JP2004006634A - Light amplifier - Google Patents

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JP2004006634A
JP2004006634A JP2003010969A JP2003010969A JP2004006634A JP 2004006634 A JP2004006634 A JP 2004006634A JP 2003010969 A JP2003010969 A JP 2003010969A JP 2003010969 A JP2003010969 A JP 2003010969A JP 2004006634 A JP2004006634 A JP 2004006634A
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Takamasa Yamashita
山下 高雅
▲吉▼田 実
Minoru Yoshida
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light amplifier which is improved in noise properties (Noise Figure) and power conversion efficiency. <P>SOLUTION: The light amplifier is equipped with an amplifying optical fiber 2 which is loaded with an erbium element and amplifies signal light having an L wavelength band (1565 to 1625nm) as using exciting light; forward exciting light feeders 3 and 6 which supply exciting light to the amplifying optical fiber 2 from forward in the transmitting direction of the signal light; and backward exciting light feeders 4 and 7 which supply exciting light to the amplifying optical fiber 2 from backward in the transmitting direction of the signal light. The forward exciting light feeders 3 and 6 supply the forward exciting light having a wavelength of 1480 nm to the amplifying optical fiber 2. The backward exciting light feeders 4 and 7 supply the backward exciting light having a wavelength of 1555 nm to the amplifying optical fiber 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅用光ファイバを用いて信号光を増幅する光増幅装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、Lバンド(1565〜1625nm)の光信号を高効率に増幅するためには、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバ(エルビウム添加光ファイバ)の長手方向に沿って長く維持することが有効となる。
【0003】
これに対して、1520nm〜1560nmの励起光を増幅用光ファイバに供給すると、高い反転分布状態が得られないものの、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿って長く維持することが可能となる。
【0004】
これは、信号光(Lバンド(1565〜1625nm))に非常に近接した波長帯に発光帯が発生するために、十分な反転分布状態になる前にエルビウムイオンの上準位エネルギーが誘導放出されることに起因している。
【0005】
従来から、Lバンド(1565〜1625nm)の光信号を増幅する光増幅装置においては、パワー変換効率を高めるために上述した特性を活かして1520nm〜1560nmの励起光を用いることが行われている。(特許文献1参照)
【0006】
【特許文献1】
特開平10−294510
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにしてパワー変換効率を高めた従来の光増幅装置においても、雑音特性(NF)が劣化するうえに、増幅用光ファイバとして長いファイバ長を必要とする、という課題がある。以下、説明する。
【0008】
光増幅装置においては、信号入力パワーが小さければ小さいほど、雑音特性(NF)を低くするためには高い反転分布状態を必要とする。これに対して、1520nm〜1560nmの励起光を用いる従来の構成では、前述したように、高い反転分布状態が得られないという特徴があり、そのため、特に、信号入力パワーが小さい場合に、雑音特性(NF)が大きく劣化してしまう。
【0009】
また、1520nm〜1560nmの励起光を用いる従来の構成では、発光帯に非常にパワーの大きい励起光と信号光とが共存することになる。このような構成を有する光増幅装置において得られる利得は信号光パワーに対する利得ではなく、(励起光パワー+信号光パワー)に対する利得となる。光増幅装置においては、増幅対象となる光のパワーが大きい程、その利得は小さくなる。そのため、1520nm〜1560nm以外の波長の励起光を用いる場合に比して、1520nm〜1560nmの励起光を用いる従来の構成では、信号光に対して要求される利得を満足させるために必要な増幅用光ファイバのファイバ長は長くならざるを得ない。
【0010】
このように、1520nm〜1560nmの励起光を用いる従来の構成では、ファイバ長が長くならざるを得ない分、他の波長領域の励起光を用いる構成に比べて、さらにパワー変換効率を高める必要性が増している。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するためには、本発明は、エルビウム元素が添加された光ファイバからなり励起光を用いてLバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)信号光を増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向前方側から前記励起光を供給する前方励起光供給器と、前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向後方側から前記励起光を供給する後方励起光供給器とを備えている。前記前方励起光供給器は、1480nm波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである。前記後方励起光供給器は、1555nm波長帯の後方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである。
【0012】
以下、本発明の作用を説明する。信号光のパワー変換効率と増幅用光ファイバ内の反転分布状態とには密接な関係がある。Lバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)信号光を増幅する場合には、前述したように、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿ってできるだけ長く存在させることが、高いパワー変換効率を得るうえで好都合となる。また、雑音特性(NF)と増幅用光ファイバ内の反転分布状態とにも密接な関係があり、増幅用光ファイバの信号入力端を高反転分布状態にすることが、雑音特性(NF)を低くするうえで好都合となる。
【0013】
つまり、Lバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)信号光を増幅する場合においては、
・比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿ってできるだけ長く維持する、
・増幅用光ファイバの信号入力端だけを高反転分布状態にする、
という二つの条件を満足させれば、高いパワー変換効率と低い雑音特性とを両立させることができる。
【0014】
図4は、1480nmの励起光と1555nmの励起光とを、エルビウム元素添加光ファイバ(以下、EDFという)に導入する場合において、その励起光パワーがファイバ長手方向に沿ってどのように減衰していくかを示す図である。図4において、横軸はEDF長であり、縦軸は励起光パワーである。なお、図4において、EDF長は、励起光入力側のファイバ端を0としてその反対側のファイバ端を1として正規化している。同様に励起光パワーは、励起光入力時を1として正規化している。
【0015】
図4に示すように、1480nmの励起光の減衰率は高く、略等比級数的に減衰する。これに対して、1555nmの励起光の減衰率は低く、略等差級数的に減衰し、かつ減衰の傾きは比較的小さい。
【0016】
このような励起光(1480nm波長光,1555nm波長光)の特性を踏まえれば、増幅用光ファイバに1555nmの後方励起光を供給することで、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿ってできるだけ長く維持することが可能となる。また、増幅用光ファイバに1480nmの前方励起光を供給することで、増幅用光ファイバの信号入力端だけを高反転分布状態にすることが可能となる。
【0017】
図5には、増幅用光ファイバに前方励起光として1480nm波長光を供給し、後方励起光として1555nm波長光を供給した場合の各励起光の減衰状態が示されている。なお、図5において、EDF長は、前方励起光入力側のファイバ端を0として後方励起光入力側のファイバ端を1として正規化されている。同様に励起光パワーは、励起光入力時を1として正規化されている。
【0018】
