JP2004071889A - Optical fiber for optical amplification and wavelength converter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバ、および、この光増幅用光ファイバを含む波長変換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムにおいて、光ファイバ伝送路を伝搬する間に信号光が被る損失を補償する為に、その信号光を光増幅する光増幅器が用いられる。この光増幅器として、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバを光増幅媒体として用いた希土類元素添加光ファイバ増幅器が用いられる。希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、所定波長の励起光が入射することにより希土類元素が励起され、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に所定波長の放出光を発生するものであり、誘導放出現象を利用して信号光を光増幅することができる。
【0003】
この光ファイバ増幅器の1種であるEDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)は、希土類元素としてEr元素が添加された光増幅用光ファイバ(EDF: Erbium Doped Fiber)を光増幅媒体として用いたものである。このEDFAでは、波長980nm帯または1480nm帯の励起光をEDFに供給することで、Cバンド(1530nm〜1565nm)またはLバンド(1565nm〜1625nm)に含まれる波長の信号光を光増幅することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、上記のように光ファイバ増幅器の光増幅媒体として用いられ得るだけでなく、波長変換器においても用いられ得る。しかし、光ファイバ増幅器において好適に用いられる光増幅用光ファイバは、波長変換器において用いるには不適切である。
【0005】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、波長変換器において用いるのに好適な光増幅用光ファイバ、および、この光増幅用光ファイバを含む波長変換器を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、光導波領域に希土類元素が添加されており、その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長と、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長との間に、零分散波長を有することを特徴とする。
【0007】
本発明に係る波長変換器は、上記の本発明に係る光増幅用光ファイバと、この光増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給手段と、を備え、光増幅用光ファイバに第1波長の光を入射し、この第1波長と異なる第2波長の光を光増幅用光ファイバより出力することを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、その添加された希土類元素が励起光により励起される。第1波長の光が光増幅用光ファイバへ入射すると、光増幅用光ファイバにおいて誘導放出が発生し、また、光増幅用光ファイバの零波長分散が上記範囲内であることに因り、非線形光学現象の一種である四光波混合または非縮退型四光波混合が発生する。このことから、入力した第1波長の光とは異なる第2波長の光が光増幅用光ファイバで発生し、この第2波長の光が光増幅用光ファイバより出力される。
【0009】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、放出光の波長においてモードフィールド径MFDとカットオフ波長λcとの比(MFD/λc)が6.8以下であるのが好適である。また、放出光の波長においてモードフィールド径が9μm未満であるのが好適である。この場合には、この光増幅用光ファイバは、曲げ特性が良好であり、小径にコイル状に巻かれてモジュール化されても曲げ損失が小さく、波長変換効率が優れる。
【0010】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、希土類元素がErであり、Er添加濃度が50wtppm以上であり、波長1.53μmにおける吸収ピークが30dB/m以下であるのが好適である。この場合には、第1波長および第2波長がLバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能である。
【0011】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、希土類元素がErであり、Er添加濃度が50wtppm以上であり、波長1.53μmにおける吸収ピークが8dB/m以下であるのが好適である。この場合には、第1波長および第2波長がCバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0013】
図1は、本実施形態に係る波長変換器1の構成図である。この図に示される波長変換器1は、光増幅用光ファイバ10、光カプラ20、励起光源30および光フィルタ40を備え、光源50とともに用いられる。光増幅用光ファイバ10は、光導波領域に希土類元素(例えば、Er、Tm、Pr、Nd、等)が添加された光ファイバであり、所定波長の励起光が入射することにより希土類元素が励起され、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に所定波長の放出光を発生する。光増幅用光ファイバ10は、その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長と、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長との間に、零分散波長を有する。
【0014】
励起光源30は、光増幅用光ファイバ10に添加された希土類元素を励起する波長λpの励起光を出力するものであり、例えば、半導体レーザ光源が好適に用いられる。光源50は、第1波長λ1の光を出力する。この第1波長λ1は、光増幅用光ファイバ10に添加された希土類元素が励起準位から下準位に緩和する際に発生する放出光の波長に近い。光カプラ20は、励起光源30より出力される励起光と、光源50より出力される光とを入力して、これらを合波して光増幅用光ファイバ10へ出力する。光フィルタ40は、光増幅用光ファイバ10で新たに発生した第2波長λ2の光を選択的に透過して出力する。
