JP2004111778A - Optical fiber for amplification and optical amplifier using the same - Google Patents

Optical fiber for amplification and optical amplifier using the same Download PDF

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JP2004111778A
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Japan
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amplification
core
optical fiber
signal light
wavelength band
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JP2002274612A
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Japanese (ja)
Inventor
Takamasa Yamashita
山下 高雅
▲吉▼田 実
Minoru Yoshida
Kazutada Futakuchi
二口 和督
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To widen the amplification band of an optical fiber for amplification. <P>SOLUTION: A core 7 comprises a whole wavelength band signal light amplifying part 7a arranged in the radial inner part of the core 7, and a long wavelength band signal light amplifying part 7b arranged at the radial outer part in the core 7. The whole wavelength band signal light amplifying part 7a is the part for amplifying the whole wavelength band light to be amplified. The long wavelength band signal light amplifying part 7b is the part for efficiently amplifying a long wavelength band light except a short wavelength band light which is hardly amplified at the radial outer side part since it is difficult for the short wavelength band light to pass through the radial outer part in the core 7. The long wavelength band signal light amplifying part 7b can be formed as the part where the concentration of a rare earth element to be added is higher than that at the radial inner part in the core 7. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅用光ファイバおよびそれを用いた光増幅装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
増幅用光ファイバに組み込まれる増幅用光ファイバは、希土類(エルビウム等)が添加されたコアと、記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有して構成されている。(例えば、特許文献1,2,3参照)
【0003】
【特許文献1】
特許第2582592号(全文)
【特許文献2】
特開平01−094329号(全文)
【特許文献3】
特開平04−050140号(全文)
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバ通信の大容量化に伴い、光増幅装置の広帯域化が望まれているが、十分な広帯域化は未だ達成されていない。
【0004】
したがって、本発明の主たる目的は、増幅用光ファイバ(増幅用光ファイバ)の増幅帯域の広帯域化を図ることである。
【0005】
【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は、本発明の第1は、コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアの径方向外側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向内側部位より高くしていることに特徴がある。これにより、次のような作用を有する。
【0006】
本発明では、コアの径方向外側部位における希土類の添加濃度を、コアの径方向内側部位より高くすることで、長波長帯域光を短波長帯域光に比してより効率高く増幅することが可能となる。これは、光ファイバ中を伝搬する光は通常長波長ほど広いモードフィールド径を持つことに起因している。これにより、本発明では、長波長帯域側の信号光における濃度条長積が短波長帯域側の信号光における濃度条長積に比して飛躍的に大きくなる。そのため、短波長帯域光に適した比較的短い濃度条長積と長波長帯域光に適した比較的長い濃度条長積とを、同一の増幅用光ファイバ内に作り込むことが可能となる。その結果、増幅用光ファイバの広帯域化を実現することができる。
【0007】
なお、前記コアの径方向内側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、短波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【0008】
なお、前記コアの径方向外側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、長波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【0009】