以上の着目点に基づいて本発明では、前方励起光供給器から1480nm波長帯の前方励起光を増幅用光ファイバに供給し、後方励起光供給器から1555nm波長帯の後方励起光を増幅用光ファイバに供給しており、これにより、本発明は、高いパワー変換効率(故にファイバ長の短尺化が可能)と低い雑音特性とを両立させている。
【0019】
また、増幅用光ファイバで信号光を増幅する場合には、増幅用光ファイバの内部で生じた自然放出光(Amplified Spotaneous Emission)の一部が、増幅用光ファイバ内で再吸収されることなく増幅された信号光とともにファイバの信号伝播方向に沿って放出される。そのため、信号伝播方向に沿って放出される自然放出光は信号光にとって雑音成分となってその背景レベルを押し上げる。
【0020】
これに対して本発明では、増幅用光ファイバに対してその信号伝播方向の逆方向に沿って1555nmの励起光を供給している。このようにして増幅用光ファイバに1555nmの後方励起光を供給すると、増幅用光ファイバ中において励起準位にあるエネルギーが誘導放出される結果、光ファイバ内部において自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは1555nmの後方励起光の増幅に消費されてしまう。これにより雑音は吸収されることになる。つまり、光ファイバ内部に残存する自然放出光は前記誘導放出により1555nmの後方励起光に吸収されてしまうことになる。そのため、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバから放出される自然放出光の出力レベルは低減されることになり、その分、さらに雑音特性(NF)が向上する。このように本発明においては、1555nm波長帯の後方励起光は、雑音抑制光としても機能する。
【0021】
また、自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出により吸収した1555nmの後方励起光を用いて信号光の増幅を行うために、その分、さらにパワー変換効率が向上する。このように、パワー変換効率が向上する分、増幅用光ファイバのファイバ長を短くすることが可能となる。
【0022】
なお、本願発明が対象とする増幅用光ファイバにおいては、1480nm以外に980nm波長帯の励起光を用いても、増幅用光ファイバに反転分布状態を形成することができる。しかも、980nm波長帯の励起光では、高い反転分布状態を形成することができる。そのため、前記前方励起光供給器は、1480nm波長帯の前方励起光に替えて、980nm波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給してもよい。
【0023】
ここで、本発明の構成においても、雑音特性(NF)をできる限り低くするためには、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比を最適化する必要がある。これは、次のような理由によっている。
【0024】
増幅用光ファイバの信号入力端における雑音特性(NF)を低く維持するためには、前述したように、信号入力端を高反転分布に維持する必要がある。これに対して図4,図5の特性図に示すように、1555nmの後方励起光は、増幅用光ファイバを透過しやすい。そのため、後方励起光は増幅用光ファイバの入力端に到達する可能性が高い。信号入力端において、エルビウム(Er)の発光波長帯(1510nm〜1630nm)に光が存在すると、信号入力端のファイバ領域が十分な反転分布状態になる前に励起光である1555nm波長光にエルビウムの上準位エネルギーが誘導放出されてしまう。これにより、信号入力端が高反転分布状態とならなくなって、雑音特性(NF)が劣化する可能性がある。
【0025】
このような特性を有する本発明の構成において、雑音特性(NF)を低く維持するためには、次のような条件が必要となる。すなわち、増幅用光ファイバの入力端に後方励起光(1555nm)が到達したとしても、高い反転分布が得られる程度の光量(光強度)を有する前方励起光(1480nm)を増幅用光ファイバの信号光入力端に供給することである。
【0026】
上記条件は、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を最適化することで満足させることができる。このことを踏まえて、本発明では、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を、1.4≦Pfwd/Pbwd≦20に設定することで、雑音特性(NF)を低く維持している。
【0027】
さらには、雑音特性を最も低く維持できる条件として、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を、1.6≦Pfwd/P wd≦7.5に設定している。
【0028】
また、上述した雑音発生メカニズムに基づけば、後方励起光(1555nm)が増幅用光ファイバの信号入力端に到達しないように阻止できれば、雑音特性(NF)を低く維持すること可能となる。
【0029】
そこで、本発明では、前記増幅用光ファイバを、前記前方励起光が供給される前端ファイバ部と、前記後方励起光が供給される後端ファイバ部とに分割し、これらファイバ部の間に、前記前端ファイバ部で増幅された信号光を前記後端ファイバ部に導くとともに前記後方励起光が前記前端ファイバに侵入するのを阻止する後方励起光阻止器を設けている。これにより、雑音特性(NF)を低く維持できる。なお、後方励起光阻止器の具体例としては、アイソレータやサーキュレータ等が挙げられる。
【0030】
なお、前方励起光として1555nm波長帯光を供給し、後方励起光として1480nm波長帯光を供給することも考えられるが、この構成は次のような不都合を有している。
【0031】
この構成を採用した場合、信号入力端には1555nm波長帯の前方励起光だけが存在する可能性が高い。1555nm波長帯の前方励起光では、増幅用光ファイバの信号入力端を高反転分布状態にすることは不可能である。そのため、ノイズ特性(NF)を向上させることが不可能となる。
【0032】
また、1555nm波長帯の前方励起光は、前述したように、減衰率が低いために増幅用光ファイバの信号出力端から信号光とともに放出される可能性が高い。このようにして信号出力端から出力される1555nm波長帯の前方励起光はLバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)信号光にとって雑音成分となる。
【0033】
このように、前方励起光として1555nm波長帯光を供給し、後方励起光として1480nm波長帯光を供給する構成は、ノイズ特性が劣化するために採用することはできない。
【0034】
【発明の実施の形態】
実施の形態1
図1は本発明の実施の形態1の光増幅装置の構成図である。この光増幅装置1は、双方向励起型の光増幅装置であって、増幅用光ファイバ2と、前方励起光用光源3と、後方励起光用光源4と、第1の合波器6と、第2の合波器7と、アイソレータ9A,9Bとを備えている。
【0035】
増幅用光ファイバ2は、信号源Aから入力されるLバンド(1565〜1625nm)の信号光を増幅している。本実施形態では、EDF(エルビウムが添加された光ファイバ)から増幅用光ファイバ2は構成されている。なお、本実施形態では、増幅用光ファイバ2として、リン(P)が共ドープされたものを用いている。
【0036】
前方励起光用光源3は、レーザーダイオード等の光源装置から構成されている。前方励起光用光源3は増幅用光ファイバ2に対してその信号光入力端側から供給する1480nm波長帯の励起光(以下、この励起光を前方励起光という)を生成している。後方励起光用光源4はレーザーダイオード等の光源装置から構成されている。後方励起光用光源4は増幅用光ファイバ2に対してその信号光出力端側から供給される1555nm波長帯の励起光(以下、この励起光を後方励起光という)を生成している。
【0037】
第1の合波器6は、例えばWDM合波器から構成されており、前方励起光用光源3で生成した前方励起光を増幅用光ファイバ2の入力端側に配置された信号伝播路(通信用光ファイバおよび増幅用光ファイバ2により構成される)に対して、その信号伝播方向に沿って合波している。これにより、第1の合波器6は、増幅用光ファイバ2に対してその信号入力端側から信号伝播方向に沿って前方励起光を供給している。
【0038】
第2の合波器7は、例えばWDM合波器から構成されており、後方励起光用光源4で生成した後方励起光を増幅用光ファイバ2の出力端側に配置された信号伝播路に対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って合波している。これにより、第2の合波器7は、増幅用光ファイバ2に対してその信号出力端側から信号伝播方向の逆方向に沿って後方励起光を供給している。
【0039】
本実施形態では、前方励起光用光源3と第1の合波器6とにより前方励起光供給器が構成され、後方励起光用光源4と第2の合波器7とにより後方励起光供給器が構成されている。
【0040】
以下、この光増幅装置1による信号光の増幅動作を説明する。前方励起光用光源3では、波長1480nmの前方励起光を生成する。前方励起光用光源3で生成された前方励起光は、第1の合波器6を経て信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ2に供給される。そして、このようにして供給される前方励起光を用いた誘導放出により、増幅用光ファイバ2はLバンド(1565〜1625nm)の信号光を増幅する。
【0041】
このとき、信号光の増幅は、主として増幅用光ファイバ2における信号伝播方向の前端側部位において実施される。そのため、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは増幅用光ファイバ2中において消費されやすくなり、その分、雑音特性(雑音指数:NF)が向上するものの、増幅後の信号光も増幅用光ファイバ2中において吸収されやすくなり、そのためにパワー変換効率が若干低下する。
【0042】
一方、後方励起光用光源4では、波長1555nmの後方励起光を生成する。後方励起光用光源4で生成された後方励起光は、第2の合波器7を経て、信号伝播方向の逆方向に沿って増幅用光ファイバ2に供給される。そして、このようにして供給された後方励起光を用いた誘導放出により、増幅用光ファイバ2はLバンド(1565〜1625nm)の信号光を増幅する。
【0043】
