JP2003209308A

JP2003209308A - 光増幅装置

Info

Publication number: JP2003209308A
Application number: JP2002005771A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Yamashita; 高雅山下; 実 ▲吉▼田; Minoru Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】信号光間の非線形現象を抑止し得て、しか
も、広い増幅帯域を有する光増幅装置を提供する。【解決手段】エルビウムドープファイバ１４を備えた光
増幅装置１０において、エルビウムドープファイバ１４
を、そのコアにドープされたエルビウムの濃度が４００
０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であり、且つ、エル
ビウム濃度とファイバ長との積である濃度条長積が６０
ｋｐｐｍ・ｍ以上であるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エルビウムドープ
ファイバ（以下「ＥＤＦ」という）を備えた光増幅装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＤＦを備えた光増幅装置は、１９８０
年代後半に１．４８μｍ帯半導体レーザー励起による実
用的なものが提案されて以来、急速に実用化へ向けて研
究開発が行われてきた。そのような中、インターネット
の普及による通信需要の増大に対応するため、光信号の
伝送容量を拡大する方法として、光波長分割多重伝送方
式（ＷＤＭ方式）と、従来のＣバンド（１５３０〜１５
６５ｎｍ）に加えてより長波長のＬバンド（１５６５〜
１６２５ｎｍ）への帯域拡大と、が導入されている。

【０００３】ところが、ＷＤＭ方式を採用すると、隣接
する信号相互の波長間隔が狭いものとなってしまうた
め、光増幅装置から出力される信号光を大きくすると、
隣接する信号光間の非線形現象による相互作用のため
に、信号光に含まれる雑音が大きくなるという問題があ
る。

【０００４】かかる非線形現象を抑制する方法として
は、ＥＤＦのモードフィールド径を大きくすることが考
えられるが、そうすると光増幅装置のパワー変換効率が
低いものとなってしまうことが知られている。また、も
う一つの方法としては、ＥＤＦのコアのエルビウム（Ｅ
ｒ）の濃度を高いものとし、ファイバ長さ当たりの利得
係数を高めてファイバ長を短くすることが考えられる
が、Ｅｒの濃度が１０００ｐｐｍを越えるとＥｒ元素同
士の相互作用により増幅効率が低下する、すなわち、濃
度消光が生じてパワー変換効率が低いものとなってしま
うことが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本出願の課題は、信号
光間の非線形現象を抑止し得て、しかも、広い増幅帯域
を有する光増幅装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＥＤＦのコア
にドープするＥｒの濃度を従来よりも大幅に高くしてフ
ァイバ長を短くすることにより、信号光間の非線形現象
を抑止すると共に、増幅帯域を長波長側に拡大するよう
にしたものである。

【０００７】具体的には、本発明は、ＥＤＦを備えた光
増幅装置を前提とする。そして、上記ＥＤＦは、そのコ
アにドープされたＥｒの濃度が４０００ｐｐｍ以上１０
０００ｐｐｍ以下であり、且つ、該エルビウム濃度とフ
ァイバ長との積である濃度条長積が６０ｋｐｐｍ・ｍ以
上であることを特徴とする。

【０００８】上記のように、信号光間の非線形現象を抑
止する方法として、ＥＤＦのコアのＥｒ濃度を高めてフ
ァイバ長を短くすることが考えられるものの、Ｅｒ濃度
が１０００ｐｐｍ以上となると濃度消光が生じてパワー
変換効率が低いものとなってしまうことが知られてい
る。上記本発明によれば、ＥＤＦのＥｒ濃度が４０００
ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であるので、その濃度
が１０００ｐｐｍ以下の場合よりもややパワー変換効率
が低いものとなるが、Ｅｒ濃度が高いことによりファイ
バ長が著しく短くされているので、信号光間の非線形現
象を抑止することができると共に装置のコンパクト化を
図ることができる。具体的には、例えば、濃度条長積７
０ｋｐｐｍ・ｍのＥＤＦの場合、Ｅｒ濃度が１０００ｐ
ｐｍ（濃度消光が生じない最も高いＥｒ濃度）であれ
ば、ファイバ長が７０ｍ必要であるのに対し、本発明に
よれば、パワー変換効率が１０〜２０％程度劣化するも
のの、ファイバ長が７〜１７．５ｍでよい。

