ラマン増幅の利
得媒質である分散シフトファイバからなる伝送ファイバ
６１と、信号光の合波器６２及び分波器６３に接続され
たツリウム添加ファイバ増幅器６４と、このツリウム添
加ファイバ増幅器６４に並列に前記分波器６３に接続さ
れたエルビウム添加ファイバ増幅器６５と、前記ツリウ
ム添加ファイバ増幅器６４及びエルビウム添加ファイバ
増幅器６５の出射光を合波する合波器６６と、一方の励
起光の波長が１３５０〜１４３０ｎｍ（本形態では１４
１０ｎｍ）、他方の励起光の波長が１４３０〜１４８０
ｎｍ（本形態では１４４０ｎｍ）である前記伝送ファイ
バ６１を励起する２つの励起光源６７、６８とを有す
る。 【００５１】本形態に係る光ファイバ増幅器は、図１４
に示す従来技術の構成と類似しているが、次の点が主に
異なる。すなわち、図１４に示す従来技術では、伝送フ
ァイバを１３８０ｎｍ及び１４００ｎｍの２波長で励起
しているが、本形態では１４１０ｎｍ及び１４４０ｎｍ
の２波長で励起している。ここで、伝送ファイバは分散
補償ファイバである。すなわち、従来技術と本実施の形
態ではラマン増幅の励起光波長が異なる。この結果、従
来技術の構成では、図２に示す本発明の第１の実施の形
態におけるスペクトルと同様、分散補償ファイバのゼロ
分散波長域である１５５０ｎｍ近傍においてラマン利得
が小さい。 【００５２】一方、本形態では、図６に示すように、１
４４０ｎｍの励起光を用いたラマン増幅により前記ゼロ
分散波長域においてラマン利得が大きい。したがって、
大きな分布ラマン利得によって前記ゼロ分散波長域にお
いて大きな光信号対雑音比が得られるという利点があ
る。 【００５３】［第８の実施の形態］図７は、本発明の第
８の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示して
いる。同図に示すように、本形態は、前記第７の実施の
形態と類似しているが、次の点が主に異なる。すなわ
ち、第７の実施の形態では、ツリウム添加ファイバ増幅
器６４と並列してエルビウム添加ファイバ増幅器６５を
用いているが、本形態ではツリウム添加ファイバ増幅器
６４と並列してラマン増幅器７５を用いている。なお、
図７中、図５と同一部分には同一番号を付し、重複する
説明は省略する。 【００５４】本形態における利得スペクトル特性を図８
に示す。第７の実施の形態では、１５５０ｎｍ以下のＥ
ＤＦＡ利得を波長に対して左肩下がりにする必要がある
が、そのようなスペクトル設定は損失の大きな利得等化
器を用いるなどの理由から効率が悪いという欠点があ
る。 【００５５】一方、本形態では、１５５０ｎｍ以下のラ
マン利得を波長に対して左肩下がりにする必要がある
が、そのようなスペクトル設定はラマン利得のスペクト
ル特性から容易であるという利点がある。 【００５６】［第９の実施の形態］図９に示すように、
本形態に係る光ファイバ増幅器は、前段に設置したラマ
ンファイバ８１と、後段に設置したラマンファイバ８３
と、中間に設置したツリウム添加ファイバ８２と、前記
ラマンファイバ８１を励起する波長が１４２０〜１４６
０ｎｍの励起光源８４と、前記ラマンファイバ８３を励
起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源８６
と、前記ツリウム添加ファイバ８２を励起する励起光源
８５を有する。なお、図中、８７，８８，８９は合波器
である。 【００５７】本形態は、図１３（ｃ）の従来技術、およ
び図１（ｂ）の第２の実施の形態に類似しているが、下
記の点がおもに異なる。すなわち、本形態の光ファイバ
増幅器は、２つのラマンファイバ８１、８３と、１つの
ツリウム添加ファイバ（ＴＤＦ）８２を有している。前
記従来技術および第２の実施の形態では、ラマンファイ
バ１１は１つであった。また、本形態では、ラマンファ
イバ８１、８３に対する励起光波長を約１４２０ｎｍ以
上、約１４６０ｎｍ以下としている。例えば、図９で
は、その励起光波長は１４４０ｎｍである。図１０は、
本形態で得られる利得スペクトル例を示している。 【００５８】ＴＤＦの利得波長域の上限は、約１５２０
ｎｍであるため、それより長波長側では、ＴＤＦは、基
底準位吸収に起因する損失を、信号光に与える。そこ
で、図１３（ｃ）に示す従来技術では、ラマンファイバ
に対する励起光波長は約１４１５ｎｍ以下としていた。
このため、光ファイバ増幅器の利得波長域は、約１５１
０ｎｍ以下に限られるという欠点があった。また、第２
の実施の形態で、ラマンファイバ１１に対する励起光波
長を約１４１５ｎｍ以上とした場合には、ＴＤＦ１２が
前段で、ラマンファイバ１１が後段に配置されていると
きには、雑音指数が約１５２０ｎｍ以上の波長域で劣化
するという欠点がある。また、同じく、ラマンファイバ
１１が前段で、ＴＤＦ１２が後段に配置されているとき
には、信号光出力パワーが約１５２０ｎｍ以上の波長域