このとき、信号光の増幅は、主として増幅用光ファイバ2における信号伝播方向の後端側部位において実施される。そのため、増幅後の信号光が増幅用光ファイバ2中において吸収されにくくなり、その分、パワー変換効率が向上する。しかしながら、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーも増幅用光ファイバ2中において消費されにくくなり、その分、雑音特性(NF)が劣化する。
【0044】
これに対して光増幅装置1では、前方励起光として1480nm波長帯の光を導入することによる雑音の低減効果と、1555nmの後方励起光を導入することによるパワー変換効率の向上効果を発揮する。これにより、光増幅装置1では、雑音特性(NF)を維持したうえでパワー変換効率が向上する。
【0045】
なお、雑音特性(NF)を維持したうえでパワー変換効率が向上する理由の詳細については、課題を解決するための手段において述べた通りである。
【0046】
しかしながら、光増幅装置1においては、雑音特性(NF)をさらに低く維持するためには、次のような条件が必要となる。すなわち、増幅用光ファイバ2の入力端に後方励起光(1555nm)が到達したとしても、高い反転分布が得られる程度の光量(光強度)を有する前方励起光(1480nm)を増幅用光ファイバ2の信号光入力端に供給することである。
【0047】
上記条件は、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を最適化することで満足させることができる。以下、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)の最適化について、図2の特性図を参照して説明する。図2において、横軸は前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を示し、横軸は、雑音指数(NF)とパワー変換効率とを示している。各特性は、Lバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)であって、−3dBm,−7dBm,−10dBmの光信号をそれぞれ増幅した場合のデータである。
【0048】
まず、比(Pfwd/Pbwd)を変動させた場合における雑音指数(NF)の変動に着目する。一般に、Lバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)の光増幅における雑音指数(NF)としては6dB以下が必要とされる。この点からみて、比(Pfwd/Pbwd)は、1.4以上がよい。さらに、雑音指数(NF)は、最適には5.8dB以下が必要とされる。この点からみて、比(Pfwd/Pbwd)は、1.6以上が最適となる。
【0049】
次に、比(Pfwd/Pbwd)を変動させた場合におけるパワー変換効率の変動に着目する。パワー変換効率が徐々に上昇に向かう変換点は、比(Pfwd/Pbwd)=20である。さらに、パワー変換効率が急激に上昇に向かう変換点は、比(Pfwd/Pbwd)=7.5である。このように、パワー変換効率からみて、雑音指数(NF)は、20以下がよい。さらに比(Pfwd/Pbwd)は、7.5以下が最適となる。
【0050】
以上の測定結果を踏まえて、光増幅装置1では、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を、1.4≦Pfwd/Pbwd≦20に設定することで、パワー変換効率を向上させたうえで雑音特性(NF)を低く維持している。
【0051】
さらには、前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfw /Pbwd)を1.6≦Pfwd/Pbwd≦7.5に設定することで、パワー変換効率と雑音特性(NF)との最適値が得られる。
【0052】
また、光増幅装置1では、1555nmの後方励起光を第2の合波器7を介して信号伝播方向の逆方向に沿って増幅用光ファイバ2に供給している。このようにして増幅用光ファイバ2に1555nmの後方励起光を供給すると、増幅中の増幅用光ファイバ2内において発生する自然放出光は抑制されることになる。つまり増幅用光ファイバ2の内部で発生する自然放出光になりうる励起準位にあるエネルギーは、誘導放出の作用により後方励起光の増幅に使用されてしまうことになる。そのため、増幅用光ファイバ2から信号伝播方向に沿って放出される自然放出光(雑音)の出力レベルは低減されることになる。
【0053】
波長1480nmの前方励起光と1555nmの後方励起光とを増幅用光ファイバ2に供給する場合には、自然放出光として波長1550nm波長帯(詳細にいえば、1520n〜1560nmの波長帯域)の光が発生する。もちろん、この自然放出光は信号光の増幅にとって必要な光である。しかしながら、増幅後に残存する自然放出光は、1580nm以下の信号帯域にとっては雑音となる。
【0054】
光増幅装置1において後方励起光として供給する1555nmの光は、このような波長1550nm波長帯の自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを消費して雑音を吸収することが可能な特性を有している。そのため、その分でも光増幅装置1は、雑音特性(NF)が向上する。
【0055】
また、光増幅装置1は双方向励起型の増幅器を構成している。このような光増幅装置1において、本実施形態では、増幅用光ファイバ2に、その信号出力端側から1555nmの後方励起光を供給している。
【0056】
前方励起により信号光の増幅を実施する場合には、自然放出光は信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ2の出力端から外部に雑音成分として放出されにくい。しかしながら、この場合、高いパワー変換効率は得られれない。
【0057】
一方、後方励起により信号光の増幅を実施する場合には、高いパワー変換効率が得られる。しかしながら、この場合、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは、増幅用光ファイバ2の内部において完全に消費されにくい。そのため、そのような励起準位のエネルギーは自然放出光となって、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ2の出力端から外部に雑音成分として放出されやすい。
【0058】
このように、双方向励起型である光増幅装置1では、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ2の出力端から外部に雑音成分として放出される自然放出光は、主として後方励起を行う際に生じ、その発生場所は増幅用光ファイバ2の後端側となる。
【0059】
そこで光増幅装置1においては、増幅用光ファイバ2に対して、その信号出力端側から1555nm波長帯の光を後方励起光として供給している。これにより、増幅用光ファイバ2の後端側で生じる雑音光(自然放出光)となりうる励起準位のエネルギーを後方励起光によって効率よく消費することが可能となり、その分でも、雑音抑制効果は高まる。
【0060】
このように、光増幅装置1において増幅用光ファイバ2に供給する1555nm波長帯の後方励起光は言わば雑音抑制光としても機能する。そのため、光増幅装置1では、さらに雑音特性(NF)が向上する。
【0061】
このようにして増幅用光ファイバ2に供給される1555nmの後方励起光はLバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)信号光にとって雑音とはならない。それは次の理由によっている。
【0062】
光増幅装置1においては、増幅用光ファイバ2に対してその信号伝播方向の逆方向に沿って波長1555nmの後方励起光を供給している。そのため、波長1555nmの後方励起光は、増幅用光ファイバ2を通過する間に、信号光の増幅に寄与するとともに自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを消費したのち、増幅用光ファイバの信号入力端から信号光とは逆方向に沿って放出されることになる。したがって、増幅用光ファイバ2内において後方励起光の反射が生じない限り、波長1555nmの後方励起光は増幅用光ファイバ2の出力端から信号光に沿って雑音光として放出されることはない。
【0063】
実施の形態2
図3は、本発明の実施の形態2の光増幅装置の構成図である。この光増幅装置10の基本構成は、実施の形態1と同様である。そのため、図3において図1と同一ないし同様の部分には同一の符号を付しており、それらに付いての説明は省略する。
【0064】
この光増幅装置10が有する増幅用光ファイバ2’は、前端ファイバ部2Aと後端ファイバ部2Bとを直列に接続してなる多段構成としていることに特徴を有している。さらに、この光増幅装置10は、後方励起光阻止器であるアイソレータ11を備えている。
【0065】
アイソレータ11は、前端ファイバ部2Aと後端ファイバ部2Bとを接続する接続光路12上に設けられている。アイソレータ11は、信号光の伝播方向に沿っては光の通過を許容するものの、伝播方向とは逆の方向に沿っては光の通過を遮断する機能を有している。
【0066】
この光増幅装置10は次のように動作する。すなわち、光増幅装置10では、後端ファイバ部2Bにおいて、1555nmの後方励起光を用いてパワー変換効率の高い信号光増幅が実施される。一方、前端ファイバ部2Aにおいて、1480nmの前方励起光を用いてノイズ特性(NF)の良好な信号光増幅が実施される。
【0067】
このような増幅役割分担を実施する光増幅装置10においては、後端ファイバ部2Bに供給された波長1555nmの後方励起光の全てが信号光の増幅に用いられることはなく、残余の後方励起光は、信号伝播方向とは逆の方向に沿って後端ファイバ部2Bの入力端から前端ファイバ部2Aに向けて放出される。
【0068】
このようにして前端ファイバ部2Aに向けて放出される後方励起光を放置しておくと、前端ファイバ部2Aの入力端に到達する可能性が高い。信号光(Lバンド波長帯域(1565nm〜1625nm))と略同等の波長域1555nmの励起光が信号入力端に存在すると、信号入力端のファイバ領域が十分な反転分布状態になる前に励起光である1555nm波長光にエルビウムの上準位エネルギーが誘導放出されてしまう。これにより、信号入力端が高反転分布状態とならなくなって、雑音特性(NF)が劣化する可能性がある。
【0069】
