JP2003347631A

JP2003347631A - 光信号増幅方法及び光信号増幅器

Info

Publication number: JP2003347631A
Application number: JP2002149242A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tanaka; 政博田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】電力消費を低減した光信号増幅方法及び光信号
増幅器を提供する。【解決手段】希土類元素を含有する光ファイバ１に対し
て、非コヒーレント光を照射することによって、前記光
ファイバ１内を伝送する光信号を増幅することを特徴と
するものであり、前記非コヒーレント光が太陽光である
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に使用され
る光ファイバを伝搬する信号光の減衰を補完するために
使用される光信号増幅方法及び光信号増幅器に関するも
のであり、特に希土類元素を含む光ファイバを伝搬する
信号光に好適に利用できる光信号増幅方法及び光信号増
幅器に関するものである。

【０００２】

【従来技術】光ファイバは広帯域な情報を長距離にわた
って伝送できるという特徴をもっている。これらの点に
関しては、通常の銅線や同軸ケーブルをはるかにしの
ぐ。現在、銅線や同軸ケーブルを使ったブロードバンド
通信が隆盛になりつつあるが、それがファイバに置き換
わり、波長多重分割の技術が適用されれば銅線や同軸ケ
ーブルとは桁違いの伝送速度を実現できる。

【０００３】しかしながら、長距離通信に向いていると
言われる光ファイバでさえ、光ファイバ中でのレーリー
散乱に基づく固有の損失は取り除く事はできない。それ
ゆえ、シングルモードファイバでも０．２ｄＢ／Ｋｍ程
度の信号光減衰は避けられないものである。つまり、１
００Ｋｍ程度の長さのファイバになると信号が略２０ｄ
Ｂ程度に減少する。

【０００４】そこで、特開平３−５４５２９号公報に
は、増幅器により減衰した光を適当な間隔毎に増幅する
方法が開示されている。

【０００５】この方法は、図５に示すように、光ファイ
バ３１と、励起用ファイバ３２と、レーザーダイオード
３７で構成され、励起用ファイバ３２は光ファイバ３１
とカプラを通じて結合されており、励起用ファイバ３２
から光ファイバ３１に励起光を入射するものである。

【０００６】光ファイバ３１は、コア３１ｂとクラッド
３１ａとからなり、通信に使われる赤外光はコア３１ｂ
とクラッド３１ａの境界で全反射されながらほとんどコ
ア３１ｂに集中した分布で光ファイバ中を伝搬する。コ
ア３１ｂにＧｅＯ₂を添加し、コア３１ｂの屈折率をク
ラッド３１ａの屈折率より僅かにが大きくすることによ
り、全反射を可能としている。また、励起用ファイバ３
２も同様にクラッド３２ａとコア３２ｂとからなる。

【０００７】光ファイバにおける光信号を増幅するた
め、１０ｍ程度の長さを光ファイバ増幅部とし、その領
域のコア３１ｂにエルビウム等の希土類元素を添加す
る。

【０００８】レーザーダイオード３７から発せられたレ
ーザー光は、励起用光ファイバ３２を通り、光カプラ３
８を通じて光ファイバ３１入射する。入射したレーザー
光は、コア３１ｂの希土類元素を励起し、この元素の存
在する部位を信号光が通過する時に励起された希土類元
素が誘導放射を起こし、信号光とコヒーレントな光を雪
崩状に生成する。この信号光とコヒーレントな光の生成
が信号光の増幅となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−５４５２９号公報に記載の方法は、レーザー光によ
って光通信に十分な光信号増幅をもたらすものの、希土
類元素を励起するために使われるレーザーダイオードの
作動には大量の電力を消費するという問題があった。

【００１０】更に、光ファイバ３１と励起用ファイバ３
２とを結合させる必要があるとともに、励起用ファイバ
３２とレーザーダイオード３７との結合損失がその消費
電力をより増大するという問題があった。

