JP2004200690A - ツリウム添加光ファイバ増幅器 - Google Patents

ツリウム添加光ファイバ増幅器 Download PDF

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Abstract

【課題】実用化済みの高出力励起光源のみを利用した励起構造を採択することにより、コンパクト化でき、価格競争力を高めることができるツリウム添加光ファイバ増幅器を提供する。
【解決手段】Ｓ−バンドに属する光信号を増幅するためのツリウム添加光ファイバ４２０と、ＡＳＥを生成するとともに該ＡＳＥの循環経路であるループ（２５０，２６０，２７０，２１０）を形成してこれにより循環するＡＳＥをフィルタリングすることにより、Ｃ−バンドに属する所定の波長でピーク値を示すＡＳＥをツリウム添加光ファイバを励起するために出力する第１ポンピング部２００と、ツリウム添加光ファイバを励起するために励起光を出力する第２ポンピング部３００と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光伝送システムに関し、特に、光伝送路上に配置される光ファイバ増幅器に関する。
最近、幾何級数的に増加するデータ量により、波長分割多重化(wavelength division multiplexing；ＷＤＭ)光伝送システムにおいて伝送帯域幅の拡張が要求され、Ｃ−バンド(conventional band)(１５３０〜１５６０ｎｍ)とＬ−バンド(long band)(１５７０〜１６００ｎｍ)のみならず、Ｓ−バンド(１４５０〜１５００ｎｍ)を同時に利用する広帯域システムに関する研究が活発に進行されている。光伝送システムで光信号の増幅機能を行う光増幅器の場合、エルビウム(erbium)元素が添加された光ファイバ増幅器(erbium-doped fiber amplifier；ＥＤＦＡ)が広く利用されているが、その帯域幅は、Ｃ−バンドとＬ−バンドのそれぞれが３０ｎｍ程度で制限されている。また、ＥＤＦＡ増幅帯域として使用される拡張し難いＳ−バンドを増幅するための新たな増幅媒体であるツリウム(thulium)イオンが添加された光ファイバ増幅器(thulium-doped fiber amplifier；ＴＤＦＡ)に対する研究も活発に進行されている。しかし、ＴＤＦＡの場合、一般的に使用されるポンピング光源が１．０５／１．５６μｍまたは１．４／１．５６μｍであるが、このような波長を有する光を生成する高出力レーザダイオード(laser diode；ＬＤ)の実用化という問題点がある。
図１は、従来技術によるツリウム添加光ファイバ増幅器の構成を示す。このツリウム添加光ファイバ増幅器は、ＤＦＢ(distributed feedback)レーザダイオード１１２及びエルビウム添加光ファイバ増幅器１１４を有するポンプモジュール(pump module)１１０と、第１及び第２波長選択結合器(wavelength selective coupler；ＷＳＣ)１２０，１５０と、第１及び第２アイソレータ(isolator)１３０，１７０と、ポンピング光源(pumping source)１４０と、ツリウム添加光ファイバ１６０と、から構成される。
ＤＦＢレーザダイオード１１２は、１．５６μｍ波長の第１ポンピング光を出力し、エルビウム添加光ファイバ増幅器１１４は、第１ポンピング光を増幅して出力する。第１ポンピング光の出力が要求される出力に及ばないので、第１ポンピング光の出力を高めるためにエルビウム添加光ファイバ増幅器１１４が備えられる。エルビウム添加光ファイバ増幅器１１４は、エルビウム添加光ファイバと、該エルビウム添加光ファイバを励起するために０．９８μｍ波長のポンピング光を出力するレーザダイオードと、第１ポンピング光をエルビウム添加光ファイバに結合させるための波長選択結合器とから構成することができる。第１波長選択結合器１２０は、Ｓ−バンドに属する入力光信号と第１ポンピング光とを結合して出力する。第１アイソレータ１３０は、第１波長選択結合器１２０とツリウム添加光ファイバ１６０との間に配置されることにより、光信号とは逆方向に進行する逆方向光を遮断する。ポンピング光源１４０は、ツリウム添加光ファイバ１６０を励起するために０．９８μｍ波長の第２ポンピング光を出力し、第２波長選択結合器１５０は、入力される光信号及び第１ポンピング光と第２ポンピング光とを結合して出力する。ツリウム添加光ファイバ１６０は、第１及び第２ポンピング光により励起され、光信号を増幅して出力する。第２アイソレータ１７０は、ツリウム添加光ファイバ１６０の後方に配置され、光信号とは逆方向に進行する逆方向光を遮断する。