本発明の第2では、コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアは、コアの径方向内側部位に設けられた信号光全帯域増幅部位と、径方向外側部位に設けられた信号光長波長帯域増幅部位とを有しており、
前記信号光全帯域増幅部位は、増幅する全帯域光を増幅する部位であり、
前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記コアの径方向外側部位を通過しにくいために前記径方向外側部位では増幅効率の低い短波長帯域光を除く長波長帯域光を増幅効率高く増幅する部位である、
ことに特徴を有している。これにより、次のような作用を有する。
【0010】
本発明では、前記コアの径方向外側部位に信号光長波長帯域増幅部位を設けることで、光から見て長波長側の光ほど濃度条長積が大きくなって、長波長側の光が効果的に増幅されるようになる。これにより、本発明の構成では、均一に希土類が含有された通常の光ファイバに比べて、長波長帯域光を効果的に増幅することが可能となる。
【0011】
そのため、短波長帯域光に適した比較的短い濃度条長積と長波長帯域光に適した比較的長い濃度条長積とを、同一の増幅用光ファイバ内に作り込むことが可能となる。その結果、増幅用光ファイバの広帯域化を実現することができる。
【0012】
なお、前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記信号光全帯域増幅部位より前記希土類の添加濃度が高い部位として形成することができる。
【0013】
なお、前記コアの径方向内側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、短波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【0014】
なお、前記コアの径方向外側部位における前記希土類の添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くするのが好ましく、そうすれば、長波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積は波長に比例して連続的に変動しているため、波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることで、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、増幅効率が向上する。
【0015】
本発明の第1,第2において、前記希土類はエルビウムであるのが好ましい。
【0016】
また、本発明の第1,第2の増幅用光ファイバを組み込んで光増幅装置を構成しても同様の作用効果を奏することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態の増幅用光ファイバ2を組み込んだ光増幅装置1の構成を示す図である。
【0018】
この光増幅装置1は、増幅用光ファイバ2と、WDM合波器3A,3Bと、励起光源4A,4Bと、入力端側伝送用光ファイバ5と出力端側伝送用光ファイバ6とを備えている。
【0019】
信号光は、入力端側伝送用光ファイバ5から入力されて出力端側伝送用光ファイバ6から出力されるようになっている。
【0020】
入力端側伝送用光ファイバ5と出力端側伝送用光ファイバ6との間には、信号光を増幅する増幅用光ファイバ2が介装されて接続されている。増幅用光ファイバ2は希土類添加光ファイバから構成されている。希土類添加光ファイバとして最適なものは、エルビウム添加光ファイバが挙げられるが、ネオジウム等の他の希土類であってもよい。
【0021】
WDM合波器3A,3Bは増幅用光ファイバ2の少なくとも一端(本実施形態では両端)に設けられている。WDM合波器3A,3Bは、増幅用光ファイバ2と入出力端側伝送用光ファイバ5,6との間に設けられている。WDM合波器3A,3Bには、励起光源4A,4Bが接続されている。WDM合波器3A,3Bは、励起光源4A,4Bから出力される励起光を増幅用光ファイバ2に導入している。
【0022】
増幅用光ファイバ2は、図2に示すように、コア7と、コア7の外周に設けられたクラッド8とを備えている。
【0023】
この光増幅装置1はコア7の構成に特徴がある。コア7は、信号光全帯域増幅部位7aと、信号光長波長帯域増幅部位7bとを有している。信号光全帯域増幅部位7aはコアの径方向内側部位に設けられている。信号光長波長帯域増幅部位7bはコア7の径方向外側部位に設けられている。信号光全帯域増幅部位7aは、増幅する全帯域光を増幅する部位である。信号光長波長帯域増幅部位7bは、コア7の径方向外側部位を通過しにくいためにその径方向外側部位では増幅効率の低い短波長帯域光を除く長波長帯域光を増幅効率高く増幅する部位である。
【0024】
信号光全帯域増幅部位7aと信号光長波長帯域増幅部位7bとは次のように構成されている。すなわち、コア7には、エルビウム等の希土類が添加されているが、その希土類濃度を径方向に沿って相違させることで、信号光全帯域増幅部位7aと信号光長波長帯域増幅部位7bとは構成されている。具体的には、図3に示すように、コア7の径方向内側部位に設けられた信号光全帯域増幅部位7aとコア7の径方向外側部位に設けられた信号光長波長帯域増幅部位7bとを比較すると、信号光長波長帯域増幅部位7bの方が希土類(エルビウム)の濃度が高くなっている。さらには、信号光全帯域増幅部位7aと信号光長波長帯域増幅部位7bとも、その希土類添加濃度は、コア7の径方向外側になるに連れて高くなっている。なお、屈折率は、図3に示すように、信号光全帯域増幅部位7aと信号光長波長帯域増幅部位7bともに同一となっている。図3において、一点鎖線は、Cバンドにおける光強度を示し、二点鎖線は、Lバンドにおける光強度を示している。
【0025】
希土類としてエルビウムを用いる場合、その最大添加濃度(信号光長波長帯域増幅部位7bにおける最大添加濃度)は添加可能最大濃度とするのが好ましく、具体的には、1000ppm程度が好ましいが、3000ppm程度までは大きく性能を落とすことなく増幅することが可能である。特に、Lバンドでは、3000ppmでもほとんど増幅効率を落とすことなく増幅することが可能である。
【0026】
以上の構成を備えることで、この光増幅装置1は、増幅帯域を広帯域にすることができる。以下、その理由を説明する。
【0027】
一般に、増幅用光ファイバを用いた光増幅においては、増幅する信号光の波長(増幅波長)それぞれに応じた濃度条長積(希土類濃度×光ファイバ条長)が必要となる。濃度条長積は増幅波長に比例し、増幅波長が長くなる程、濃度条長積は大きくなる。例えば、Cバンド(1530〜1565nm)とLバンド(1565〜1625nm)とを比較すると、LバンドはCバンドの約5倍以上の濃度条長積を必要とする。したがって、信号光の波長帯域それぞれに応じて濃度条長積を設定できれば、増幅用光ファイバの増幅帯域の広帯域化を図ることができる。