【０００９】また、１６００ｎｍ以上の波長帯域での利
得が高いものとなるので、光増幅装置として広い増幅帯
域を有するものとなる。

【００１０】ここで、Ｅｒ濃度が４０００ｐｐｍより低
い場合、ＥＤＦの短尺化による装置のコンパクト化を十
分に図ることができず、１００００ｐｐｍより高い場
合、パワー変換効率が低いものとなってしまう。

【００１１】また、濃度条長積が６０ｋｐｐｍより低い
場合、パワー変換効率が著しく低いものとなってしま
う。濃度条長積の上限値は、特に限定されないが、実用
的には９０ｋｐｐｍ・ｍ以下である。

【００１２】上記ＥＤＦは、そのコアにリン（Ｐ）が共
ドープされているものであってもよい。ＥＤＦによる利
得は長波長側に行くに従って低くなるが、上記の構成に
よれば、１．６５μ帯の励起準位吸収（ＥＳＡ）が抑制
され、波長１６００ｎｍ以上の波長帯域においてその利
得の低下が緩やかなものとなり、より長波長帯域での利
得を高いものとすることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｅｒ濃度が高いことによりファイバ長が短くされている
ので、信号光間の非線形現象を抑止することができると
共に装置のコンパクト化を図ることができる。また、そ
れに加えて、１６００ｎｍ以上の波長帯域での利得が高
いものとなるので、光増幅装置として広い増幅帯域を有
するものとすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の実施形態に係る光増幅装
置１０を示す。

【００１６】この光増幅装置１０は、入力端１１と出力
端１２との間に、直列に第１アイソレータ１３、ＥＤＦ
１４、ＷＤＭカプラ１５及び第２アイソレータ１６が順
に光信号パスで接続されて設けられている。ＷＤＭカプ
ラ１５には光信号パスを介して励起レーザーダイオード
（以下「ＬＤ」という）が接続されている。

【００１７】第１アイソレータ１３は、入力端１１から
出力端１２に向かう向きに伝播する光をほとんど減衰な
く伝送する一方、逆向きに伝播する光を大きく減衰させ
る素子であり、入力端１１からの信号光を低ロスでＥＤ
Ｆ１４に伝送する。

【００１８】ＥＤＦ１４は、ファイバ中心をなすコアと
そのコアを被覆するクラッドとを備えた光ファイバで、
コアに希土類元素であるＥｒと共にＰがドープされた光
増幅素子であり、信号光の増幅を行う。コアにドープさ
れたＥｒ濃度は４０００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以
下であり、また、そのＥｒ濃度とファイバ長との積であ
る濃度条長積は６０ｋｐｐｍ・ｍ以上である。すなわ
ち、このＥＤＦ１４は、従来の光増幅装置のものに比べ
てＥｒ濃度が極めて高く且つファイバ長が短いものであ
る。

【００１９】ＷＤＭカプラ１５は、光信号を合波する素
子であり、励起ＬＤ１７からの励起光を導入してそれを
ＥＤＦ１４に入力する。励起ＬＤ１７は、ＥＤＦ１４の
Ｅｒの最外殻電子を励起させる励起光を発する励起光源
であり、例えば、波長０．９８μｍ帯又は波長１．４８
μｍ帯の励起光を発する半導体レーザーにより構成され
る。

【００２０】第２アイソレータ１６は、第１アイソレー
タ１３と同様のものであり、ＥＤＦ１４からの出力光を
低ロスで出力端１２に伝送する。

【００２１】この光増幅装置１０では、励起ＬＤ１７か
らの励起光は、ＷＤＭカプラ１５を経てＥＤＦ１４に入
力される。一方、入力端１１からの信号光は、第１アイ
ソレータ１３を経てＥＤＦ１４に入力される。このと
き、ＥＤＦ１４では、励起光が入力されることによりＥ
ｒの最外殻電子が励起状態とされて反転分布状態とな
り、信号光が入力されることにより励起状態のＥｒの電
子が基底状態へと遷移する際に誘導放出により信号光と
同波長の光が発せられ、信号光が増幅された形で出力さ
れる。ＥＤＦ１４からの増幅された信号光は、第２アイ
ソレータ１６を経て出力端１２から出力される。

【００２２】上記の光増幅装置１０によれば、ＥＤＦ１
４のＥｒ濃度が４０００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以
下であるので、その濃度が１０００ｐｐｍ以下の場合よ
りもややパワー変換効率が低いものとなるが、Ｅｒ濃度
が高いことによりファイバ長が短くされているので、信
号光間の非線形現象を抑止することができると共に、装
置のコンパクト化を図ることができる。