このように、従来技術によるツリウム添加光ファイバ増幅器は、実用化されたレーザダイオードをポンピング光源として利用し、０．９８／１．５６μｍのポンピング光を使用する。このような場合に、０．９８μｍ波長のポンピング光を生成するポンピング光源としては実用化済みの高出力レーザダイオードを使用することができるが、１．５６μｍ波長のポンピング光を生成する高出力レーザダイオードは実用化されていないので、一般的な低出力ＤＦＢレーザダイオードによるポンピング光をＥＤＦＡで増幅して使用する。しかし、このような場合には、別途の１．５６μｍのＤＦＢレーザダイオードとＥＤＦＡが必要であるので、コストアップのみならず、ボリュームの大きさからシステムの集積化に難点がある。
以上の背景に鑑みて本発明の目的は、実用化済みの高出力ポンピング光源のみを利用したポンピング構造を採択することにより、従来に比べてボリュームを減少させることができ、価格競争力を高めることができるツリウム添加光ファイバ増幅器を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明によるツリウム添加光ファイバ増幅器は、Ｓ−バンドに属する光信号を増幅するためのツリウム添加光ファイバと、このツリウム添加光ファイバを励起するためにＣ−バンドに属する所定の波長でピーク値を示す増幅自然放出光（ＡＳＥ）を出力する第１ポンピング部と、ツリウム添加光ファイバを励起するためにポンピング光を出力する第２ポンピング部と、を備えることを特徴とする。
その第１ポンピング部は、増幅自然放出光を生成するためのエルビウム添加光ファイバと、該エルビウム添加光ファイバの一方の側に配置され、増幅対象の光信号と増幅自然放出光を結合する結合器と、エルビウム添加光ファイバの他方の側に配置され、増幅自然放出光をパワー分割して結合器へ循環させる循環経路のループを形成する分岐部と、このループ上に配置され、Ｃ−バンドに属する所定の透過波長により、当該ループを循環する増幅自然放出光をフィルタリングするフィルタと、を備える構造とすることができる。この場合、第１ポンピング部は、エルビウム添加光ファイバの励起用に、所定の波長の光を出力するポンプレーザダイオードを備えることができる。また、第２ポンピング部も、所定の波長の光を出力するポンプレーザダイオードを備えることができ、これらポンプレーザダイオードが出力する所定の波長は、０．９８μｍのものを使用することができる。
また、本発明によれば、ツリウム添加光ファイバ増幅器において、Ｓ−バンドに属する光信号を増幅するためのツリウム添加光ファイバと、増幅自然放出光を生成するとともに該増幅自然放出光の循環経路であるループを形成してこれにより循環する前記増幅自然放出光をフィルタリングすることにより、Ｃ−バンドに属する所定の波長でピーク値を示す増幅自然放出光を前記ツリウム添加光ファイバを励起するために出力する第１ポンピング部と、ツリウム添加光ファイバを励起するためにポンピング光を出力する第２ポンピング部と、を備えることを特徴とする。
第１ポンピング部は、増幅自然放出光を生成するためのエルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバの一方の側に配置され、増幅対象の光信号と増幅自然放出光を結合する結合器と、エルビウム添加光ファイバの他方の側に配置され、増幅自然放出光をパワー分割して結合器へ循環させる循環経路のループを形成する分岐部と、このループ上に配置され、Ｃ−バンドに属する所定の透過波長により、当該ループを循環する増幅自然放出光をフィルタリングして出力するフィルタと、を備える構成とすることができる。この場合の第１ポンピング部は、エルビウム添加光ファイバを励起するためのポンピング光を出力するポンピング光源と、該ポンピング光をエルビウム添加光ファイバに結合させるための結合器と、をさらに備えることができる。また、第１ポンピング部は、ループ上に配置され、増幅自然放出光を一方向にのみ通過させるアイソレータをさらに備えることもできる。