そこで、光増幅装置10では、前端ファイバ部2Aと後端ファイバ部2Bとの間にアイソレータ11を設けることで、1555nm波長の後方励起光が前端ファイバ部2Aに入り込むことを阻止している。これにより光増幅装置10では、前端ファイバ部2Aに1555nm波長の後方励起光が入り込むことが無くなって雑音特性(NF)が向上する。
【0070】
なお、光増幅装置10において、さらに雑音特性(NF)を向上させるためには、前端ファイバ部2Aの濃度条長積を4kppm・m以上に設定するのが好ましい。さらには、光増幅装置10では、前端ファイバ部2Aに供給する1480nm波長の前方励起光の光強度Pfwdと後端ファイバ部2Bに供給する1555nm波長の後方励起光光強度Pfwdとの比(Pfwd/Pbwd)は、Pfwd/Pbwd≦7.5に設定するのが、パワー変換効率を高く維持するうえで好ましい。これは、実施の形態1において図2を参照して説明したPfwd/Pbwd≦7.5がパワー変換効率を高く維持するうえで好ましい理由と同等の理由によっている。
【0071】
なお、光増幅装置10では、後方励起後阻止器としてアイソレータ11を用いたが、この他、サーキュレータから後方励起光阻止器を構成することができる。また、1555nm波長光に対して選択的に損失を与える長周期ファイバグレーティングから後方励起光阻止器を構成することができる。また、前方励起光と信号光(Lバンド)とを透過させるものの、1555nm波長域光は分波させる波長分波器から後方励起光阻止器を構成することができる。
【0072】
上述した実施の形態1,2では、前方励起光用光源3は、1480nm波長帯の前方励起光を生成して増幅用光ファイバ2に供給している。しかしながら、実施の形態1,2の構成においては、1480nm以外に980nm波長帯の励起光を用いても、増幅用光ファイバ2に反転分布状態を形成することができる。しかも、980nm波長帯の励起光では、高い反転分布状態を形成することができる。そのため、前方励起光用光源3は、1480nm波長帯の前方励起光に替えて、980nm波長帯の前方励起光を増幅用光ファイバ2に供給してもよい。ただし、980nm波長帯の前方励起光を用いる場合、実施の形態1において実施している前方励起光の光強度Pfwdと後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)の最適化条件(1.4≦Pfwd/Pbwd≦20もしくは1.6≦Pfwd/Pbwd≦7.5)は適用できない。これらの条件は1480nm波長帯の前方励起光を増幅用光ファイバ2に供給する場合における条件である。
【0073】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雑音特性(NF)を良好に維持したうで、高いパワー変換効率(故にファイバ長の短尺化が可能)を獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図2】実施の形態1の光増幅装置の特性を示す線図である。
【図3】本発明の実施の形態2の光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図4】前方励起の特性と後方励起の特性とを示す線図である。
【図5】前方励起と後方励起とを組み合わせた場合の特性を示す線図である。
【符号の説明】
A 信号源   1 光増幅装置  2 増幅用光ファイバ
2A 前端ファイバ部 2B 後端ファイバ部 3 前方励起光用光源
4 後方励起用光源   6 第1の合波器      7 第2の合波器
9A,9B アイソレータ 10 光増幅装置       11 アイソレータ
12 接続光路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifying device that amplifies signal light using an optical fiber for amplification.
[0002]
[Prior art]
Generally, in order to amplify an optical signal in the L band (1565 to 1625 nm) with high efficiency, it is necessary to maintain a relatively low population inversion state long along the longitudinal direction of the amplification optical fiber (erbium-doped optical fiber). Becomes effective.
[0003]
On the other hand, when excitation light of 1520 nm to 1560 nm is supplied to the amplification optical fiber, a high population inversion state cannot be obtained, but a relatively low population inversion state is maintained long along the longitudinal direction of the amplification optical fiber. It becomes possible.
[0004]
This is because an emission band is generated in a wavelength band very close to the signal light (L band (1565 to 1625 nm)), so that the upper level energy of erbium ions is induced and emitted before a sufficient population inversion state is achieved. It is caused by that.
[0005]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical amplifying device that amplifies an optical signal in the L band (1565 to 1625 nm), pump light having a wavelength of 1520 nm to 1560 nm is used to enhance power conversion efficiency by utilizing the above-described characteristics. (See Patent Document 1)
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-294510
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in the conventional optical amplifying apparatus having the increased power conversion efficiency, there is a problem that the noise characteristic (NF) is degraded and a long fiber length is required as the amplifying optical fiber. This will be described below.
[0008]
In an optical amplifying device, the smaller the signal input power, the higher the population inversion state is required to lower the noise characteristic (NF). On the other hand, the conventional configuration using the excitation light of 1520 nm to 1560 nm has a feature that a high population inversion state cannot be obtained as described above. Therefore, especially when the signal input power is small, the noise characteristic is low. (NF) is greatly deteriorated.
[0009]
Further, in the conventional configuration using the excitation light of 1520 nm to 1560 nm, the excitation light having a very large power and the signal light coexist in the emission band. The gain obtained in the optical amplifier having such a configuration is not the gain for the signal light power but the gain for (pumping light power + signal light power). In an optical amplifying device, the gain decreases as the power of the light to be amplified increases. Therefore, in comparison with the case where pumping light having a wavelength other than 1520 nm to 1560 nm is used, the conventional configuration using pumping light having a wavelength of 1520 nm to 1560 nm has an amplification required to satisfy a gain required for signal light. The fiber length of the optical fiber must be long.