で劣化するという欠点がある。 【００５９】これに対し、本形態では、約１５２０ｎｍ
以上の波長域における前記損失をラマンファイバ８３の
利得が十分に補うため、前記のような雑音指数および信
号光出力パワーの劣化を回避できるという利点がある。
前記損失の典型例は、波長１５４０ｎｍで約５ｄＢ、前
記ラマンファイバ利得の典型例は、波長１５４０ｎｍで
約２０ｄＢである。 【００６０】したがって、従来技術および第２実施の形
態では、低い雑音指数と高い信号光出力パワーが得られ
る信号光波長の上限が、約１５１０ｎｍであるのに対
し、本形態では、その上限を、約１５６０ｎｍまで拡大
することができるという利点がある。前記信号光波長の
上限約１５６０ｎｍは、前記ラマンファイバ８１、８３
に対する励起光波長の上限約１４６０ｎｍによって決ま
る。その理由は、１４６０ｎｍの励起光によるラマン利
得のピーク波長が、約１５６０ｎｍであるためである。
図１０に示す利得スペクトル例では、１４６０−１５４
０ｎｍの約８０ｎｍの広波長域で平坦利得が得られてい
る。 【００６１】［第１０の実施の形態］図１１に示すよう
に、本形態に係る光ファイバ増幅器は、前段に設置した
ラマンファイバ９１と、後段に設置したラマンファイバ
９３と、中間に設置したツリウム添加ファイバ９２と、
前記ラマンファイバ９１を励起する波長が１４２０〜１
４６０ｎｍの励起光源９４と、前記ラマンファイバ９３
を励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源９
６と、前記ツリウム添加ファイバ９２を励起する励起光
源９５を有するばかりでなく、前記ラマンファイバ９１
を励起する励起光波長が１３４０〜１５００ｎｍの励起
光源１００と、前記ラマンファイバ９３を励起する励起
光波長が１３４０〜１５００ｎｍの励起光源９６を有す
る。なお、図中、９７，９８，９９，１０２，１０３は
合波器である。 【００６２】本形態は、前記第９の実施の形態と類似し
ているが、下記の点がおもに異なる。すなわち、第９の
実施の形態ではラマンファイバ８１、８３の励起光波長
は、ともに、１波長（１４４０ｎｍ）であるが、本形態
では２波長（１３８０ｎｍおよび１４４０ｎｍ）として
いる。第９の実施の形態では、短波長域（例えば１４７
０ｎｍ以下）で、ラマンファイバ８１、８３の利得が十
分大きくない（例えば３ｄＢ以下）ため、その短波長域
で、雑音指数および信号光出力パワーの劣化が生じてし
まうという欠点がある。 【００６３】これに対し、本形態では、付加した短波長
の励起光が、前記信号光の短波長域にラマン利得をもた
らすので、ラマンファイバ９１、９３の利得を十分大き
くできる（例えば７ｄＢ以上）という利点がある。ま
た、特に、ラマンファイバ９１において、短波長の励起
光が、前方向（信号光と励起光がラマンファイバ９１中
で同じ伝搬方向となる方向）からラマンファイバ９１に
入射する前方向励起構成となっているので、その逆の後
方向励起の場合に比べ、より効果的に、雑音指数の低減
を図ることができる。前記短波長の励起光の波長は、１
３４０〜１５００ｎｍであれば、上記の効果が期待でき
て有効である。 【００６４】［第１１の実施の形態］図１２に示すよう
に、本形態に係る光ファイバ増幅器は、前段に設置した
分布ラマン増幅の利得媒質としての敷設伝送ファイバ１
１１と、後段に設置したラマンファイバ１１３と、中間
段に設置したツリウム添加ファイバ１１２と、前記敷設
伝送ファイバ１１１を励起する波長が１４２０〜１４６
０ｎｍの励起光源１１４と、前記ラマンファイバ１１３
を励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの励起光源
１１６と、前記ツリウム添加ファイバ１１２を励起する
励起光源１１５とを有する。なお、図中、１１７，１１
８，１１９は合波器である。 【００６５】図１２は、本発明の第１１の実施の形態に
係る光ファイバ増幅器の構成を示している。本形態は前
記第９の実施の形態と類似しているが、下記の点がおも
に異なる。すなわち、第９の実施の形態ではラマン増幅
の利得媒質として、２つのラマンファイバ８１、８３を
用いているが、本形態では、１つのラマンファイバ１１
３を、光ファイバ増幅器の出力側に設置し、ツリウム添
加ファイバ１１２の前段の敷設伝送ファイバ１１１を、
分布ラマン増幅の利得媒質としている。 【００６６】この結果、分布ラマン増幅の低雑音性か
ら、本形態に係る光ファイバ増幅器の実効的な雑音指数
を低減することができる。特に、その低減量は、分布ラ
マン利得の大きな波長域で大きく、前記、ＴＤＦ１１１
の損失に起因する雑音指数の劣化を顕著に除去できると
いう利点がある。 【００６７】 【発明の効果】以上述べたように、本発明の実施例によ
れば、従来技術で問題であった、利得波長域が制限され
ており狭いという欠点、また、励起光源が波長に応じて