第２ポンピング部は、ツリウム添加光ファイバを励起するためにポンピング光を出力するポンピング光源と、このポンピング光をツリウム添加光ファイバに結合させるための結合器と、を備える構成とすることができる。
また、第１ポンピング部は、ツリウム添加光ファイバの前方に配置されてツリウム添加光ファイバの前方励起(front-pumping)を遂行するものとし、そして、この第１ポンピング部とツリウム添加光ファイバとの間に配置されてツリウム添加光ファイバから逆流する光を遮断するアイソレータをさらに備えることができる。あるいは、第１ポンピング部は、ツリウム添加光ファイバの後方に配置されてツリウム添加光ファイバの後方励起(rear-pumping)を遂行するものとすることもできる。
本発明によるツリウム添加光ファイバ増幅器は、Ｓ−バンドの光信号を増幅するために、実用化された高出力ポンピング光源のみを利用したポンピング構造を採択することにより、従来に比べてボリュームを減少させることができ、価格競争力を高めることができる。
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
図２は、本発明によるツリウム添加光ファイバ増幅器の第１実施例を示す。この例のツリウム添加光ファイバ増幅器は、第１ポンピング部２００と、第２及び第３アイソレータ４１０，４３０と、第２ポンピング部３００と、ツリウム添加光ファイバ４２０とを備える。
第１ポンピング部２００は、ツリウム添加光ファイバ４２０を励起するためにＣ−バンドに属する所定の波長でピーク値を示す増幅自然放出光(amplified spontaneous emission；ＡＳＥ)を出力する。この第１ポンピング部２００は、第１及び第２波長選択結合器２３０，２１０と、第１ポンピング光源２２０と、エルビウム添加光ファイバ２４０と、分岐部２５０と、フィルタ２６０と、第１アイソレータ２７０とを備える。
第２波長選択結合器２１０は、エルビウム添加光ファイバ２４０の前方に配置され、入力されたＳ−バンドに属する光信号とＣ−バンドに属するフィルタリングされた増幅自然放出光とを結合して出力する。
第１ポンピング光源２２０は、エルビウム添加光ファイバ２４０を励起するために０．９８μｍ波長のポンピング光を出力する。第１ポンピング光源２２０としては、０．９８μｍ波長の光を出力する実用化済み高出力のポンプレーザダイオードを使用することができる。
第１波長選択結合器２３０は、第１ポンピング光源２２０から入力されるポンピング光と、第２波長選択結合器２１０を通じて入力される光信号及び増幅自然放出光とを結合して出力する。
エルビウム添加光ファイバ２４０は、第１波長選択結合器２３０を通じて入力されるポンピング光により励起されることにより、増幅自然放出光を発生させる。また、エルビウム添加光ファイバ２４０は、第１波長選択結合器２３０を通じて入力されるフィルタリング後の増幅自然放出光をエルビウムイオンの誘導放出を利用して増幅出力する。このエルビウム添加光ファイバ２４０は、１．５６μｍの波長で高出力を出すように最適化することにより、第１波長選択結合器２３０を通じて入力されるＳ−バンドの光信号を、エルビウム添加光ファイバ２４０内で損失なく通過させられる。
分岐部２５０は、エルビウム添加光ファイバ２４０の後方に配置され、第２波長選択結合器２１０とともに、増幅自然放出光の循環経路であるループ(loop)を形成する。分岐部２５０は、入力される増幅自然放出光をパワー分割し、そのパワー分割した一部(例えば、１０％)をループへ出力し、該パワー分割した残り(例えば、９０％)を第２アイソレータ４１０へ出力する。ループへ入力された増幅自然放出光はループに沿って循環する。このような分岐部２５０は、入力された光を１：９の比率でパワー分割するビームスプリッタ(beam splitter；ＢＳ)を使用することができる。
フィルタ２６０は、ループ上に配置され、Ｃ−バンドに属する所定の透過波長により、循環する増幅自然放出光をフィルタリングして出力する。すなわち、フィルタ２６０は、入力された増幅自然放出光における１．５６μｍの波長を有する成分のみを透過させ、その残りは遮断する。