【0028】
濃度条長積は、希土類濃度と希土類添加光ファイバのファイバ長との積である。そのため、同一長の光ファイバであれば、濃度条長積は実際に信号光が通過するコア領域における希土類濃度(以下、実効濃度という)に比例し、実効濃度が高くなる程、濃度条長積は大きくなる。実効濃度は、信号光が通過するコアの断面積(以下、通過断面積という)と、コア径方向の光の強度分布との影響を受ける。希土類がコアに均一に添加されている場合、実効濃度は通過断面積に比例し、通過断面積が大きくなる程、希土類の実効濃度は高くなる。このことから、通過断面積を変動させれば、実効濃度を制御できることがわかる。
【0029】
光増幅装置1では、通過断面積の制御を行うためにモードフィールド径MFDに着目している。モードフィールド径MFDは、図4に示すように、信号光の波長に比例し、波長が長くなる程、モードフィールド径MFDは大きくなり、波長が短くなる程、モードフィールド径MFDは小さくなる。したがって、図3に示すように、長波長帯域側の信号光は、コア7の径方向内側部位(信号光全帯域増幅部位7a),外側部位(信号光長波長帯域増幅部位7b)を問わず比較的満遍なく通過するのに対して、短波長帯域側の信号光は、径方向内側部位(信号光全帯域増幅部位7a)に偏って通過する。そのため、長波長帯域側の信号光における通過断面積は、短波長帯域側の信号光における通過断面積より大きくなり、長波長帯域側の信号光における濃度条長積は、短波長帯域側の信号光における濃度条長積より大きくなる。
【0030】
しかしながら、上述したように、Lバンド(1565〜1625nm)で必要な濃度条長積は、Cバンド(1530〜1565nm)で必要な濃度条長積の約5倍以上である。そのため、通過断面積が大きくなることに由来する濃度条長積の増加分だけでは、増幅帯域の広域化を図ることは不可能である。
【0031】
そこで、光増幅装置1では、コア7の径方向外側部位(信号光長波長帯域増幅部位7b)における希土類の添加濃度を、コアの径方向内側部位より高くしている。これにより、長波長帯域光を短波長帯域光に比してより増幅効率高く増幅することが可能となる。その結果、光増幅装置1では、長波長帯域側の信号光における希土類の実効濃度が短波長帯域側の信号光における希土類の実効濃度に比して格段に高くなっている。これにより、光増幅装置1では、長波長帯域側の信号光における濃度条長積が短波長帯域側の信号光における濃度条長積に比して飛躍的に大きくなっている。そのため、短波長帯域光(Cバンド等)に適した比較的短い濃度条長積と長波長帯域光(Lバンド等)に適した比較的長い濃度条長積とを、同一の増幅用光ファイバ2内に作り込むことが可能となる。その結果、光増幅装置1は広帯域化が実現されている。
【0032】
なお、光増幅装置1では、コア7の径方向内側部位(信号光全帯域増幅部位7a)やコア7の径方向外側部位(信号光長波長帯域増幅部位7b)における希土類(エルビウム)の添加濃度を、コア7の径方向外側になるに連れて高くしている。これにより、短波長帯域側の信号光において、その波長に応じて濃度条長積を連続的に変動させることが可能となる。濃度条長積が波長に比例して連続的に変動することで、光増幅装置1では、波長に応じて濃度条長積が連続的に変動する。これにより、光増幅装置1では、各波長それぞれの増幅に適した濃度条長積を設定することが可能となり、その分、さらに増幅効率が向上する。
【0033】
このような増幅用光ファイバ2の構造は、次のようにして作製することができる。
【0034】
第1の方法
コアとなるスートを作製する際に、コア7の中心部(信号光全帯域増幅部位7a)となるスート密度を高める一方、コア7の周辺部(信号光長波長帯域増幅部位7b)となるスート密度を中心部に比して低くする。そのうえで、作製したスートを希土類(エルビウム等)の含有液に液侵することで、スートに希土類を添加する。これにより、コア周辺部(信号光長波長帯域増幅部位7b)の希土類の添加量をコア中心部(信号光全帯域増幅部位7a)より高める。これは、スートにおいて密度の低い領域の方が密度の高い領域よりも希土類濃度が高くなることに基づいている。
【0035】
第2の方法
スート作製時において種棒として、コア7となりうる石英ガラス棒(Ge,Er,Alが少量添加されている)を用いることで、コア7の周辺部(信号光長波長帯域増幅部位7b)の希土類の添加量をコア7の中心部(信号光全帯域増幅部位7a)より高める。これは、種棒からなるコア7の中心部に対しては希土類が添加しにくいことに基づいている。
【0036】
第3の方法
スートを希土類溶液に浸漬する際に、スートの側面のみを溶液に浸漬することで、コア7の周辺部(信号光長波長帯域増幅部位7b)の希土類の添加量をコア7の中心部(信号光全帯域増幅部位7a)より高める。
【0037】
第4の方法
スートを希土類溶液に浸漬する際に、スート全体を一度に溶液に浸漬することでスート中心部の脱気を不十分にし、これにより、コア7の周辺部(信号光長波長帯域増幅部位7b)の希土類の添加量をコア7の中心部(信号光全帯域増幅部位7a)より高める。これは、脱気が不十分な領域には、希土類が十分浸透しないことに基づいている。
【0038】
信号光全帯域増幅部位7a,信号光長波長帯域増幅部位7bの配置構造は、図3に示すほか、図5に示すように構成してもよい。図3の構成では、信号光全帯域増幅部位7aと信号光長波長帯域増幅部位7bとは、コア7内に径方向に連続して形成されていた。図5の構成では、信号光全帯域増幅部位7a’と信号光長波長帯域増幅部位7b’とは、径方向に不連続に形成されており、両部位7a’,7b’の間に希土類が添加されていない部位7cが設けられている。信号光長波長帯域増幅部位7b’は、信号光全帯域増幅部位7a’より希土類(エルビウム)の濃度が高くなっている。さらには、信号光全帯域増幅部位7a’の希土類添加濃度は、コア7の径方向外側になるに連れて高くなっている。信号光全帯域増幅部位7a’は、希土類添加濃度が一定になっている。屈折率に関しては、信号光長波長帯域増幅部位7b’は、信号光全帯域増幅部位7a’より低く設定されている。図5において、一点鎖線は、Cバンドにおける光強度を示し、二点鎖線は、Lバンドにおける光強度を示している。
【0039】