【0015】
励起光源30より出力された励起光は、光カプラ20を経て光増幅用光ファイバ10へ供給される。励起光が供給された光増幅用光ファイバ10では、添加されている希土類元素が励起される。このとき、光源50より出力された第1波長λ1の光が光カプラ20を経て光増幅用光ファイバ10へ入射すると、光増幅用光ファイバ10において誘導放出が発生し、また、光増幅用光ファイバ10の零波長分散が上記範囲内であることに因り、非線形光学現象の一種である四光波混合または非縮退型四光波混合が発生する。このことから、光増幅用光ファイバ10では、光源50より出力された第1波長λ1の光とは異なる第2波長λ2の光が発生し、この第2波長λ2の光が光フィルタ40を透過して外部へ出力される。この光フィルタ40より出力される第2波長λ2の光は、光源50より出力された第1波長λ1の光と同一の情報を担っている。すなわち、この波長変換器1は、光源50より出力される信号光の波長を変換するものである。
【0016】
なお、図1では、励起光源30より出力された励起光は光増幅用光ファイバ10に対して順方向より供給されるが、光増幅用光ファイバ10に対して逆方向より励起光が供給されてもよいし、また、光増幅用光ファイバ10に対して順方向および逆方向の双方向より励起光が供給されてもよい。
【0017】
図2は、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ10の波長分散特性を示す図である。この図に示されるように、光増幅用光ファイバ10は、その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長λpと、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長λmaxとの間に、零分散波長λ0を有する。光増幅用光ファイバ10に添加される希土類元素がErである場合、励起光波長λpは1480nm帯または980nm帯であり、放出光最長波長λmaxは1615nmである。
【0018】
また、光増幅用光ファイバ10に添加される希土類元素がTmである場合、励起光波長λpは0.8μm帯,1.05μm帯,1.2μm帯または1.4μm帯であり、放出光最長波長λmaxは1510nmである。光増幅用光ファイバ10に添加される希土類元素がPrである場合、励起光波長λpは1.04μm帯であり、放出光最長波長λmaxは1310nmである。光増幅用光ファイバ10に添加される希土類元素がNdである場合、励起光波長λpは0.8μm帯であり、放出光最長波長λmaxは1310nmである。
【0019】
また、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ10は、放出光の波長においてモードフィールド径MFDとカットオフ波長λcとの比(MFD/λc)が6.8以下であるのが好適であり、また、波長1550nmにおいてモードフィールド径が9μm未満であるのが好適である。この場合には、この光増幅用光ファイバ10は、曲げ特性が良好であり、小径にコイル状に巻かれてモジュール化されても曲げ損失が小さく、波長変換効率が優れる。
【0020】
また、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ10は、添加される希土類元素がErであり、Er添加濃度が50wtppm以上であるのが好適である。また、Erに加えてAlが共添加され、Al添加濃度が1wt%以上であるのが好適であり、また、Al添加濃度が3wt%以上であるのが更に好適である。このようにすることで、濃度消光が抑制され得る。また、波長1.53μmにおける吸収ピークが30dB/m以下であれば、第1波長λ1および第2波長λ2がLバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能であり、より四光波混合または非縮退型四光波混合を発生させ易い構造とすることができる。また、波長1.53μmにおける吸収ピークが8dB/m以下であれば、第1波長λ1および第2波長λ2がCバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能であり、より四光波混合または非縮退型四光波混合を発生させ易い構造とすることができる。
【0021】
図3は、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ10の実効カットオフ波長と曲げ損失との関係を示すグラフである。ここでは、光増幅用光ファイバ10は、ステップインデックス型の屈折率プロファイルを有し、コア領域にErが添加されたものであり、クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δnが0.5%または0.7%である。曲げ損失は、長さ67mの光ファイバ増幅器10を巻き径35mmφで巻いたときの波長1550nmでの値である。また、実効カットオフ波長は、ITU−Tの規定に拠るものであり、曲げ半径140mmおよび30mmそれぞれで1回巻いたときの伝送特性の差に基づくものである。この図から判るように、実効カットオフ波長が長いほど、また、比屈折率差Δnが大きいほど、曲げ損失は小さい。曲げ損失は0.05dB以下であるのが好適であり、そのためには、実効カットオフ波長は、1.03μm以上であるのが好適であり、1.10μm以上であれば更に好適である。
【0022】
次に、第1実施例について説明する。第1実施例では、光増幅用光ファイバ10として3種類のEDF1、EDF2およびEDF3を用意した。EDF1は、零分散波長が1.38μmであり、波長1.55μmでのモードフィールド径が5.74μmであり、Er添加濃度が912wtppmであった。EDF2は、零分散波長が1.57μmであり、波長1.55μmでのモードフィールド径が5.46μmであり、Er添加濃度が1140wtppmであった。また、EDF3は、零分散波長が1.65μmであり、波長1.55μmでのモードフィールド径が7.81μmであり、Er添加濃度が790wtppmであった。
【0023】
光源50より光増幅用光ファイバ10へ2波長の光が同時に入射し、その光の波長は1574.5nmおよび1609.0nmであり、各波長の光のパワーは0dBmであった。励起光源30より出力される励起光は、波長が1480nmであり、光増幅用光ファイバ10に対し順方向および逆方向の双方より供給された。順方向より供給される励起光のパワーは360mWであり、逆方向より供給される励起光のパワーは270mWであった。