２つ必要であるという欠点、励起光の損失が大きく、励
起効率が低下するという欠点、集中増幅型ラマン増幅器
を用いているため雑音が大きいという欠点、さらに、２
つの励起光源が必要であり、励起光源が波長に応じて２
つ必要であるという欠点が解決できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の
構成を示すブロック線図で、（ａ）が第１の実施の形
態、（ｂ）が第２の実施の形態である。 【図２】図１に示す第１の実施の形態に係る光ファイバ
増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。 【図３】本発明の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の
構成を示すブロック線図で、（ａ）が第３の実施の形
態、（ｂ）が第４の実施の形態である。 【図４】本発明の実施の形態に係る光ファイバ増幅器の
構成を示すブロック線図で、（ａ）が第５の実施の形
態、（ｂ）が第６の実施の形態である。 【図５】本発明の第７の実施の形態に係る光ファイバ増
幅器の構成を示すブロック線図である。 【図６】図５に示す第７の実施の形態に係る光ファイバ
増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。 【図７】本発明の第８の実施の形態に係る光ファイバ増
幅器の構成を示すブロック線図である。 【図８】図７に示す第８の実施の形態に係る光ファイバ
増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。 【図９】本発明の第９の実施の形態に係る光ファイバ増
幅器の構成を示すブロック線図である。 【図１０】図９に示す第９の実施の形態に係る光ファイ
バ増幅器おける利得スペクトルを示すグラフである。 【図１１】本発明の第１０の実施の形態に係る光ファイ
バ増幅器の構成を示すブロック線図である。 【図１２】本発明の第１１の実施の形態に係る光ファイ
バ増幅器の構成を示すブロック線図である。 【図１３】従来技術に係る各光ファイバ増幅器の第１乃
至第３の構成を示すブロック線図である。 【図１４】従来技術に係る各光ファイバ増幅器の第４の
構成を示すブロック線図である。 【図１５】従来技術に係る光ファイバ増幅器における利
得スペクトルを示すグラフで、（ａ）は図１３（ａ）に
示す第１の構成、（ｂ）は図１３（ｂ）に示す第２の構
成に対応するものである。 【図１６】シリカファイバの損失スペクトルを示すグラ
フである。 【符号の説明】 １，２１，４１，５１，６１，１１１ 伝送ファイバ ２，１２，２２，３２，４２，８２，９２，１０２ ツ
リウム添加ファイバ ３，１３，２３，３３，４３，４４，４５，５３，５
４，５５，６７，６８，８４，８５，８６，９４，９
５，９６，１００，１０１，１１４，１１５，１１６
励起光源 １１，３１，５２，８１，８３，９１，９３，１１３
ラマンファイバ ６４ ツリウム添加ファイバ増幅器 ６５ エルビウム添加ファイバ増幅器 ７５ ラマン増幅器

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０４Ｂ 10/16 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｊ 10/17 (72)発明者 小野 浩孝 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社 (72)発明者 青笹 真一 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社 (72)発明者 清水 誠 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB30 BA01 CA15 DA10 GA10 HA23 5F072 AB07 AB20 AK06 JJ20 QQ07 YY17 5K002 AA06 BA05 BA13 BA21 CA03 CA08 FA02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ツリウム添加ファイバと、分布ラマン増
   幅の利得媒質である敷設伝送ファイバと、１波長の励起
   光源と、この励起光源からの励起光を分波する分波器
   と、信号光と前記分波器から出力した励起光とを合波す
   る合波器とを有することを特徴とする光ファイバ増幅
   器。 【請求項２】 ツリウム添加ファイバと、集中ラマン増
   幅の利得媒質であるラマンファイバと、１波長の励起光
   源と、この励起光源からの励起光を分波する分波器と、
   信号光と前記分波器から出力した励起光とを合波する合
   波器とを有することを特徴とする光ファイバ増幅器。 【請求項３】 ツリウム添加ファイバと、分布ラマン増