このような構成にすることで、次のような利点がある。すなわち、希土類添加光ファイバ(特にエルビウム添加光ファイバ)では、その増幅特性は1560〜1570nm付近において急激に変化することが知られている。図5の構成にすることにより、1560〜1570nm付近の波長でモードフィールド径MFDを急激に大きくすることが可能となる。その結果、1560〜1570nmより長波長帯域光に対する希土類の実効濃度、延いてはその濃度条長積をさらに飛躍的に高めることが可能となって、CバンドとLバンドとのそれぞれに適切な濃度条長積を付与することが可能となる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、CバンドやとLバンドの増幅帯域を広帯域化することが可能となるばかりか、一つの増幅用光ファイバで両バンドの増幅が可能となる。このように、本発明は、広帯域な増幅が可能な増幅用光ファイバや光増幅装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の増幅用光ファイバを組み込んだ光増幅装置の構成を示す図である。
【図2】実施の形態の増幅用光ファイバの断面図である。
【図3】実施の形態の増幅用光ファイバの希土類濃度,屈折率,光強度を示す図である。
【図4】増幅用光ファイバにおける波長とモードフィールド径との間の関係を示す線図である。
【図5】本発明の変形例の増幅用光ファイバの希土類濃度,屈折率,光強度を示す図である。
【符号の説明】
1 光増幅装置    2 増幅用光ファイバ
3A,3B WDM合波器   4A,4B 励起光源
5 入力端側伝送用光ファイバ  6 出力端側伝送用光ファイバ
7 コア     7a 信号光全帯域増幅部位
7b 信号光長波長帯域増幅部位  8 クラッド
MFD モードフィールド径
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an amplification optical fiber and an optical amplification device using the same.
[0002]
[Prior art]
The amplification optical fiber incorporated in the amplification optical fiber has a core to which rare earth (erbium or the like) is added, and a cladding provided radially outside the core. (For example, see Patent Documents 1, 2, and 3)
[0003]
[Patent Document 1]
Patent No. 2582592 (full text)
[Patent Document 2]
JP-A-01-09329 (full text)
[Patent Document 3]
JP-A-04-050140 (full text)
[Problems to be solved by the invention]
With the increase in the capacity of optical fiber communication, it is desired to increase the bandwidth of an optical amplifier, but a sufficient bandwidth has not yet been achieved.
[0004]
Accordingly, a main object of the present invention is to widen the amplification band of an amplification optical fiber (amplification optical fiber).
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a first aspect of the present invention includes a core, a rare earth element added to the core, and a clad provided radially outside the core,
The core is characterized in that the concentration of rare earth added in the radially outer portion of the core is higher than that in the radially inner portion of the core. Thereby, the following operation is provided.
[0006]
In the present invention, it is possible to amplify long-wavelength band light more efficiently than short-wavelength band light by making the concentration of rare earth added at the radially outer portion of the core higher than at the radially inner portion of the core. It becomes. This is due to the fact that light propagating in an optical fiber usually has a wider mode field diameter as the wavelength becomes longer. As a result, in the present invention, the density product of the signal light in the long wavelength band side is dramatically increased as compared with the density product of the signal light in the short wavelength band side. Therefore, it is possible to form a relatively short concentration line product suitable for short wavelength band light and a relatively long concentration line product suitable for long wavelength band light in the same amplification optical fiber. As a result, it is possible to realize a wider band of the amplification optical fiber.