[0010]
As described above, in the conventional configuration using the pump light of 1520 nm to 1560 nm, the fiber length is inevitably long, so that it is necessary to further increase the power conversion efficiency as compared with the configuration using the pump light in other wavelength regions. Is increasing.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an amplification optical fiber comprising an optical fiber doped with an erbium element and amplifying an L-band wavelength band (1565 nm to 1625 nm) signal light using pump light; A forward pumping light supplier for supplying the pumping light to the amplification optical fiber from the front side in the propagation direction of the signal light, and a backward pumping light supply for supplying the pumping light to the amplification optical fiber from the rear side in the propagation direction of the signal light. And a container. The forward pump light supplier supplies forward pump light in the 1480 nm wavelength band to the amplification optical fiber. The backward pumping light supplier supplies backward pumping light in a wavelength band of 1555 nm to the amplification optical fiber.
[0012]
Hereinafter, the operation of the present invention will be described. There is a close relationship between the power conversion efficiency of signal light and the population inversion state in the amplification optical fiber. When amplifying the L-band wavelength band (1565 nm to 1625 nm) signal light, as described above, it is necessary to have a relatively low population inversion state as long as possible along the longitudinal direction of the amplification optical fiber. This is convenient for obtaining efficiency. Also, there is a close relationship between the noise characteristic (NF) and the population inversion state in the amplification optical fiber, and setting the signal input end of the amplification optical fiber to the high population inversion state can reduce the noise characteristic (NF). This is convenient for lowering.
[0013]
That is, when amplifying the L-band wavelength band (1565 nm to 1625 nm) signal light,
Maintaining a relatively low population inversion state as long as possible along the longitudinal direction of the amplification optical fiber;
-Only the signal input end of the amplification optical fiber is in a high inversion distribution state,
If these two conditions are satisfied, it is possible to achieve both high power conversion efficiency and low noise characteristics.
[0014]
FIG. 4 shows how the excitation light power attenuates along the longitudinal direction of the fiber when the excitation light of 1480 nm and the excitation light of 1555 nm are introduced into an erbium-doped optical fiber (hereinafter, referred to as EDF). FIG. In FIG. 4, the horizontal axis is the EDF length, and the vertical axis is the pump light power. In FIG. 4, the EDF length is normalized such that the fiber end on the pump light input side is 0 and the fiber end on the opposite side is 1. Similarly, the pumping light power is normalized by setting the pumping light input time to 1.
[0015]
As shown in FIG. 4, the excitation light of 1480 nm has a high attenuation rate, and attenuates substantially in a geometric series. On the other hand, the attenuation rate of the 1555 nm excitation light is low, is attenuated in an approximately arithmetic series, and the slope of the attenuation is relatively small.
[0016]
In view of such characteristics of the pumping light (1480 nm wavelength light, 1555 nm wavelength light), supplying a 1555 nm backward pumping light to the amplification optical fiber changes a relatively low population inversion state in the longitudinal direction of the amplification optical fiber. Along as long as possible. Further, by supplying the forward pumping light of 1480 nm to the amplification optical fiber, only the signal input end of the amplification optical fiber can be in a high inversion distribution state.
[0017]
FIG. 5 shows an attenuation state of each pumping light when the 1480 nm wavelength light is supplied as the forward pumping light and the 1555 nm wavelength light is supplied as the backward pumping light to the amplification optical fiber. In FIG. 5, the EDF length is normalized with the fiber end on the front pumping light input side as 0 and the fiber end on the rear pumping light input side as 1. Similarly, the pumping light power is normalized by setting the pumping light input time to 1.
[0018]
In the present invention, based on the above points, the forward pumping light supplier supplies forward pumping light in the 1480 nm wavelength band to the amplifying optical fiber, and the backward pumping light supplier supplies backward pumping light in the 1555 nm wavelength band to the amplifying light. As a result, the present invention achieves both high power conversion efficiency (thus shortening the fiber length) and low noise characteristics.
[0019]
When the signal light is amplified by the amplification optical fiber, part of the spontaneous emission light (Amplified \ Spotaneous \ Emission) generated inside the amplification optical fiber is not reabsorbed in the amplification optical fiber. The light is emitted along the signal propagation direction of the fiber together with the amplified signal light. Therefore, the spontaneous emission light emitted along the signal propagation direction becomes a noise component for the signal light and raises its background level.
[0020]
On the other hand, in the present invention, 1555 nm pump light is supplied to the amplification optical fiber along the direction opposite to the signal propagation direction. When the backward pumping light of 1555 nm is supplied to the amplification optical fiber in this manner, the energy at the excitation level in the amplification optical fiber is stimulated and emitted, and as a result, the excitation level of the excitation level that can become spontaneous emission light inside the optical fiber is obtained. Energy is consumed for the amplification of the 1555 nm backward pump light. As a result, noise is absorbed. That is, the spontaneous emission light remaining inside the optical fiber is absorbed by the backward pumping light of 1555 nm by the stimulated emission. Therefore, the output level of the spontaneous emission light emitted from the amplification optical fiber along the signal propagation direction is reduced, and the noise characteristic (NF) is further improved accordingly. Thus, in the present invention, the backward pumping light in the 1555 nm wavelength band also functions as noise suppression light.
[0021]
In addition, since the signal light is amplified using the 1555 nm backward pumping light in which the energy that can be spontaneous emission light is absorbed by stimulated emission, the power conversion efficiency is further improved. As described above, the power conversion efficiency is improved, so that the length of the amplification optical fiber can be reduced.
[0022]
In addition, in the amplification optical fiber targeted by the present invention, a population inversion state can be formed in the amplification optical fiber even if excitation light having a wavelength band of 980 nm other than 1480 nm is used. Moreover, a high population inversion state can be formed with the excitation light in the 980 nm wavelength band. Therefore, the forward pumping light supplier may supply forward pumping light in the 980 nm wavelength band to the amplification optical fiber instead of forward pumping light in the 1480 nm wavelength band.
[0023]
Here, also in the configuration of the present invention, in order to reduce the noise characteristic (NF) as much as possible, the light intensity P of the forward pumping light is required.fwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdIt is necessary to optimize the ratio. This is based on the following reasons.
[0024]
In order to keep the noise characteristic (NF) at the signal input end of the amplification optical fiber low, it is necessary to maintain the signal input end in a high inversion distribution as described above. On the other hand, as shown in the characteristic diagrams of FIGS. 4 and 5, the backward pumping light of 1555 nm easily passes through the amplification optical fiber. Therefore, there is a high possibility that the backward pump light reaches the input end of the amplification optical fiber. At the signal input end, if light is present in the erbium (Er) emission wavelength band (1510 nm to 1630 nm), the erbium (Er) light will be converted to the 1555 nm wavelength light, which is the pump light, before the fiber region at the signal input end is in a sufficiently inverted population state. The upper level energy is stimulated emitted. As a result, the signal input terminal does not enter the high inversion distribution state, and the noise characteristic (NF) may be degraded.
[0025]
In the configuration of the present invention having such characteristics, the following conditions are required to keep the noise characteristics (NF) low. That is, even if the backward pumping light (1555 nm) reaches the input end of the amplifying optical fiber, the forward pumping light (1480 nm) having a light amount (light intensity) of such a degree that a high population inversion can be obtained is output from the signal of the amplifying optical fiber. That is to supply to the light input end.