【００２３】また、１６００ｎｍ以上の波長帯域での利
得が高いものとなるので、光増幅装置として広い増幅帯
域を有するものとなる。しかも、ＥＤＦ１４による利得
は長波長側に行くに従って低くなるが、コアにＥｒに加
えてＰが共ドープされているので、１６５０ｎｍ帯の励
起準位吸収（ＥＳＡ）が抑制され、波長１６００ｎｍ以
上の波長帯域におけるその利得の低下が緩やかなものと
なり、長波長帯域での利得を高いものとなっている。

【００２４】なお、上記実施形態では、後方向励起型の
光増幅装置１０としたが、特にこれに限定されるもので
はなく、前方向励起型のものであっても、また、双方向
励起型のものであってもよい。

【００２５】

【実施例】（試験評価１）＜試験評価サンプル＞ −例１− 上記実施形態と同一構成の光増幅装置であって、ＥＤＦ
のＥｒ濃度が４５００ｐｐｍで且つ濃度条長積が７０ｋ
ｐｐｍ・ｍのものを例１とした。

【００２６】−例２− ＥＤＦのＥｒ濃度が１００００ｐｐｍのものであること
を除いては例１と同一構成の光増幅装置を例２とした。

【００２７】＜試験評価方法＞例１及び２のそれぞれの
光増幅装置について、０ｄＢｍ（１ｍＷ）で１６波多重
信号を入力し、各波長の利得を計測した。

【００２８】＜試験評価結果＞図２は例１について及び
図３は例２についてそれぞれの信号光波長と利得との関
係を示す。なお、図２及び３には、比較のために、ＥＤ
ＦのＥｒ濃度が９００ｐｐｍであることを除いては例１
及び２と同一構成の光増幅装置についての信号光波長と
利得との関係をも示す。

【００２９】図２及び３より、例１及び２のいずれも、
Ｅｒ濃度が９００ｐｐｍのもの（以下「参考例」とい
う）に比較して、波長１５９５ｎｍ付近で利得が高くな
っているのが分かる。また、いずれも長波長側に行くに
従って利得が低下しているが、例１及び２では、参考例
に比較して、１６１０ｎｍを越える長波長帯域でのその
利得の低下が緩やかとなっており、その結果、長波長帯
域での利得が高いものとなっているのが分かる。すなわ
ち、例１及び２は参考例に比較して広い増幅帯域を有す
る光増幅装置であるということができる。

【００３０】（試験評価２）＜試験評価サンプル＞濃度条長積が９０ｋｐｐｍ・ｍ
で、且つ、Ｅｒ濃度が１５１４ｐｐｍ、３６５０ｐｐ
ｍ、４４９２ｐｐｍ、９９７７ｐｐｍ及び１３０４２ｐ
ｐｍである各ＥＤＦを用いた光増幅装置、濃度条長積が
８０ｋｐｐｍ・ｍで、且つ、Ｅｒ濃度が１５１４ｐｐ
ｍ、３６５０ｐｐｍ、４４９２ｐｐｍ、９９７７ｐｐｍ
及び１３０４２ｐｐｍである各ＥＤＦを用いた光増幅装
置、濃度条長積が７０ｋｐｐｍ・ｍで、且つ、Ｅｒ濃度
が９１０ｐｐｍ、１５１４ｐｐｍ、３６５０ｐｐｍ、４
４９２ｐｐｍ、９９７７ｐｐｍ及び１３０４２ｐｐｍで
ある各ＥＤＦを用いた光増幅装置、並びに濃度条長積が
６０ｋｐｐｍ・ｍで、且つ、Ｅｒ濃度が９１０ｐｐｍ、
１５１４ｐｐｍ、３６５０ｐｐｍ、４４９２ｐｐｍ、９
９７７ｐｐｍ及び１３０４２ｐｐｍである各ＥＤＦを用
いた光増幅装置を準備した。

【００３１】＜試験評価方法＞それぞれの光増幅装置に
ついてのパワー変換効率を計測した。ここで、パワー変
換効率とは、各波長のパワーの総和を励起ＬＤより発せ
られる励起光のパワーで除したものである。

