JP2004047819A

JP2004047819A - 光増幅装置

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Publication number: JP2004047819A
Application number: JP2002204662A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Yamashita; 山下　高雅; ▲吉▼田　実; Minoru Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】広い増幅帯域を維持したうえで、溶融接続損を有効に防止する。
【解決手段】石英系ガラスより屈折率の高いガラスを主成分とする第１の希土類添加光ファイバ２と、石英系ガラスを主成分とし第１の希土類添加光ファイバ２に直列に接続された第２の希土類添加光ファイバ３とを有している。そして、第２の希土類添加光ファイバ３は、第１の希土類添加光ファイバ２の増幅帯域に実質的に影響を及ぼさない特性を有するものとする。具体的には、第２の希土類添加光ファイバは、６ｋｐｐｍ・ｍ未満２ｋｐｐｍ・ｍ以上の濃度条長積を有するものとする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等に用いられる光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、広帯域増幅を実現するために、石英系ガラスより屈折率の高いガラスを主成分とする希土類添加光ファイバ（以下、希土類添加高屈折率光ファイバという）を備えた光増幅装置が開発されている。このような希土類添加高屈折率光ファイバとして、ビスマスガラスをホストガラスとするエルビウム添加光ファイバ（Ｂｉ−ＥＤＦ）やフッ化物ガラスをホストガラスとするエルビウム添加光ファイバ（Ｆ−ＥＤＦ）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの希土類添加高屈折率光ファイバでは、目的とする広帯域増幅は実現されているものの、希土類添加高屈折率光ファイバと送信用光ファイバ（一般に石英系ガラスを主成分としている）との間の屈折率差や軟化点温度差により、両ファイバ間の溶融着接続損が増大するという不具合がある。
【０００４】
溶融着接続損の増大は具体的には次のような不都合となる。すなわち、希土類添加高屈折率光ファイバの入力端と送信用光ファイバとの間に生じる溶融着接続損はノイズ特性（ＮＦ）の劣化となる。さらには、励起パワーにも損失を与えるため、パワー変換効率劣化の原因となり、また充分な反転分布が得られなくなる。希土類添加高屈折率光ファイバの出力端と送信用光ファイバとの間に生じる溶融着接続損は、出力パワー特性の劣化となる。
【０００５】
このような不具合を解消するために、次のような構成を採用することが考えられる。すなわち、希土類添加高屈折率光ファイバの端部に石英系ガラスを主成分とする希土類添加光ファイバ（以下、希土類添加石英系光ファイバという）が接続される。そして、この希土類添加石英系光ファイバが送信用光ファイバに接続される。
【０００６】
このような構成では、増幅用光ファイバ（希土類添加高屈折率光ファイバ＋希土類添加石英系光ファイバ）と送信用光ファイバとの間の接続は、同等の屈折率を有する石英系光ファイバどうしの接続として実現される。そのため、上述した溶融着接続損はほとんど生じなくなる。
【０００７】
しかしながら、このようにして溶融着接続損を抑制した従来の光増幅装置の構成においても、希土類添加高屈折率光ファイバと送信用光ファイバとの間に介装される希土類添加石英系光ファイバの影響を受けて、希土類添加高屈折率光ファイバが本来有する広い増幅帯域が狭くなるという課題があった。
【０００８】
したがって、本発明の主たる目的は、広い増幅帯域を維持したうえで溶融着接続損を有効に防止することができる光増幅装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために本発明は、石英系ガラスより屈折率の高いガラスを主成分とする第１の希土類添加光ファイバと、石英系ガラスを主成分とし前記第１の希土類添加光ファイバに直列に接続された第２の希土類添加光ファイバとを有し、前記第２の希土類添加光ファイバは、前記第１の希土類添加光ファイバの増幅帯域に実質的に影響を及ぼさない特性を有するものであることに特徴を有している。
【００１０】
この構成によれば、第２の希土類添加光ファイバを設けることにより、増幅用光ファイバ（第１の希土類添加光ファイバ＋第２の希土類添加光ファイバ）と送信用光ファイバとの間の接続箇所に、第２の希土類添加光ファイバを介在させることが可能となる。これにより、増幅用光ファイバ（第１の希土類添加光ファイバ＋第２の希土類添加光ファイバ）における溶融着接続損は有効に抑制される。