[0026]
The above condition is based on the light intensity P of the forward excitation light.fwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) Can be satisfied by optimizing. Based on this, in the present invention, the light intensity P of the forward excitation light isfwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) With 1.4 ≦ Pfwd/ PbwdBy setting ≦ 20, the noise characteristic (NF) is kept low.
[0027]
Further, as a condition for maintaining the noise characteristic at the lowest, the light intensity P of the forward pump light isfwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) With 1.6 ≦ Pfwd/ Pb wd≤ 7.5.
[0028]
Further, based on the above-described noise generation mechanism, if the backward pumping light (1555 nm) can be prevented from reaching the signal input terminal of the amplification optical fiber, the noise characteristic (NF) can be maintained low.
[0029]
Therefore, in the present invention, the amplification optical fiber is divided into a front end fiber portion to which the forward pumping light is supplied and a rear end fiber portion to which the backward pumping light is supplied, and between these fiber portions, A rear pump light blocker is provided for guiding the signal light amplified by the front fiber section to the rear fiber section and for preventing the rear pump light from entering the front fiber. Thereby, the noise characteristic (NF) can be kept low. Note that specific examples of the backward pumping light blocker include an isolator and a circulator.
[0030]
It is also conceivable to supply 1555 nm wavelength band light as forward pumping light and 1480 nm wavelength band light as backward pumping light. However, this configuration has the following disadvantages.
[0031]
When this configuration is adopted, there is a high possibility that only the forward pumping light in the 1555 nm wavelength band exists at the signal input end. With the forward pumping light in the 1555 nm wavelength band, it is impossible to bring the signal input end of the amplification optical fiber into a high inversion distribution state. Therefore, it becomes impossible to improve the noise characteristics (NF).
[0032]
Further, as described above, the forward pumping light in the 1555 nm wavelength band has a high possibility of being emitted together with the signal light from the signal output end of the amplification optical fiber due to the low attenuation factor. The forward pumping light in the 1555 nm wavelength band output from the signal output end in this way becomes a noise component for the L-band wavelength band (1565 nm to 1625 nm) signal light.
[0033]
As described above, a configuration in which the 1555 nm wavelength band light is supplied as the forward pumping light and the 1480 nm wavelength band light is supplied as the backward pumping light cannot be adopted because the noise characteristics deteriorate.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1
FIG. 1 is a configuration diagram of the optical amplification device according to the first embodiment of the present invention. The optical amplifying device 1 is a bidirectional pumping type optical amplifying device, and includes an amplifying optical fiber 2, a forward pumping light source 3, a backward pumping light source 4, and a first multiplexer 6. , A second multiplexer 7 and isolators 9A and 9B.
[0035]
The amplification optical fiber 2 amplifies the L-band (1565 to 1625 nm) signal light input from the signal source A. In the present embodiment, the amplification optical fiber 2 is composed of EDF (optical fiber doped with erbium). In this embodiment, the optical fiber 2 for amplification uses a co-doped phosphorous (P).
[0036]
The forward excitation light source 3 is configured by a light source device such as a laser diode. The forward pumping light source 3 generates pumping light in the 1480 nm wavelength band (hereinafter, this pumping light is referred to as forward pumping light) supplied from the signal light input end to the amplification optical fiber 2. The light source 4 for backward pumping light is composed of a light source device such as a laser diode. The backward pumping light source 4 generates pumping light in the 1555 nm wavelength band (hereinafter, this pumping light is referred to as backward pumping light) supplied from the signal light output end to the amplifying optical fiber 2.
[0037]
The first multiplexer 6 is composed of, for example, a WDM multiplexer, and transmits the forward pumping light generated by the forward pumping light source 3 to a signal propagation path ( (Composed of a communication optical fiber and an amplification optical fiber 2) along the signal propagation direction. Thereby, the first multiplexer 6 supplies the forward pumping light to the amplifying optical fiber 2 from the signal input end thereof along the signal propagation direction.
[0038]
The second multiplexer 7 is composed of, for example, a WDM multiplexer, and applies the backward pump light generated by the backward pump light source 4 to a signal propagation path arranged on the output end side of the amplification optical fiber 2. On the other hand, they are multiplexed along the opposite direction of the signal propagation direction. Thus, the second multiplexer 7 supplies the backward pumping light to the amplifying optical fiber 2 from the signal output end thereof in the direction opposite to the signal propagation direction.
[0039]
In the present embodiment, the forward pumping light source 3 and the first multiplexer 6 constitute a forward pumping light supplier, and the backward pumping light source 4 and the second multiplexer 7 supply backward pumping light. Vessel is configured.
[0040]
Hereinafter, the operation of amplifying the signal light by the optical amplifying device 1 will be described. The forward excitation light source 3 generates forward excitation light having a wavelength of 1480 nm. The forward pumping light generated by the forward pumping light source 3 is supplied to the amplification optical fiber 2 through the first multiplexer 6 along the signal propagation direction. The amplifying optical fiber 2 amplifies the signal light of the L band (1565 to 1625 nm) by the stimulated emission using the forward pumping light supplied in this manner.
[0041]
At this time, the amplification of the signal light is mainly performed at the front end side portion of the amplification optical fiber 2 in the signal propagation direction. Therefore, the energy of the pumping level, which can become spontaneous emission light, is easily consumed in the amplification optical fiber 2 and the noise characteristic (noise figure: NF) is improved accordingly, but the amplified signal light is also amplified light. It is easily absorbed in the fiber 2, which slightly lowers the power conversion efficiency.
[0042]
On the other hand, the backward pumping light source 4 generates backward pumping light having a wavelength of 1555 nm. The backward pumping light generated by the backward pumping light source 4 is supplied to the amplification optical fiber 2 through the second multiplexer 7 along the direction opposite to the signal propagation direction. The amplifying optical fiber 2 amplifies the signal light of the L band (1565 to 1625 nm) by the stimulated emission using the backward pumping light supplied in this manner.
[0043]
At this time, the amplification of the signal light is mainly performed at the rear end portion of the amplification optical fiber 2 in the signal propagation direction. Therefore, the amplified signal light is less likely to be absorbed in the amplification optical fiber 2, and the power conversion efficiency is improved accordingly. However, the energy of the excitation level, which can be spontaneous emission light, is less likely to be consumed in the amplification optical fiber 2, and the noise characteristic (NF) is degraded accordingly.
[0044]
On the other hand, the optical amplifying device 1 exhibits an effect of reducing noise by introducing light in a wavelength band of 1480 nm as forward pumping light, and an effect of improving power conversion efficiency by introducing backward pumping light of 1555 nm. Thereby, in the optical amplifying device 1, the power conversion efficiency is improved while maintaining the noise characteristics (NF).
[0045]
The reason why the power conversion efficiency is improved while maintaining the noise characteristics (NF) is as described in the section for solving the problem.
[0046]
However, in the optical amplifying device 1, the following conditions are required to keep the noise characteristic (NF) even lower. That is, even if the backward pumping light (1555 nm) arrives at the input end of the amplifying optical fiber 2, the forward pumping light (1480 nm) having such a light quantity (light intensity) that a high population inversion can be obtained. Is supplied to the signal light input terminal.
[0047]
The above condition is based on the light intensity P of the forward excitation light.fwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) Can be satisfied by optimizing. Hereinafter, the light intensity P of the forward excitation lightfwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) Will be described with reference to the characteristic diagram of FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the light intensity P of the forward excitation light.fwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd), And the horizontal axis indicates noise figure (NF) and power conversion efficiency. Each characteristic is an L-band wavelength band (1565 nm to 1625 nm), and is data in the case of amplifying optical signals of −3 dBm, −7 dBm, and −10 dBm, respectively.