【００１１】そこで、本発明は、電力消費を低減した光
信号増幅方法及び光信号増幅器を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、太陽光が光フ
ァイバ内に存在する光励起性元素である希土類元素を励
起し、光ファイバを通過する光信号を増幅することがで
きるという知見に基づくものであり、消費電力の少ない
光信号増幅方法及び光信号増幅器を提供する。特に、太
陽光を集光し、その焦点を光ファイバ又はその近傍に合
わせることにより、光信号を効果的に増幅でき、太陽光
が存在する限り電力は不要となるため、光信号増幅のラ
ンニングコストを大幅に低減できる。

【００１３】即ち、本発明の光信号増幅方法は、希土類
元素を含有する光ファイバに対して、非コヒーレント光
を照射することによって、前記光ファイバ内を伝送する
光信号を増幅することを特徴とするものであり、これに
より、昼間は電力をほとんど使わずに光ファイバ増幅器
を動作させる事ができる。

【００１４】特に、前記非コヒーレント光が太陽光であ
ることが好ましい。これにより、光ファイバ内の希土類
元素を十分に励起でき、昼間の消費電力を大幅に削減す
ることができる。

【００１５】また、前記太陽光を、反射鏡及び／又はレ
ンズを用いて集光することが好ましい。これにより、太
陽光強度を効果的に高めることが容易となる。

【００１６】本発明の光信号増幅器は、希土類元素を含
有する光ファイバと、該光ファイバに非コヒーレント光
を導入するための光導入器を具備するものであり、これ
により、低コストの光信号増幅を実現できる。

【００１７】特に、前記光導入器が、集光器を具備する
ことが好ましい。これにより、増幅効率をより高めるこ
とができる。

【００１８】前記集光器が、反射鏡及び／又はレンズを
用いることが好ましい。これにより、太陽光の強度を高
めることができ、ファイバ中の希土類元素をより効率的
に励起できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明を、図面を用いて説明す
る。図１〜４は本発明の光ファイバ増幅器を示すもので
ある。

【００２０】図１は、シングルモード光ファイバを示す
もので、図１（ａ）が斜視図、図１（ｂ）が概略断面図
である。光ファイバ１は、クラッド１ａ及びコア１ｂを
具備し、コア１ｂの屈折率はクラッド１ａの屈折率より
もわずかに大きい関係にあるため、光信号の大部分がコ
ア１ｂを通過する。

【００２１】本発明によれば、シングルモード光ファイ
バ１の少なくともコア１ｂに希土類元素が含まれ、この
希土類元素が光増幅に寄与する。

【００２２】希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐ
ｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１種を用
いることができ、特に入手の容易さからＹ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕが好ましく、これら
の中でも、励起効率の点でＥｒがより好ましい。

【００２３】本発明は、上記のような光ファイバ１の内
部を通過する光信号を、コア１ｂに太陽光を照射するこ
とにより、増幅することができる。太陽光はそのままで
は強度が低いが、集光することによって強度を高め、実
用に供することができる。

【００２４】本発明によれば、太陽光の集光に用いる集
光器として、断面が曲線をなす鏡であることが好まし
い。このような鏡は、反射鏡に代表され、断面が放物曲
線、特に二次曲線からなる断面を有するものであること
が、集光効率を高める点で好ましい。また、集光器の幅
は図１（ａ）にＬで示され、その長さは希土類元素が添
加された光ファイバの長さ分だけ、例えば１０ｍの長さ
の範囲で任意に設定できる。

【００２５】例えば、図１（ｂ）に示すように、ファイ
バ１は断面が放物線の反射鏡３の焦点４位置に設置され
ており、真上からの太陽光がファイバ１に集光される。
この太陽光集光用の反射鏡３はその開口部が常に太陽の
方向を向くように動くようにすることが好ましい。或い
はまた、集光用鏡から太陽光を取り入れ、光ファイバ１
などで本発明の光ファイバ増幅器に導き、集光器に光を
照射して用いることもできる。