【００１１】
さらには、第２の希土類添加光ファイバとして、第１の希土類添加光ファイバの増幅帯域に実質的に影響を及ぼさない特性を有するものを用いることにより、希土類添加高屈折率光ファイバが本来有する広い増幅帯域は狭められることなく維持される。
【００１２】
なお、第２の希土類添加光ファイバは、例えばその濃度条長積を可及的に短くすることにより上記特性（第１の希土類添加光ファイバの増幅帯域に実質的に影響を及ぼさない特性）を発揮することができる。具体的には、第２の希土類添加光ファイバは、例えば、濃度条長積６ｋｐｐｍ・ｍ未満の濃度条長積とすることで上記特性を発揮することができる。
【００１３】
なお、本発明の構成は、前記第２の希土類添加光ファイバが前記第１の希土類添加光ファイバの信号伝搬方向の前端側に設けられた構成において実施するのが好ましい。そうすれば、第１の希土類添加光ファイバの信号伝搬方向の前端側に第２の希土類添加光ファイバが設けられることにより生じるノイズ特性（ＮＦ）の劣化が効果的に抑制される。
【００１４】
一方、本発明の構成は、前記第２の希土類添加光ファイバが前記第１の希土類添加光ファイバの信号伝搬方向の後端側に設けられた構成において実施してもよい。そうすれば、第１の希土類添加光ファイバの信号伝搬方向の後端側に第２の希土類添加光ファイバが設けられることにより生じる出力パワー特性の劣化が効果的に抑制される。
【００１５】
なお、例えば、第１の希土類添加光ファイバの信号伝搬方向前方側に、第２の希土類添加光ファイバを配置したうえで、第１、第２の希土類添加光ファイバを直列に二段接続する場合、第１の希土類添加光ファイバのノイズ特性は次のようにして向上する。
【００１６】
利得Ｇ_１，ノイズ特性ＮＦ_１を有する第１の希土類添加光ファイバ（後段側）と、利得Ｇ_２，ノイズ特性ＮＦ_２を有する第２の希土類添加光ファイバ（前段側）とを直列に二段接続する場合、その構成により得られる総合利得Ｇ_{ｔｏｔａｌ}と、総合ノイズ特性ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}とは次の（１），（２）式により求められる。
Ｇ_{ｔｏｔａｌ}＝Ｇ_２×Ｇ_１　　　　　　　　　　　　　　…（１）
ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}＝ＮＦ_２＋（ＮＦ_１／Ｇ_２）　…（２）
（２）式に示すように、第１の希土類添加光ファイバのノイズ特性ＮＦ_１は、ＮＦ_１／Ｇ_２となって総合ノイズ特性ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}に加算される。そのため、総合ノイズ特性ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}を向上させるためには、第２の希土類添加光ファイバの利得Ｇ_２をできるだけ高く設定することが望ましい。
【００１７】
希土類添加光ファイバ（本発明の第１の希土類添加光ファイバを含む）においては、増幅帯域における長波長域のノイズ特性に比べて短波長側のノイズ特性が劣化するという特徴を有している。このことに着目したうえで、上記（２）式を詳細に検討してみると、本発明は、第２の希土類添加光ファイバとして、その増幅帯域における長波長域より短波長域の方が高利得となった特性を有するものであるのが好ましい。そうすれば、第１の希土類添加光ファイバの短波長側のノイズ特性がよくなり、その結果、本発明の光増幅装置の総合ノイズ特性ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}が向上する。
【００１８】
なお、第１の希土類添加光ファイバの増幅帯域の長波長域より短波長域の方が高利得となった特性を有する第２の希土類添加光ファイバは、例えば、濃度条長積を２ｋｐｐｍ・ｍ以上に設定することで実現される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態の光増幅装置１の構成図である。この光増幅装置１は、信号光の伝搬方向の前方側に設けられた送信用光ファイバ１０と、後方側に設けられた送信用光ファイバ１１との間に設けられている。送信用光ファイバ１０、１１は、通常石英系ガラスをホストガラスとして構成されている。
光増幅装置１は第１の希土類添加光ファイバ２と、第２の希土類添加光ファイバ３と、励起光源４Ａ，４Ｂと、合波器５Ａ，５Ｂとを備えている。
【００２０】