[0048]
First, the ratio (Pfwd/ Pbwd) Is focused on the fluctuation of the noise figure (NF). Generally, a noise figure (NF) of 6 dB or less is required for optical amplification in the L-band wavelength band (1565 nm to 1625 nm). In this regard, the ratio (Pfwd/ Pbwd) Is preferably 1.4 or more. Further, the noise figure (NF) is optimally required to be 5.8 dB or less. In this regard, the ratio (Pfwd/ Pbwd) Is optimally 1.6 or more.
[0049]
Next, the ratio (Pfwd/ PbwdAttention is paid to the fluctuation of the power conversion efficiency in the case of changing the above. The conversion point at which the power conversion efficiency gradually increases is the ratio (Pfwd/ Pbwd) = 20. Further, the conversion point at which the power conversion efficiency sharply increases is the ratio (Pfwd/ Pbwd) = 7.5. Thus, from the viewpoint of the power conversion efficiency, the noise figure (NF) is preferably 20 or less. Furthermore, the ratio (Pfwd/ Pbwd) Is optimally 7.5 or less.
[0050]
Based on the above measurement results, in the optical amplifier 1, the light intensity P of the forward pump light isfwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) With 1.4 ≦ Pfwd/ PbwdBy setting ≦ 20, the noise characteristic (NF) is kept low while improving the power conversion efficiency.
[0051]
Further, the light intensity P of the forward excitation lightfwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfw d/ Pbwd) Is 1.6 ≦ Pfwd/ PbwdBy setting ≦ 7.5, an optimum value of the power conversion efficiency and the noise characteristic (NF) can be obtained.
[0052]
Further, in the optical amplifying device 1, the backward pumping light of 1555 nm is supplied to the amplification optical fiber 2 via the second multiplexer 7 along the direction opposite to the signal propagation direction. When the backward pumping light of 1555 nm is supplied to the amplification optical fiber 2 in this manner, spontaneous emission light generated in the amplification optical fiber 2 during amplification is suppressed. That is, the energy at the excitation level that can be spontaneous emission light generated inside the amplification optical fiber 2 is used for amplifying the backward excitation light by the action of stimulated emission. Therefore, the output level of spontaneous emission light (noise) emitted from the amplification optical fiber 2 along the signal propagation direction is reduced.
[0053]
When the forward pumping light having a wavelength of 1480 nm and the backward pumping light having a wavelength of 1555 nm are supplied to the amplification optical fiber 2, light having a wavelength band of 1550 nm (specifically, a wavelength band of 1520 n to 1560 nm) is used as spontaneous emission light. appear. Of course, the spontaneous emission light is necessary for amplification of the signal light. However, the spontaneous emission light remaining after amplification becomes noise for a signal band of 1580 nm or less.
[0054]
The light of 1555 nm supplied as the backward pumping light in the optical amplifying device 1 has such a characteristic that it can consume the energy of the pumping level which can be the spontaneous emission light in the wavelength band of 1550 nm and absorb noise. ing. Therefore, the noise characteristic (NF) of the optical amplifying device 1 is improved accordingly.
[0055]
Further, the optical amplifying device 1 constitutes a bidirectional pump type amplifier. In such an optical amplifying device 1, in the present embodiment, backward pumping light of 1555 nm is supplied to the amplifying optical fiber 2 from the signal output end side.
[0056]
When the signal light is amplified by forward pumping, spontaneous emission light is unlikely to be emitted to the outside from the output end of the amplification optical fiber 2 as a noise component along the signal propagation direction. However, in this case, high power conversion efficiency cannot be obtained.
[0057]
On the other hand, when signal light is amplified by backward pumping, high power conversion efficiency is obtained. However, in this case, the energy of the excitation level, which can be spontaneous emission light, is unlikely to be completely consumed inside the amplification optical fiber 2. Therefore, the energy of such an excitation level becomes spontaneous emission light, and is easily emitted outside from the output end of the amplification optical fiber 2 as a noise component along the signal propagation direction.
[0058]
As described above, in the optical amplifier 1 of the bidirectional pump type, the spontaneous emission light emitted as a noise component to the outside from the output end of the amplification optical fiber 2 along the signal propagation direction is mainly used when performing backward pumping. At the rear end side of the amplification optical fiber 2.
[0059]
Therefore, in the optical amplifying device 1, light in the 1555 nm wavelength band is supplied to the amplifying optical fiber 2 from the signal output end side as backward pumping light. As a result, the energy of the pumping level, which can be noise light (spontaneous emission light) generated on the rear end side of the amplification optical fiber 2, can be efficiently consumed by the backward pumping light. Increase.
[0060]
As described above, the backward pumping light in the 1555 nm wavelength band supplied to the amplification optical fiber 2 in the optical amplifying device 1 also functions as noise suppression light. Therefore, in the optical amplifying device 1, the noise characteristic (NF) is further improved.
[0061]
In this way, the 1555 nm backward pumping light supplied to the amplification optical fiber 2 does not become noise for the L band wavelength band (1565 nm to 1625 nm) signal light. It is for the following reasons.
[0062]
In the optical amplifying device 1, backward pumping light having a wavelength of 1555 nm is supplied to the amplifying optical fiber 2 along the direction opposite to the signal propagation direction. Therefore, the backward pumping light having a wavelength of 1555 nm contributes to the amplification of the signal light and consumes the energy of the pumping level which can become spontaneous emission light while passing through the amplification optical fiber 2, and then the signal of the amplification optical fiber is consumed. It will be emitted from the input end along the opposite direction to the signal light. Therefore, unless the backward pumping light is reflected in the amplification optical fiber 2, the backward pumping light having the wavelength of 1555 nm is not emitted as noise light from the output end of the amplification optical fiber 2 along with the signal light.
[0063]
Embodiment 2
FIG. 3 is a configuration diagram of the optical amplification device according to the second embodiment of the present invention. The basic configuration of the optical amplifier 10 is the same as that of the first embodiment. Therefore, in FIG. 3, the same or similar parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0064]
The amplifying optical fiber 2 'of the optical amplifying device 10 is characterized in that it has a multistage configuration in which a front end fiber section 2A and a rear end fiber section 2B are connected in series. Further, the optical amplifying device 10 includes an isolator 11 which is a backward pumping light blocker.
[0065]
The isolator 11 is provided on a connection optical path 12 that connects the front end fiber section 2A and the rear end fiber section 2B. The isolator 11 has a function of allowing light to pass along the propagation direction of the signal light, but blocking the passage of light along the direction opposite to the propagation direction.
[0066]
This optical amplifier 10 operates as follows. That is, in the optical amplifying device 10, signal light amplification with high power conversion efficiency is performed using the 1555 nm backward pump light in the rear end fiber section 2B. On the other hand, in the front end fiber section 2A, signal light amplification with good noise characteristics (NF) is performed using the forward pumping light of 1480 nm.
[0067]
In the optical amplifying device 10 that performs such an amplifying role sharing, all of the backward pumping light having a wavelength of 1555 nm supplied to the rear end fiber section 2B is not used for amplifying the signal light, and the remaining backward pumping light is not used. Is emitted from the input end of the rear end fiber section 2B toward the front end fiber section 2A along the direction opposite to the signal propagation direction.