【００３２】＜試験評価結果＞表１は、それぞれの光増
幅装置のパワー変換効率を示す。また、図４は、各濃度
条長積毎のＥｒ濃度とパワー変換効率との関係を示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】図４によれば、濃度条長積が９０ｋｐｐｍ
・ｍ及び８０ｋｐｐｍ・ｍのものについて、パワー変換
効率は、Ｅｒ濃度１５００ｐｐｍから３５００ｐｐｍま
での範囲では、前者が５０％前後から５２〜５３％に及
び後者が４０％前後から５０％前後にそれぞれ向上し、
４０００ｐｐｍ付近では、いずれも急激に３５％程度ま
で低下した後、１００００ｐｐｍにかけては２５％強ま
で徐々に低下し、１００００ｐｐｍを越えて１３０００
ｐｐｍ付近まででは０％に向かって直線的に低下してい
るのが分かる。濃度条長積が７０ｋｐｐｍ・ｍのものに
ついて、パワー変換効率は、Ｅｒ濃度９００ｐｐｍから
１５００ｐｐｍ間での範囲では、３５％前後から３０％
前後に急激に低下し、１５００ｐｐｍから３５００ｐｐ
ｍまでの範囲では、３５％前後まで徐々に向上し、４０
００ｐｐｍ付近では、急激に２５％程度まで低下した
後、１００００ｐｐｍにかけては２７％まで徐々に向上
し、１００００ｐｐｍを越えて１３０００ｐｐｍ付近ま
ででは０％に向かって直線的に低下しているのが分か
る。濃度条長積が６０ｋｐｐｍ・ｍのものについて、パ
ワー変換効率は、Ｅｒ濃度９００ｐｐｍから１５００ｐ
ｐｍ間での範囲では、３５％前後から３０％弱に急激に
低下し、１５００ｐｐｍから３５００ｐｐｍまでの範囲
では、３５％前後まで徐々に向上し、４０００ｐｐｍ付
近では、急激に１５％弱まで低下した後、１００００ｐ
ｐｍにかけては１５％強まで徐々に向上し、１００００
ｐｐｍを越えて１３０００ｐｐｍ付近まででは０％に向
かって直線的に低下しているのが分かる。全体的な傾向
として、Ｅｒ濃度が高くなるに従ってパワー変換効率が
低下しているが、これは、濃度消光が生じるためである
と考えられる。但し、Ｅｒ濃度が４０００ｐｐｍ以上１
００００ｐｐｍ以下の範囲では、パワー変換効率は、Ｅ
ｒ濃度が４０００ｐｐｍより低い範囲（特に２０００ｐ
ｐｍ以下）よりも低いものの、ある程度の大きさでほぼ
同じ水準で推移している。また、パワー変換効率は、こ
の範囲において、濃度条長積が８０ｋｐｐｍ・ｍ以上９
０ｋｐｐｍ・ｍ以下ではほぼ同水準であるが、濃度条長
積が低くなるに従って小さくなる傾向が伺われ、濃度条
長積が６０ｋｐｐｍ・ｍでは１５％程度である。２０％
以上のパワー変換効率を得るためには、濃度条長積が７
０ｋｐｐｍ・ｍ以上であることが好ましく、濃度条長積
が８０ｋｐｐｍ・ｍ以上であればさらによい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光増幅装置の構成図で
ある。

【図２】Ｅｒ濃度９００ｐｐｍ及び４５００ｐｐｍのそ
れぞれのＥＤＦを用いた光増幅装置の信号光波長と利得
との関係を示すグラフ図である。

【図３】Ｅｒ濃度９００ｐｐｍ及び１００００ｐｐｍの
それぞれのＥＤＦを用いた光増幅装置の信号光波長と利
得との関係を示すグラフ図である。

【図４】Ｅｒ濃度とパワー変換効率との関係を示すグラ
フ図である。

【符号の説明】

１０光増幅装置１１入力端１２出力端１３第１アイソレータ１４ＥＤＦ１５ＷＤＭカプラ１６第２アイソレータ１７励起ＬＤ

フロントページの続きＦターム(参考） 4G062 AA04 AA06 DD01 DD02 KK06 MM02 MM04 NN19 5F072 AB09 AK06 JJ01 JJ20 PP07 RR01 YY17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エルビウムドープファイバを備えた光増
幅装置において、上記エルビウムドープファイバは、そ
のコアにドープされたエルビウムの濃度が４０００ｐｐ
ｍ以上１００００ｐｐｍ以下であり、且つ、該エルビウ
ム濃度とファイバ長との積である濃度条長積が６０ｋｐ
ｐｍ・ｍ以上であることを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】請求項１に記載された光増幅装置におい
て、上記エルビウムドープファイバは、そのコアにリンが共
ドープされていることを特徴とする光増幅装置。