   幅の利得媒質である敷設伝送ファイバと、１波長の励起
   光源と、この励起光源からの励起光を信号光と合波し、
   前記ツリウム添加ファイバに入射させる合波器と、前記
   ツリウム添加ファイバから出射した励起光を信号光と分
   波する分波器と、この分波器から出射した励起光を、前
   記敷設伝送ファイバに入射させ、信号光と合波する合波
   器とを有することを特徴とする光ファイバ増幅器。 【請求項４】 ツリウム添加ファイバと、集中ラマン増
   幅の利得媒質であるラマンファイバと、１波長の励起光
   源と、この励起光源からの励起光を信号光と合波し、前
   記ツリウム添加ファイバに入射させる合波器と、前記ツ
   リウム添加ファイバから出射した励起光を信号光と分波
   する分波器と、この分波器から出射した励起光を、前記
   ラマンファイバに入射させ、信号光と合波する合波器と
   を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。 【請求項５】 ツリウム添加ファイバと、集中ラマン増
   幅の利得媒質であるラマンファイバと、１波長の励起光
   源と、この励起光源からの励起光を信号光と合波し、前
   記ラマンファイバに入射させる合波器と、前記ラマンフ
   ァイバから出射した励起光を信号光と分波する分波器
   と、この分波器から出射した励起光を、前記ツリウム添
   加ファイバに入射させ、信号光と合波する合波器とを有
   することを特徴とする光ファイバ増幅器。 【請求項６】 ツリウム添加ファイバ、又は集中ラマン
   増幅の利得媒質であるラマンファイバと、分布ラマン増
   幅の利得媒質である敷設伝送ファイバと、この敷設伝送
   ファイバを励起する励起光波長が１３７５ｎｍ未満の励
   起光源と、同じく励起光波長が１４０５ｎｍより大きい
   励起光源とを有することを特徴とする光ファイバ増幅
   器。 【請求項７】 分布ラマン増幅の利得媒質である敷設伝
   送ファイバと、集中ラマン増幅の利得媒質であるラマン
   ファイバと、このラマンファイバを励起する励起光波長
   が１３７５ｎｍ未満の励起光源と、同じく励起光波長が
   １４０５ｎｍより大きい励起光源とを有することを特徴
   とする光ファイバ増幅器。 【請求項８】 分布ラマン増幅の利得媒質である分散シ
   フトファイバからなる敷設伝送ファイバと、 信号光と励起光との合波器と、 信号光の分波器に接続されたツリウム添加ファイバ増幅
   器と、 このツリウム添加ファイバ増幅器に並列に前記分波器に
   接続されたエルビウム添加ファイバ増幅器又はラマン増
   幅器と、 一方の励起光の波長が１３５０〜１４３０ｎｍ、他方の
   励起光の波長が１４３０〜１４８０ｎｍである前記敷設
   伝送ファイバを励起する２つの励起光源とを有すること
   を特徴とする光ファイバ増幅器。 【請求項９】 〔請求項１〕乃至〔請求項５〕の何れか
   一つに記載する光ファイバ増幅器において、 前記励起光の波長が１３４０〜１４６０ｎｍであること
   を特徴とする光ファイバ増幅器。 【請求項１０】 前段に設置した第１のラマンファイバ
   と、後段に設置した第２のラマンファイバと、中間段に
   設置したツリウム添加ファイバと、前記第１のラマンフ
   ァイバを励起する波長が１４２０〜１４６０ｎｍの第１
   の励起光源と、前記第２のラマンファイバを励起する波
   長が１４２０〜１４６０ｎｍの第２の励起光源と、前記
   ツリウム添加ファイバを励起する第３の励起光源を有す
   ることを特徴とする光ファイバ増幅器。 【請求項１１】 前記第１のラマンファイバを励起す
   る、励起光波長が１３４０〜１５００ｎｍの第４の励起
   光源と、前記第２のラマンファイバを励起する、励起光
   波長が１３４０〜１５００ｎｍの第５の励起光源、の少
   なくとも１つを有することを特徴とする〔請求項１０〕
   に記載の光ファイバ増幅器。 【請求項１２】 前記第４の励起光源から出射した励起
   光を、前記第１のラマンファイバに導くための信号光と
   励起光の合波器を、前記第１のラマンファイバの前段に
   設置したことを特徴とする〔請求項１１〕に記載の光フ
   ァイバ増幅器。 【請求項１３】 前段に設置した分布ラマン増幅の利得
   媒質としての敷設伝送ファイバと、後段に設置した第２
   のラマンファイバと、中間段に設置したツリウム添加フ
   ァイバと、前記敷設伝送ファイバを励起する、波長が１
   ４２０〜１４６０ｎｍの第１の励起光源と、前記ラマン
   ファイバを励起する、波長が１４２０〜１４６０ｎｍの
   第２の励起光源と、前記ツリウム添加ファイバを励起す
   る第３の励起光源を有することを特徴とする光ファイバ
   増幅器。