[0068]
If the backward pumping light emitted toward the front end fiber section 2A is left in this way, there is a high possibility that the backward pump light will reach the input end of the front end fiber section 2A. When pumping light having a wavelength range of 1555 nm substantially equivalent to the signal light (L band wavelength band (1565 nm to 1625 nm)) is present at the signal input end, the pumping light is used before the fiber region at the signal input end becomes in a sufficiently inverted distribution state. The upper level energy of erbium is stimulatedly emitted into a certain 1555 nm wavelength light. As a result, the signal input terminal does not enter the high inversion distribution state, and the noise characteristic (NF) may be degraded.
[0069]
Therefore, in the optical amplifying device 10, by providing the isolator 11 between the front end fiber section 2A and the rear end fiber section 2B, the backward pumping light of 1555 nm wavelength is prevented from entering the front end fiber section 2A. As a result, in the optical amplifying device 10, the backward pumping light having the wavelength of 1555 nm does not enter the front end fiber portion 2A, and the noise characteristic (NF) is improved.
[0070]
In the optical amplifying device 10, in order to further improve the noise characteristic (NF), it is preferable to set the concentration length product of the front end fiber portion 2A to 4 kppm · m or more. Further, in the optical amplifying device 10, the light intensity P of the forward pumping light having a wavelength of 1480 nm to be supplied to the front end fiber portion 2A.fwdAnd the backward pump light intensity P of 1555 nm wavelength supplied to the rear end fiber portion 2B.fwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) Is Pfwd/ PbwdIt is preferable to set ≦ 7.5 in order to maintain high power conversion efficiency. This is the same as P described in Embodiment 1 with reference to FIG.fwd/ Pbwd≦ 7.5 is for the same reason as the preferable reason for maintaining high power conversion efficiency.
[0071]
In the optical amplifying device 10, the isolator 11 is used as the post-excitation blocker. Alternatively, the circulator may be used to configure the rear-excitation light blocker. Further, the backward pumping light blocker can be constituted by a long-period fiber grating that selectively gives a loss to light having a wavelength of 1555 nm. Further, a rear pumping light blocker can be constituted by a wavelength demultiplexer that transmits the front pumping light and the signal light (L band), but separates the 1555 nm wavelength band light.
[0072]
In Embodiments 1 and 2 described above, the forward pumping light source 3 generates forward pumping light in the 1480 nm wavelength band and supplies it to the amplification optical fiber 2. However, in the configurations of the first and second embodiments, the population inversion state can be formed in the amplifying optical fiber 2 even if pumping light having a wavelength band of 980 nm other than 1480 nm is used. Moreover, a high population inversion state can be formed with the excitation light in the 980 nm wavelength band. Therefore, the forward pumping light source 3 may supply the forward pumping light in the 980 nm wavelength band to the amplification optical fiber 2 instead of the forward pumping light in the 1480 nm wavelength band. However, when the forward pumping light in the 980 nm wavelength band is used, the light intensity P of the forward pumping light implemented in the first embodiment is used.fwdAnd the light intensity P of the backward excitation lightbwdAnd the ratio (Pfwd/ Pbwd) Optimization conditions (1.4 ≦ Pfwd/ Pbwd≦ 20 or 1.6 ≦ Pfwd/ Pbwd≤ 7.5) is not applicable. These conditions are conditions in the case where the forward pumping light in the 1480 nm wavelength band is supplied to the amplification optical fiber 2.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain high power conversion efficiency (thus shortening the fiber length) by maintaining good noise characteristics (NF).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical amplifying device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating characteristics of the optical amplifying device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an optical amplifying device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing characteristics of forward excitation and characteristics of backward excitation.
FIG. 5 is a diagram showing characteristics when forward excitation and backward excitation are combined.
[Explanation of symbols]
A signal source 1 optical amplifier 2 optical fiber for amplification
2A {Front end fiber section} 2B} Rear end fiber section {3} Light source for forward pumping light
4 {light source for backward pumping} 6 {first multiplexer} 7} second multiplexer
9A, 9B Isolator 10 Optical amplifier 11 Isolator
12 connection optical path

Claims (5)

エルビウム元素が添加された光ファイバからなり励起光を用いてLバンド波長帯域(1565nm〜1625nm)の信号光を増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向前方側から前記励起光を供給する前方励起光供給器と、
前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向後方側から前記励起光を供給する後方励起光供給器と、
を備え、
前記前方励起光供給器は、1480nm波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものであり、
前記後方励起光供給器は、1555nm波長帯の後方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。
An amplification optical fiber comprising an optical fiber doped with an erbium element and amplifying signal light in an L-band wavelength band (1565 nm to 1625 nm) using excitation light;
A forward pumping light supplier that supplies the pumping light from the propagation direction front side of the signal light to the amplification optical fiber,
A backward pumping light supplier that supplies the pumping light from the propagation direction rear side of the signal light to the amplification optical fiber,
With
The forward pumping light supplier supplies forward pumping light in a 1480 nm wavelength band to the amplification optical fiber,
The backward pumping light supplier supplies backward pumping light in a wavelength band of 1555 nm to the optical fiber for amplification.
An optical amplifying device characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の光増幅装置において、
前記前方励起光供給器は、1480nm波長帯の前方励起光に替えて、980nm波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。
The optical amplifying device according to claim 1,
The forward pumping light supplier supplies forward pumping light in a 980 nm wavelength band to the amplification optical fiber instead of forward pumping light in a 1480 nm wavelength band.
An optical amplifying device characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の光増幅装置において、
前記前方励起光の光強度Pfwdと前記後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を、1.4≦Pfwd/Pbwd≦20にした、
ことを特徴とする光増幅装置。
The optical amplifying device according to claim 1,
The ratio (P fwd / P bwd ) between the light intensity P fwd of the forward pump light and the light intensity P bwd of the rear pump light was set to 1.4 ≦ P fwd / P bwd ≦ 20,
An optical amplifying device characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の光増幅装置において、
前記前方励起光の光強度Pfwdと前記後方励起光の光強度Pbwdとの比(Pfwd/Pbwd)を、1.6≦Pfwd/Pbwd≦7.5にした、
ことを特徴とする光増幅装置。
The optical amplifying device according to claim 1,
The ratio (P fwd / P bwd ) between the light intensity P fwd of the forward pumping light and the light intensity P bwd of the backward pumping light was set to 1.6 ≦ P fwd / P bwd ≦ 7.5,
An optical amplifying device characterized by the above-mentioned.
請求項1ないし4のいずれかに記載の光増幅装置において、
前記増幅用光ファイバを、前記前方励起光が供給される前端ファイバ部と、前記後方励起光が供給される後端ファイバ部とに分割し、これらファイバ部の間に、前記前端ファイバ部で増幅された信号光を前記後端ファイバ部に導くとともに前記後方励起光が前記前端ファイバに侵入するのを阻止する後方励起光阻止器を設ける、
ことを特徴とする光増幅装置。
The optical amplifying device according to any one of claims 1 to 4,
The amplifying optical fiber is divided into a front end fiber section to which the forward pumping light is supplied and a rear end fiber section to which the backward pumping light is supplied. A backward pumping light blocker that guides the signal light to the rear end fiber portion and prevents the rear pumping light from entering the front end fiber is provided.
An optical amplifying device characterized by the above-mentioned.
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