[0007]
It is preferable that the concentration of the rare earth element added in the radially inner portion of the core is increased as the radially outer portion of the core is increased. Accordingly, it is possible to continuously vary the concentration length product. Since the concentration-length product varies continuously in proportion to the wavelength, the concentration-length product suitable for amplification at each wavelength is set by continuously varying the concentration-length product according to the wavelength. And the amplification efficiency is improved accordingly.
[0008]
It is preferable that the concentration of the rare earth element added in the radially outer portion of the core be increased toward the radially outer side of the core. Accordingly, it is possible to continuously vary the concentration length product. Since the concentration-length product varies continuously in proportion to the wavelength, the concentration-length product suitable for amplification at each wavelength is set by continuously varying the concentration-length product according to the wavelength. And the amplification efficiency is improved accordingly.
[0009]
In a second aspect of the present invention, the core includes a core, a rare earth element added to the core, and a clad provided radially outside the core.
The core has a signal light full-band amplification portion provided at a radially inner portion of the core, and a signal light long-wavelength band amplification portion provided at a radially outer portion,
The signal light full-band amplification part is a part that amplifies the whole band light to be amplified,
The signal light long wavelength band amplification portion is a portion that amplifies long wavelength band light with high amplification efficiency except for short wavelength band light having low amplification efficiency at the radial outside portion because it is difficult to pass through the radial outside portion of the core. Is,
It has special features. Thereby, the following operation is provided.
[0010]
In the present invention, by providing the signal light long-wavelength band amplification portion at the radially outer portion of the core, the longer the light on the longer wavelength side when viewed from the light, the greater the concentration length product, and the longer wavelength light is effective. Will be amplified. As a result, in the configuration of the present invention, it is possible to effectively amplify light in a long wavelength band as compared with a normal optical fiber containing rare earth uniformly.
[0011]
Therefore, it is possible to form a relatively short concentration line product suitable for short wavelength band light and a relatively long concentration line product suitable for long wavelength band light in the same amplification optical fiber. As a result, it is possible to realize a wider band of the amplification optical fiber.
[0012]
The signal light long wavelength band amplification part can be formed as a part having a higher concentration of the rare earth added than the signal light whole band amplification part.
[0013]
It is preferable that the concentration of the rare earth element added in the radially inner portion of the core is increased as the radially outer portion of the core is increased. Accordingly, it is possible to continuously vary the concentration length product. Since the concentration-length product varies continuously in proportion to the wavelength, the concentration-length product suitable for amplification at each wavelength is set by continuously varying the concentration-length product according to the wavelength. And the amplification efficiency is improved accordingly.
[0014]
It is preferable that the concentration of the rare earth element added in the radially outer portion of the core be increased toward the radially outer side of the core. Accordingly, it is possible to continuously vary the concentration length product. Since the concentration-length product varies continuously in proportion to the wavelength, the concentration-length product suitable for amplification at each wavelength is set by continuously varying the concentration-length product according to the wavelength. And the amplification efficiency is improved accordingly.
[0015]
In the first and second aspects of the present invention, the rare earth is preferably erbium.
[0016]
Further, even when an optical amplifier is configured by incorporating the first and second amplifying optical fibers of the present invention, the same function and effect can be obtained.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical amplifier 1 incorporating an amplification optical fiber 2 according to an embodiment of the present invention.
[0018]
The optical amplifying device 1 includes an amplification optical fiber 2, WDM multiplexers 3A and 3B, pumping light sources 4A and 4B, an input end transmission optical fiber 5, and an output end transmission optical fiber 6. ing.
[0019]
The signal light is input from the input end transmission optical fiber 5 and output from the output end transmission optical fiber 6.
[0020]
An amplifying optical fiber 2 for amplifying signal light is interposed and connected between the input-end-side transmission optical fiber 5 and the output-end-side transmission optical fiber 6. The amplification optical fiber 2 is composed of a rare earth-doped optical fiber. The most suitable rare earth-doped optical fiber is an erbium-doped optical fiber, but other rare earths such as neodymium may be used.
[0021]
The WDM multiplexers 3A and 3B are provided at at least one end (both ends in the present embodiment) of the amplification optical fiber 2. The WDM multiplexers 3A, 3B are provided between the amplification optical fiber 2 and the input / output end side transmission optical fibers 5, 6. Pump light sources 4A and 4B are connected to the WDM multiplexers 3A and 3B. The WDM multiplexers 3A and 3B introduce the pump light output from the pump light sources 4A and 4B into the amplification optical fiber 2.