第１の希土類添加光ファイバ２と第２の希土類添加光ファイバ３とは、信号光の伝搬方向に沿って直列に接続されている。第２の希土類添加光ファイバ３は、第１の希土類添加光ファイバ２の信号伝搬方向の前端側に溶融着接続されている。信号伝播方向前方側に設けられた送信用光ファイバ１０は第２の希土類添加光ファイバ３に溶融着接続されている。信号伝播方向後方側に設けられた送信用光ファイバ１１は第１の希土類添加光ファイバ２に溶融着接続されている。なお、光ファイバの溶融着接続箇所は、図１中において×印で表記されている。
【００２１】
第１の希土類添加光ファイバ２は、石英系ガラスより屈折率の高いガラスを主成分とする光ファイバから構成されている。ここでは、その一例として、ビスマスガラスをホストガラスとするエルビウム添加光ファイバ（Ｂｉ−ＥＤＦ）から第１の希土類添加光ファイバ２は構成されている。この他、フッ化物ガラスをホストガラスとするエルビウム添加光ファイバ（Ｆ−ＥＤＦ）から第１の希土類添加光ファイバ２は構成されてもよい。
【００２２】
第２の希土類添加光ファイバ３は、石英系ガラスを主成分とするエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）から構成されている。
【００２３】
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、第１，第２の希土類添加光ファイバ２，３に対して、その信号伝搬方向の前方側と後方側とにそれぞれ励起光源４Ａ，４Ｂが設けられている。励起光源４Ａ，４Ｂは、例えば、１．４８μｍ帯の励起光を生成するレーザ光源から構成されている。なお、本発明は双方向励起型の光増幅装置のみならず、前方励起型の光増幅装置であっても、後方励起型の光増幅装置であっても実施できる。
【００２４】
合波器５Ａは、第２の希土類添加光ファイバ３の信号伝搬方向前端側に設けられており、励起光源４Ａから出力される励起光（例えば、１．４８μｍ帯の励起光）を信号伝搬方向に沿って第２の希土類添加光ファイバ３および第１の希土類添加光ファイバ２に導入している。
【００２５】
合波器５Ｂは、第１の希土類添加光ファイバ３の信号伝搬方向後端側に設けられており、励起光源４Ｂから出力される励起光（例えば、１．４８μｍ帯の励起光）を信号伝搬方向の逆方向に沿って第１の希土類添加光ファイバ２および第２の希土類添加光ファイバ３に導入している。
【００２６】
本実施形態では、以上説明した基本構成が備えられることで、増幅用光ファイバ（第１の希土類添加光ファイバ２＋第２の希土類添加光ファイバ３）と送信用光ファイバ１０，１１との間の溶融着接続損は有効に防止される。
【００２７】
本実施形態では、上記基本構成に加えてさらに次の構成が備えられている。すなわち、第２の希土類添加光ファイバ３は、第１の希土類添加光ファイバ２の増幅帯域に実質的に影響を及ぼさない特性を有している。さらに、第２の希土類添加光ファイバ３は、その増幅帯域における長波長域より短波長域の方が高利得となった特性を有している。
【００２８】
以上説明した特性を発揮するために、本実施形態では、具体的には次のような構成を備えている。すなわち、第２の希土類添加光ファイバ３として比較的濃度条長積の大きい（条長の長い）光ファイバを設ける場合、その増幅帯域は、図２（ｂ）に示すように、希土類添加光ファイバ２に比べて狭くなる。
【００２９】
なお、図２においては、符号αが第１の希土類添加光ファイバ２の波長利得特性を示し、βが第２の希土類添加光ファイバ３の波長利得特性を示している。また、α−１が第１の希土類添加光ファイバ２の増幅帯域を示し、β−１が第２の希土類添加光ファイバ３の増幅帯域を示している。
【００３０】
そこで、本実施形態では、第２の希土類添加光ファイバ３の濃度条長積を可及的に小さく（条長を短く）している。これにより、図２（ａ）に示すように、第２の希土類添加光ファイバ３の利得（波長利得特性β参照）は減少し、特に増幅帯域の長波長側帯域において顕著に減少する。したがって、第２の希土類添加光ファイバ３の増幅作用が第１の希土類添加光ファイバ２に及ぼす影響は可及的に小さくなる。そのため、第１の希土類添加光ファイバ２の増幅帯域α−１は本来の広帯域を維持することになる。
【００３１】
なお、図２（ａ）はＬバンド領域における波長利得特性である。本実施形態では、図２（ａ）に示すＬバンド領域を参照して本発明の作用効果を説明が説明されるが、本発明は、Ｃバンド領域等の他の帯域においても、若干特性が変わるものの同様の効果を発揮するものであるのはいうまでもない。
【００３２】