【００２６】本発明における光ファイバ増幅器の作用
を、エルビウム（Ｅｒ）を用いた場合を取り上げて説明
する。図２に示すように、波長が９８０ｎｍの光で励起
されたエルビウムは不安定なＩ_13/2状態に励起され、す
ぐにその状態からＩ_11/2状態に落ちる。そこに波長が１
５５０ｎｍの波長帯（１５２５〜１５７０ｎｍ）の信号
光が入射されると、その信号光に誘導され同じ波長の光
をコヒーレントな状態で放出し安定なＩ_15/2状態に落ち
着く。

【００２７】一度放出された光もまた他の光の放出を誘
導するという雪崩状態になる。この雪崩状態の放出によ
り、信号光は増幅される事になる。従って、光ファイバ
１は太陽光が照射される場所、即ち希土類元素であるＥ
ｒの存在するコア１１ｂに太陽光が焦点を合わせるよう
に設置されるのが良い。

【００２８】通常、信号光の波長は最も損失の少ない１
５５０ｎｍの波長帯、または分散の少ない１３００ｎｍ
の波長帯の光が用いられるが、ファイバ増幅器の希土類
を励起するための光の波長はそれらより短く、１５５０
ｎｍ帯に対してはエルビウムを添加した場合で９８０ｎ
ｍの励起光を入射させる必要がある。太陽光は５００ｎ
ｍ辺りに強度のピークを持っており、この９８０ｎｍの
波長域は１５５０ｎｍ帯域と異なり太陽光スペクトルが
十分に存在するので、太陽光の励起光源としての利用が
可能になる。

【００２９】本発明によれば、集光器は、図１のような
形状でも良いが、図３に示すように光ファイバ１１と反
射鏡１３を具備し、断面が放物線であり、１点に光を集
光できるタイプものを並列に複数並べることもできる。
また、上記の反射鏡１３の代わりとしてレンズを用いて
非コヒーレント光を集光することもできる。図４は、集
光器としてレンズを用いた光ファイバ増幅器の概略の断
面を示すもので、焦点が光ファイバ２１の内部、特にコ
ア２１ｂに合わせた凸レンズが設けられている。

【００３０】なお、本発明では、太陽光をはじめとする
非コヒーレント光は、上述のように、９８０ｎｍ以下の
波長を有する光源であれば使用することができる。

【００３１】また、Ｅｒ以外の希土類元素でも同様の効
果があり、太陽光による光信号の増幅を行うことができ
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、非コヒーレントな光を
光信号の増幅に利用できるため、昼間に太陽光を有効利
用することができ、又加熱炉等の設備から発生する光や
余剰の光を有効利用することができ、電力消費量を大幅
に削減した光ファイバ増幅器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ増幅器を示すもので、
（ａ）斜視図及び（ｂ）概略断面図である。

【図２】エルビウムのエネルギー準位を示す図である。

【図３】本発明の他の光ファイバ増幅器を示す概略断面
図である。

【図４】本発明の他の光ファイバ増幅器を示す概略断面
図である。

【図５】従来のファイバ増幅器を示す図である。

【符号の説明】

１、１１、２１・・・光ファイバ１ａ、１１ａ、２１ａ・・・クラッド１ｂ、１１ｂ、２１ｂ・・・コア３、１３・・・反射鏡４、１４・・・焦点１５・・・レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類元素を含有する光ファイバに対し
て、非コヒーレント光を照射することによって、前記光
ファイバ内を伝送する光信号を増幅することを特徴とす
る光信号増幅方法。
【請求項２】前記非コヒーレント光が太陽光であること
を特徴とする請求項１の光信号増幅方法。
【請求項３】前記太陽光を、反射鏡及び／又はレンズを
用いて集光することを特徴とする請求項２記載の光信号
増幅方法。
【請求項４】希土類元素を含有する光ファイバと、該光
ファイバに非コヒーレント光を導入するための光導入器
を具備することを特徴とする光信号増幅器。
【請求項５】前記光導入器が、集光器を具備することを
特徴とする請求項４記載の光信号増幅器。
【請求項６】前記集光器が、反射鏡及び／又はレンズを
用いることを特徴とする請求項５記載の光信号増幅器。