[0022]
As shown in FIG. 2, the amplification optical fiber 2 includes a core 7 and a clad 8 provided around the core 7.
[0023]
This optical amplifier 1 is characterized by the configuration of the core 7. The core 7 has a signal light full band amplification section 7a and a signal light long wavelength band amplification section 7b. The signal light full-band amplification portion 7a is provided on a radially inner portion of the core. The signal light long wavelength band amplification portion 7b is provided on a radially outer portion of the core 7. The signal light full band amplification section 7a is a section that amplifies the whole band light to be amplified. The signal light long wavelength band amplification portion 7b is a portion that amplifies long wavelength band light with high amplification efficiency except for short wavelength band light having low amplification efficiency at the radially outer portion because the signal light long wavelength band amplification portion 7b does not easily pass through the radially outside portion of the core 7. It is.
[0024]
The signal light full band amplification section 7a and the signal light long wavelength band amplification section 7b are configured as follows. That is, the core 7 is doped with a rare earth element such as erbium. By making the rare earth concentration different along the radial direction, the signal light full-band amplification part 7a and the signal light long-wavelength band amplification part 7b are different from each other. It is configured. Specifically, as shown in FIG. 3, a signal light full-band amplification part 7a provided at a radially inner part of the core 7 and a signal light long-wavelength band amplification part 7b provided at a radially outer part of the core 7 When compared with the above, the concentration of rare earth (erbium) is higher in the signal light long wavelength band amplification portion 7b. Further, in both the signal light full-band amplification section 7a and the signal light long-wavelength band amplification section 7b, the rare-earth addition concentration increases toward the outside of the core 7 in the radial direction. Note that, as shown in FIG. 3, the refractive index is the same for both the signal light full-band amplification section 7a and the signal light long-wavelength band amplification section 7b. In FIG. 3, the dashed line indicates the light intensity in the C band, and the two-dot chain line indicates the light intensity in the L band.
[0025]
When erbium is used as the rare earth, its maximum addition concentration (the maximum addition concentration in the signal light long wavelength band amplification portion 7b) is preferably set to the maximum possible concentration, specifically, about 1000 ppm is preferable, but up to about 3000 ppm. Can be amplified without significant performance degradation. In particular, in the L band, even at 3000 ppm, amplification can be performed with almost no reduction in amplification efficiency.
[0026]
With the above configuration, the optical amplifying device 1 can widen the amplification band. Hereinafter, the reason will be described.
[0027]
In general, in optical amplification using an amplification optical fiber, a concentration product (rare earth concentration × optical fiber length) corresponding to each wavelength (amplification wavelength) of the signal light to be amplified is required. The concentration product is proportional to the amplification wavelength, and the longer the amplification wavelength, the larger the concentration product. For example, comparing the C band (1530 to 1565 nm) and the L band (1565 to 1625 nm), the L band requires about 5 times or more the concentration length product of the C band. Therefore, if the concentration length product can be set according to each wavelength band of the signal light, it is possible to widen the amplification band of the amplification optical fiber.
[0028]
The concentration strip product is the product of the rare earth concentration and the fiber length of the rare earth doped optical fiber. Therefore, for optical fibers of the same length, the concentration-length product is proportional to the rare-earth concentration (hereinafter referred to as the effective concentration) in the core region through which the signal light actually passes. Becomes larger. The effective density is affected by the cross-sectional area of the core through which the signal light passes (hereinafter, referred to as a “passing cross-sectional area”) and the light intensity distribution in the core radial direction. When the rare earth is uniformly added to the core, the effective concentration is proportional to the cross-sectional area, and the larger the cross-sectional area, the higher the effective concentration of the rare earth. This indicates that the effective density can be controlled by changing the cross-sectional area.
[0029]
The optical amplifying device 1 focuses on the mode field diameter MFD in order to control the passage cross-sectional area. As shown in FIG. 4, the mode field diameter MFD is proportional to the wavelength of the signal light, and the longer the wavelength, the larger the mode field diameter MFD, and the shorter the wavelength, the smaller the mode field diameter MFD. Therefore, as shown in FIG. 3, the signal light on the long wavelength band side is irrespective of the radially inner portion (signal light full band amplification portion 7a) and the outer portion (signal light long wavelength band amplification portion 7b) of the core 7. While the signal light passes relatively evenly, the signal light in the short wavelength band side is biased toward the radially inner portion (the signal light full-band amplification portion 7a). Therefore, the cross-sectional area of the signal light in the long wavelength band is larger than the cross-sectional area of the signal light in the short wavelength band. It is greater than the product of the density of light.