このような波長利得特性を発揮させるために、具体的には、第２の希土類添加光ファイバ３の濃度条長積は６ｋｐｐｍ・ｍ未満に設定されている。第２の希土類添加光ファイバ３の濃度条長積が６ｋｐｐｍ・ｍ以上に設定されると、短波長帯域においては、^４Ｉ_１５／２→^４Ｉ_１３／２の吸収の影響が生じる一方、長波長側においては、^４Ｉ_１３／２→^４Ｉ_９／２の励起準位の吸収の影響が大きくなる。その結果、第２の希土類添加光ファイバ３の増幅帯域β−１が狭くなる。これに対して、本実施形態では、上述したように、第２の希土類添加光ファイバ３の濃度条長積が６ｋｐｐｍ・ｍ未満に設定されている。これにより、上述した吸収が生じなくなって、所望の波長利得特性が得られる。
【００３３】
また、第２の希土類添加光ファイバ３を構成する希土類添加石英ガラス光ファイバにおいては、その濃度条長積が可及的に小さく設定されることにより、その長波長側帯域においてその利得は減少するものの、その短波長側帯域においては、その利得は若干ながら上昇するという特性を有している（図２（ａ）の波長利得特性β参照）。
【００３４】
これにより、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、濃度条長積が６ｋｐｐｍ・ｍ未満に設定されることにより、その増幅帯域における長波長域より短波長域の方が高利得となった特性を発揮することになる。そのため、本実施形態では、ノイズ特性（ＮＦ）の劣化が効果的に抑制される。以下、その理由を説明する。
【００３５】
光増幅装置１では、第２の希土類添加光ファイバ３が第１の希土類添加光ファイバ１の信号伝搬方向の前端側に設けられているために、ノイズ特性（ＮＦ）が
劣化するという特徴がある（
【発明が解決しようとする課題】参照）。
【００３６】
光増幅装置１の総合利得Ｇ_{ｔｏｔａｌ}と総合ノイズ特性ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}とは
【課題を解決するための手段】において前述した（１），（２）式により求められる。そして、光増幅装置１の総合ノイズ特性ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}を向上させるためには、第２の希土類添加光ファイバの利得Ｇ_２をできるだけ高く設定する必要がある。
【００３７】
第１の希土類添加光ファイバ２や第２希土類添加光ファイバ３においては、図３に示すように、増幅帯域における長波長域のノイズ特性に比べて短波長側のノイズ特性が劣化するという特徴を有している。そこで、本実施形態では、第２の希土類添加光ファイバ３として、その増幅帯域における長波長域より短波長域の方が高利得となった特性を有するものを用いている。これにより、第１の希土類添加光ファイバ２の短波長側のノイズ特性がよくなり、その結果、光増幅装置１の総合ノイズ特性ＮＦ_{ｔｏｔａｌ}は向上する。
【００３８】
増幅帯域の長波長域より短波長域の方が高利得となった特性を有する第２の希土類添加光ファイバ３は、その濃度条長積を２ｋｐｐｍ・ｍ以上に設定することで実現される。反対に、第２の希土類添加光ファイバ３として、その濃度条長積が２ｋｐｐｍ・ｍに満たないものを用いると、短波長域の利得が下がり、本実施形態で必要となる特性を発揮することができなくなる。
【００３９】
以上説明した実施の形態では、第２の希土類添加光ファイバ３を第１の希土類添加光ファイバ２の信号伝播方向の前方側に設けた構成において、本発明を実施していたが、このほか、第２の希土類添加光ファイバ３を第１の希土類添加光ファイバ２の信号伝播方向の後方側に設けた構成において本発明を実施しても同様の効果が得られるのはいうまでもない。この場合、特に、出力パワー特性が向上する。
【００４０】
さらには、第２の希土類添加光ファイバ３を第１の希土類添加光ファイバ２の信号伝播方向の前方側と後方側との両方に設けた構成において本発明を実施しても同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【００４１】
また、上述した実施形態では、第２の希土類添加光ファイバ３に対して、その濃度条長績を６ｋｐｐｍ・ｍ未満、２ｋｐｐｍ・ｍ以上とすることで、第２の希土類添加光ファイバ３の特性を、第１の希土類添加光ファイバ２の増幅帯域に実質的に影響を及ぼさないものとした。しかしながら、このほか、広帯域石英系ＥＤＦ（例えば、Ｐ−ＥＤＦ）などを用いた場合、上限の６ｋｐｐｍ・ｍがさらに大きくなっても吸収の影響は生じにくくなる。
【００４２】
次に、本発明の実施例の光増幅装置と比較例の光増幅装置とにおいてその波長利得特性と波長ノイズ特性とを測定した結果を、図４を参照して説明する。
【００４３】
図４において、各データは次のような測定条件に拠っている。＊は第１の希土類添加光ファイバ２のみを設けたうえで、その第１の希土類添加光ファイバ２に出力２８６ｍＷの前方励起光と出力１０４ｍＷの後方励起光を付与した比較例における利得とノイズの測定結果を示している。
【００４４】