【0024】
また、光フィルタ40を用いることなく、光増幅用光ファイバ10より出力される光のスペクトルを測定した。環境温度は25℃であった。光増幅用光ファイバ10より出力される1574.5nmおよび1609.0nmそれぞれのパワーは+22.3dBmであり、光増幅用光ファイバ10より出力される全ての光のパワーは+25.3dBmであった。
【0025】
図4は、第1実施例において光増幅用光ファイバ10より出力された光のスペクトルを示す図である。この図から判るように、励起光波長(1480nm)と放出光波長との間に零分散波長を有しているEDF2において、非縮退型四光波混合が発生して、1583nm付近に出力パワーのピークが確認された。
【0026】
次に、第2実施例について説明する。第2実施例では、光増幅用光ファイバ10として2種類のEDF4およびEDF5を用意した。EDF4は、零分散波長が1.33μmであり、波長1.55μmでのモードフィールド径が6.01μmであり、Er添加濃度が1332wtppmであった。また、EDF5は、零分散波長が1.53μmであり、波長1.55μmでのモードフィールド径が5.40μmであり、Er添加濃度が1153wtppmであった。
【0027】
光源50より光増幅用光ファイバ10へ10波長の光が同時に入射し、その光の波長は1574.5nm〜1607.6nmの範囲内であり、各波長の光のパワーは+0.3dBmであった。励起光源30より出力される励起光は、波長が1480nmであり、光増幅用光ファイバ10に対し順方向および逆方向の双方より供給された。順方向より供給される励起光のパワーは400mWであり、逆方向より供給される励起光のパワーは400mWであった。また、光フィルタ40を用いることなく、光増幅用光ファイバ10より出力される光のスペクトルを測定した。環境温度は25℃であった。光増幅用光ファイバ10より出力される全ての光のパワーは+26dBmであった。
【0028】
図5は、第2実施例において光増幅用光ファイバ10より出力された光のスペクトルを示す図である。同図(a)は、光増幅用光ファイバ10としてEDF4を用いた場合の出力光スペクトルを示す。同図(b)は、光増幅用光ファイバ10としてEDF5を用いた場合の出力光スペクトルを示す。同図(a)と同図(b)とを対比して判るように、励起光波長(1480nm)と放出光波長との間に零分散波長を有しているEDF5において、四光波混合が発生して、入力した10波の光の波長間に新たな第2波長の光が発生した。
【0029】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、その添加された希土類元素が励起光により励起される。第1波長の光が光増幅用光ファイバへ入射すると、光増幅用光ファイバにおいて誘導放出が発生し、また、光増幅用光ファイバの零波長分散が上記範囲内であることに因り、非線形光学現象の一種である四光波混合または非縮退型四光波混合が発生する。このことから、入力した第1波長の光とは異なる第2波長の光が光増幅用光ファイバで発生し、この第2波長の光が光増幅用光ファイバより出力される。この光増幅用光ファイバは、波長変換器において好適に用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る波長変換器1の構成図である。
【図2】本実施形態に係る光増幅用光ファイバ10の波長分散特性を示す図である。
【図3】本実施形態に係る光増幅用光ファイバ10の実効カットオフ波長と曲げ損失との関係を示すグラフである。
【図4】第1実施例において光増幅用光ファイバ10より出力された光のスペクトルを示す図である。
【図5】第2実施例において光増幅用光ファイバ10より出力された光のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
1…波長変換器、10…光増幅用光ファイバ、20…光カプラ、30…励起光源、40…光フィルタ、50…光源。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber for optical amplification in which a rare earth element is added to an optical waveguide region, and a wavelength converter including the optical fiber for optical amplification.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an optical communication system, an optical amplifier for optically amplifying a signal light is used in order to compensate for a loss incurred by the signal light while propagating through an optical fiber transmission line. As this optical amplifier, a rare earth element-doped optical fiber amplifier using an optical amplification optical fiber in which a rare earth element is added to an optical waveguide region as an optical amplification medium is used. The optical fiber for optical amplification to which the rare earth element is added, the rare earth element is excited by the excitation light of the predetermined wavelength being incident thereon, and the emitted light of the predetermined wavelength is emitted when the excited rare earth element is relaxed to the lower level. The signal light is generated and the signal light can be amplified using the stimulated emission phenomenon.
[0003]
An EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), which is one type of the optical fiber amplifier, uses an optical amplification optical fiber (EDF: Erbium Doped Fiber) to which an Er element is added as a rare earth element as an optical amplification medium. In this EDFA, by supplying excitation light having a wavelength of 980 nm or 1480 nm to the EDF, signal light having a wavelength included in the C band (1530 nm to 1565 nm) or the L band (1565 nm to 1625 nm) can be optically amplified. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The optical fiber for optical amplification to which a rare earth element is added can be used not only as an optical amplification medium of an optical fiber amplifier as described above, but also in a wavelength converter. However, an optical fiber for optical amplification suitably used in an optical fiber amplifier is not suitable for use in a wavelength converter.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides an optical amplification optical fiber suitable for use in a wavelength converter, and a wavelength converter including the optical amplification optical fiber. With the goal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the optical fiber for optical amplification according to the present invention, the rare-earth element is added to the optical waveguide region, the wavelength of the excitation light capable of exciting the added rare-earth element, and the excited rare-earth element is in the lower level. It is characterized by having a zero-dispersion wavelength between the longest wavelength of emitted light generated upon relaxation.
[0007]
The wavelength converter according to the present invention includes the optical amplification optical fiber according to the present invention described above, and a pumping light supply unit that supplies pumping light to the optical amplification optical fiber. Light of one wavelength is incident, and light of a second wavelength different from the first wavelength is output from an optical amplification optical fiber.
[0008]
According to the present invention, in the optical fiber for optical amplification in which the rare-earth element is added to the optical waveguide region, the added rare-earth element is excited by the excitation light. When the light of the first wavelength enters the optical fiber for optical amplification, stimulated emission occurs in the optical fiber for optical amplification, and the non-linear optics is generated because the zero wavelength dispersion of the optical fiber for optical amplification is within the above range. One type of phenomenon is four-wave mixing or non-degenerate four-wave mixing. Therefore, light of the second wavelength different from the input light of the first wavelength is generated in the optical amplification optical fiber, and the light of the second wavelength is output from the optical amplification optical fiber.