[0030]
However, as described above, the concentration length product required for the L band (1565 to 1625 nm) is about 5 times or more the concentration length product required for the C band (1530 to 1565 nm). For this reason, it is impossible to widen the amplification band only by the increase in the product of the concentration length caused by the increase in the cross-sectional area.
[0031]
Therefore, in the optical amplifying device 1, the concentration of the rare earth added in the radially outer portion of the core 7 (the signal light long wavelength band amplification portion 7b) is higher than that in the radially inner portion of the core. This makes it possible to amplify the long wavelength band light with higher amplification efficiency than the short wavelength band light. As a result, in the optical amplifying device 1, the effective concentration of the rare earth in the signal light in the long wavelength band is significantly higher than the effective concentration of the rare earth in the signal light in the short wavelength band. As a result, in the optical amplifying device 1, the concentration product in the signal light in the long wavelength band is significantly larger than the concentration product in the signal light in the short wavelength band. Therefore, a relatively short concentration-length product suitable for short-wavelength band light (such as C-band) and a relatively long concentration-length product suitable for long-wavelength band light (such as L-band) are converted into the same amplification optical fiber. 2 can be made. As a result, the optical amplifying device 1 achieves a wider band.
[0032]
In the optical amplifying device 1, the concentration of rare earth element (erbium) added in the radially inner part of the core 7 (the signal light full-band amplification part 7 a) and the radially outer part of the core 7 (the signal light long-wavelength band amplification part 7 b). Is increased toward the outside of the core 7 in the radial direction. Thereby, in the signal light in the short wavelength band side, it is possible to continuously vary the concentration length product according to the wavelength. In the optical amplifying device 1, the concentration strip product varies continuously according to the wavelength because the concentration strip product varies continuously in proportion to the wavelength. As a result, in the optical amplifying device 1, it is possible to set the concentration length product suitable for amplification of each wavelength, and the amplification efficiency is further improved accordingly.
[0033]
Such a structure of the amplification optical fiber 2 can be manufactured as follows.
[0034]
First method When manufacturing soot to be a core, while increasing the soot density to be the central part of the core 7 (the signal light full-band amplification part 7a), the peripheral part of the core 7 (the signal light long wavelength) The soot density to be the band amplification portion 7b) is made lower than the central portion. Then, the soot thus prepared is immersed in a rare earth (erbium or the like) -containing solution to add the rare earth to the soot. As a result, the amount of rare earth added in the core peripheral portion (signal light long wavelength band amplification portion 7b) is made higher than in the core central portion (signal light full band amplification portion 7a). This is based on the fact that the low-density region in the soot has a higher rare earth concentration than the high-density region.
[0035]
Second method A quartz glass rod (to which a small amount of Ge, Er, and Al is added) that can be the core 7 is used as a seed rod at the time of manufacturing the soot, so that the peripheral portion of the core 7 (signal light length) is used. The addition amount of the rare earth element in the wavelength band amplification section 7b) is increased from the central portion of the core 7 (the signal light full band amplification section 7a). This is based on the fact that rare earth is hardly added to the center of the core 7 made of a seed rod.
[0036]
Third method When the soot is immersed in the rare earth solution, only the side surface of the soot is immersed in the solution, so that the amount of the rare earth added to the peripheral portion of the core 7 (the signal light long wavelength band amplification portion 7b). From the center of the core 7 (the signal light full-band amplification portion 7a).
[0037]
Fourth method When soot is immersed in a rare earth solution, the entire soot is immersed in the solution at one time, so that the deaeration of the central part of the soot is insufficient. The added amount of the rare earth element in the optical long wavelength band amplification section 7b) is made higher than the central portion of the core 7 (the signal light full band amplification section 7a). This is based on the fact that the rare earth does not sufficiently penetrate into the region where the degassing is insufficient.
[0038]
The arrangement structure of the signal light full band amplification part 7a and the signal light long wavelength band amplification part 7b may be configured as shown in FIG. In the configuration of FIG. 3, the signal light full-band amplification portion 7a and the signal light long-wavelength band amplification portion 7b are formed continuously in the core 7 in the radial direction. In the configuration of FIG. 5, the signal light full-band amplification portion 7a 'and the signal light long-wavelength band amplification portion 7b' are formed discontinuously in the radial direction, and rare earth elements are present between the portions 7a 'and 7b'. A portion 7c to which no addition is made is provided. The signal light long wavelength band amplification section 7b 'has a higher concentration of rare earth (erbium) than the signal light full band amplification section 7a'. Furthermore, the concentration of the rare earth element added to the signal light full-band amplification portion 7a 'becomes higher toward the outside of the core 7 in the radial direction. In the signal light full-band amplification portion 7a ', the rare earth addition concentration is constant. Regarding the refractive index, the signal light long wavelength band amplification section 7b 'is set lower than the signal light full band amplification section 7a'. In FIG. 5, the dashed line indicates the light intensity in the C band, and the two-dot chain line indicates the light intensity in the L band.