黒菱・白菱は、第１の希土類添加光ファイバ２と濃度条長績８ｋｐｐｍ・ｍの第２の希土類添加光ファイバ３とを設けたうえで、第１，第２の希土類添加光ファイバ２，３に出力３０６ｍＷの前方励起光と出力４７ｍＷの後方励起光を付与した比較例における利得とノイズの測定結果を示している。
【００４５】
黒三角・白三角は、第１の希土類添加光ファイバ２と濃度条長績６ｋｐｐｍ・ｍの第２の希土類添加光ファイバ３とを設けたうえで、第１，第２の希土類添加光ファイバ２，３に出力３０６ｍＷの前方励起光と出力４７ｍＷの後方励起光を付与した比較例における利得とノイズの測定結果を示している。
【００４６】
黒丸・白丸は、第１の希土類添加光ファイバ２と濃度条長積４ｋｐｐｍ・ｍの第２の希土類添加光ファイバ３とを設けたうえで、第１，第２の希土類添加光ファイバ２，３に出力３０７ｍＷの前方励起光と出力６６ｍＷの後方励起光を付与した本発明の実施例における利得とノイズの測定結果を示している。
【００４７】
黒四角・白四角は、第１の希土類添加光ファイバ２と濃度条長績２ｋｐｐｍ・ｍの第２の希土類添加光ファイバ３とを設けたうえで、第１，第２の希土類添加光ファイバ２，３に出力３０７ｍＷの前方励起光と出力７５ｍＷの後方励起光を付与した本発明の実施例における利得とノイズの測定結果を示している。
【００４８】
図４より明らかなように、８〜６ｋｐｐｍ・ｍの濃度条長積の第２の希土類添加光ファイバ３を有する比較例の増幅帯域は、第２の希土類添加光ファイバ３を設けていない比較例に比べて狭くなっている。
【００４９】
これに対して、６ｋｐｐｍ・ｍ未満の濃度条長積（４ｋｐｐｍ・ｍ，２ｋｐｐｍ・ｍ）の第２の希土類添加光ファイバ３を有する本発明の実施例では、その増幅帯域は、８〜６ｋｐｐｍ・ｍの濃度条長積の第２の希土類添加光ファイバ３を有する比較例の増幅帯域より広くなっており、第２の希土類添加光ファイバ３を設けていない比較例の増幅帯域に近づいている。これは、第１の希土類添加光ファイバ２の増幅帯域に対する第２の希土類添加光ファイバ３の影響がほとんどなくなっているためだと考えられる。
【００５０】
また、本発明の実施例では、第２の希土類添加光ファイバ３として、２ｋｐｐｍ・ｍ以上の濃度条長績（４ｋｐｐｍ・ｍ，２ｋｐｐｍ・ｍ）を有するものを用いることで、第２の希土類添加光ファイバ３を設けていない比較例に対して、１ｄＢ以上のＮＦ改善が得られている。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広い増幅帯域を維持したうえで、溶融接続損を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光増幅装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）とも光増幅装置の波長利得特性を示す図である。
【図３】光増幅装置の波長ノイズ特性を示す図である。
【図４】実施形態の光増幅装置とその比較例との波長利得特性と波長ノイズ特性とを測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１　光増幅装置　　　　２　第１の希土類添加光ファイバ
３　第２の希土類添加光ファイバ　４Ａ，４Ｂ　励起光源
５Ａ，５Ｂ　合波器　　　１０，１１　送信用光ファイバ

Claims

石英系ガラスより屈折率の高いガラスを主成分とする第１の希土類添加光ファイバと、
石英系ガラスを主成分とし前記第１の希土類添加光ファイバに直列に接続された第２の希土類添加光ファイバと、
を有し、
前記第２の希土類添加光ファイバは、前記第１の希土類添加光ファイバの増幅帯域に実質的に影響を及ぼさない特性を有するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。
請求項１に記載の光増幅装置において、
前記第２の希土類添加光ファイバは、６ｋｐｐｍ・ｍ未満の濃度条長積を有するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。
請求項１または２に記載の光増幅装置において、
前記第２の希土類添加光ファイバを、前記第１の希土類添加光ファイバの信号伝搬方向の前端側に設ける、
ことを特徴とする光増幅装置。
請求項３に記載の光増幅装置において、
前記第２の希土類添加光ファイバは、その増幅帯域の長波長域より短波長域の方が高利得となった特性を有するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。
請求項４に記載の光増幅装置において、
前記第２の希土類添加光ファイバは、２ｋｐｐｍ・ｍ以上の濃度条長積を有するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。