[0009]
Optical fiber for optical amplification according to the present invention, the ratio of the mode field diameter MFD and cutoff wavelength lambda c at the wavelength of the emitted light (MFD / lambda c) it is preferred that it is 6.8 or less. Preferably, the mode field diameter is less than 9 μm at the wavelength of the emitted light. In this case, the optical fiber for optical amplification has good bending characteristics, and has a small bending loss and excellent wavelength conversion efficiency even if it is coiled into a small diameter and modularized.
[0010]
In the optical fiber for optical amplification according to the present invention, it is preferable that the rare earth element is Er, the concentration of Er added is 50 wtppm or more, and the absorption peak at a wavelength of 1.53 μm is 30 dB / m or less. In this case, when the first wavelength and the second wavelength belong to the L band, the concentration quenching is suppressed and the length can be increased.
[0011]
In the optical fiber for optical amplification according to the present invention, it is preferable that the rare earth element is Er, the concentration of Er added is 50 wtppm or more, and the absorption peak at a wavelength of 1.53 μm is 8 dB / m or less. In this case, when the first wavelength and the second wavelength belong to the C band, the concentration quenching is suppressed and the length can be increased.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[0013]
FIG. 1 is a configuration diagram of a
[0014]
[0015]
The excitation light output from the
[0016]
In FIG. 1, the pumping light output from the pumping
[0017]
FIG. 2 is a diagram illustrating the chromatic dispersion characteristics of the optical fiber for
[0018]
Further, if the rare earth element doped to the optical amplification
[0019]
Further, in the
[0020]
Further, in the optical fiber for
[0021]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the effective cutoff wavelength and the bending loss of the optical fiber for
[0022]
Next, a first embodiment will be described. In the first embodiment, three types of EDF1, EDF2, and EDF3 were prepared as the
[0023]
Light of two wavelengths was simultaneously incident on the optical fiber for
[0024]
Further, the spectrum of the light output from the optical amplification
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing a spectrum of light output from the optical amplification
[0026]
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, two types of
[0027]
Light of 10 wavelengths was simultaneously incident on the optical amplification
[0028]
FIG. 5 is a diagram showing a spectrum of light output from the optical amplification
[0029]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the optical fiber for optical amplification in which the rare-earth element is added to the optical waveguide region, the added rare-earth element is excited by the excitation light. When the light of the first wavelength enters the optical fiber for optical amplification, stimulated emission occurs in the optical fiber for optical amplification, and the non-linear optics is generated because the zero wavelength dispersion of the optical fiber for optical amplification is within the above range. One type of phenomenon is four-wave mixing or non-degenerate four-wave mixing. Therefore, light of the second wavelength different from the input light of the first wavelength is generated in the optical amplification optical fiber, and the light of the second wavelength is output from the optical amplification optical fiber. This optical fiber for optical amplification can be suitably used in a wavelength converter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a
FIG. 2 is a diagram showing the wavelength dispersion characteristics of the optical fiber for
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an effective cutoff wavelength and a bending loss of the optical fiber for
FIG. 4 is a diagram illustrating a spectrum of light output from the optical amplification optical fiber in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a spectrum of light output from an optical fiber for
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長と、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長との間に、零分散波長を有する、
ことを特徴とする光増幅用光ファイバ。A rare earth element is added to the optical waveguide region,
Having a zero-dispersion wavelength between the wavelength of the excitation light capable of exciting the added rare earth element and the longest wavelength of the emission light generated when the excited rare earth element is relaxed to the lower level;
An optical fiber for optical amplification, characterized in that:
前記光増幅用光ファイバに第1波長の光を入射し、この第1波長と異なる第2波長の光を前記光増幅用光ファイバより出力する、
ことを特徴とする波長変換器。An optical fiber for optical amplification according to claim 1, and an excitation light supply unit for supplying excitation light to the optical fiber for optical amplification,
Light of a first wavelength is incident on the optical fiber for optical amplification, and light of a second wavelength different from the first wavelength is output from the optical fiber for optical amplification;
A wavelength converter characterized in that:
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