[0039]
This configuration has the following advantages. That is, it is known that the amplification characteristic of a rare-earth-doped optical fiber (especially erbium-doped optical fiber) changes rapidly around 1560 to 1570 nm. With the configuration shown in FIG. 5, it is possible to rapidly increase the mode field diameter MFD at a wavelength near 1560 to 1570 nm. As a result, the effective concentration of the rare earth element with respect to light having a wavelength band longer than 1560 to 1570 nm, and furthermore, the product of the concentration of the rare earth element can be significantly increased. It is possible to give the product of the length of the article.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, not only the amplification band of the C band and the L band can be widened, but also the amplification of both bands can be performed with one amplification optical fiber. As described above, the present invention can provide an amplifying optical fiber and an optical amplifying device capable of performing broadband amplification.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical amplifying device incorporating an amplifying optical fiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the amplification optical fiber according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a rare earth concentration, a refractive index, and a light intensity of the amplification optical fiber according to the embodiment;
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a wavelength and a mode field diameter in an amplification optical fiber.
FIG. 5 is a diagram showing a rare earth concentration, a refractive index, and a light intensity of an amplification optical fiber according to a modified example of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical amplifier 2 Amplification optical fiber 3A, 3B WDM multiplexer 4A, 4B Excitation light source 5 Input end side transmission optical fiber 6 Output end side transmission optical fiber 7 Core 7a Signal light full band amplification part 7b Signal light length Wavelength band amplification part 8 Cladding MFD mode field diameter

Claims (9)

コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアの径方向外側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向内側部位より高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
A core, a rare earth element added to the core, and a clad provided radially outside the core,
Rare earth addition concentration of the radially outer portion of the core, higher than the radially inner portion of the core,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
請求項1に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記コアの径方向内側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
The amplification optical fiber according to claim 1,
The concentration of rare earth added at the radially inner portion of the core is increased toward the radially outer side of the core,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
請求項1または2に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記コアの径方向外側部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
The optical fiber for amplification according to claim 1 or 2,
The concentration of rare earth added at the radially outer portion of the core is increased toward the radially outer side of the core,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
コアと、前記コアに添加された希土類と、前記コアの径方向外側に設けられたクラッドとを有し、
前記コアは、コアの径方向内側部位に設けられた信号光全帯域増幅部位と、径方向外側部位に設けられた信号光長波長帯域増幅部位とを有しており、
前記信号光全帯域増幅部位は、増幅する全帯域光を増幅する部位であり、
前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記コアの径方向外側部位を通過しにくいために前記径方向外側部位では増幅効率の低い短波長帯域光を除く長波長帯域光を効率高く増幅する部位である、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
A core, a rare earth element added to the core, and a clad provided radially outside the core,
The core has a signal light full-band amplification portion provided at a radially inner portion of the core, and a signal light long-wavelength band amplification portion provided at a radially outer portion,
The signal light full-band amplification section is a section that amplifies the entire band light to be amplified,
The signal light long wavelength band amplification portion is a portion that efficiently amplifies long wavelength band light excluding short wavelength band light having low amplification efficiency at the radially outer portion because it is difficult to pass through the radially outer portion of the core. is there,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
請求項4に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記信号光長波長帯域増幅部位は、前記コアの信号光全帯域増幅部位より前記希土類の添加濃度が高い部位である、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
The amplification optical fiber according to claim 4,
The signal light long wavelength band amplification portion is a portion where the rare earth addition concentration is higher than the signal light full band amplification portion of the core,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
請求項5に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記信号光長波長帯域増幅部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
The amplification optical fiber according to claim 5,
The concentration of rare earth added in the signal light long wavelength band amplification portion is increased toward the outside in the radial direction of the core,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
請求項5または6に記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記信号光全帯域増幅部位の希土類添加濃度を、前記コアの径方向外側になるに連れて高くする、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
The amplification optical fiber according to claim 5 or 6,
The concentration of rare earth added in the signal light full-band amplification portion is increased toward the outside in the radial direction of the core,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
請求項1ないし7のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
前記希土類はエルビウムである、
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
The amplification optical fiber according to any one of claims 1 to 7,
The rare earth is erbium,
An optical fiber for amplification, characterized in that:
請求項1ないし8のいずれかに記載の増幅用光ファイバを有することを特徴とする光増幅装置。An optical amplification device comprising the amplification optical fiber according to any one of claims 1 to 8.
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