第１アイソレータ２７０は、ループ上に配置され、フィルタ２６０を通過した増幅自然放出光を通過させ、その逆方向に進行する光は遮断する。すなわち、第１アイソレータ２７０は、第２波長選択結合器２１０から逆流してくる光を遮断する。
フィルタリングされた増幅自然放出光は、第２波長選択結合器２１０へ入力され、第２波長選択結合器２１０は、フィルタリングされた増幅自然放出光と光信号とを結合して出力する。このような循環過程を通じて、第１ポンピング部２００は、１．５６μｍの波長を有する高出力の増幅自然放出光を出力する。
第２アイソレータ４１０は、分岐部２５０と第２ポンピング部３００との間に配置されることにより、分岐部２５０から入力される光信号及び増幅自然放出光を通過させ、その逆方向に進行する光を遮断する。
第２ポンピング部３００は、ツリウム添加光ファイバ４２０を励起するためにポンピング光を出力し、第２ポンピング光源３１０と第３波長選択結合器３２０とを備える。
第２ポンピング光源３１０は、ツリウム添加光ファイバ４２０を励起するために０．９８μｍ波長のポンピング光を出力する。この第２ポンピング光源３１０は、０．９８μｍ波長の光を出力する実用化済み高出力のポンプレーザダイオード(pump LD)を使用することができる。
第３波長選択結合器３２０は、第２ポンピング光源３１０から入力されるポンピング光と第２アイソレータ４１０を通じて入力される光信号及び増幅自然放出光とを結合して出力する。
ツリウム添加光ファイバ４２０は、第３波長選択結合器３２０を通じて入力されるポンピング光と増幅自然放出光により励起されることにより、その内部を通過する光信号を増幅して出力する。
第３アイソレータ４３０は、ツリウム添加光ファイバ４２０の後方に配置され、ツリウム添加光ファイバ４２０を通じて入力される光信号は通過させ、その逆方向に進行する光は遮断する。
図３は、本発明によるツリウム添加光ファイバ増幅器の第２実施例を示す。
この例のツリウム添加光ファイバ増幅器は、第２及び第３アイソレータ７１０，７３０と、第２ポンピング部６００と、ツリウム添加光ファイバ７２０と、第１ポンピング部５００とを備える。
第２アイソレータ７１０は、第２ポンピング部６００の前方に配置され、入力光信号は通過させ、その逆方向に進行する光は遮断する。
第２ポンピング部６００は、ツリウム添加光ファイバ７２０を励起するためにポンピング光を出力し、この第２ポンピング部６００は、第２ポンピング光源６１０と第３波長選択結合器６２０とを備える。
第２ポンピング光源６１０は、ツリウム添加光ファイバ７２０を励起するために０．９８μｍ波長のポンピング光を出力する。この第２ポンピング光源６１０は、０．９８μｍ波長の光を出力する実用化済み高出力のポンプレーザダイオードを使用することができる。
第３波長選択結合器６２０は、第２ポンピング光源６１０から入力されるポンピング光と第２アイソレータ７１０を通じて入力される光信号とを結合して出力する。
ツリウム添加光ファイバ７２０は、第３波長選択結合器７１０から入力されるポンピング光と第１増幅部５００から入力される増幅自然放出光により励起されることにより、その内部を通過する光信号を増幅して出力する。
第１ポンピング部５００は、ツリウム添加光ファイバ７２０を励起するためにＣ−バンドに属する所定の波長でピーク値を示す増幅自然放出光を出力する。この第１ポンピング部５００は、分岐部５１０、第１ポンピング光源５２０、第１波長選択結合器５３０、エルビウム添加光ファイバ５４０、第２波長選択結合器５５０、フィルタ５６０、及び第１アイソレータ５７０を備える。
分岐部５１０は、ツリウム添加光ファイバ７２０の後方に配置され、第２波長選択結合器５５０とともに、増幅自然放出光の循環経路であるループを形成する。分岐部５１０は、入力される増幅自然放出光をパワー分割し、そのパワー分割した一部(例えば、１０％)をループへ出力し、そのパワー分割した残り(例えば、９０％)をツリウム添加光ファイバ７２０へ出力する。ループへ入力された増幅自然放出光は、ループに沿って循環するようになる。この分岐部５１０は、入力された光を１：９の比率でパワー分割するビームスプリッタを使用することができる。
第１ポンピング光源５２０は、エルビウム添加光ファイバ５４０を励起するために０．９８μｍ波長のポンピング光を出力する。この第１ポンピング光源５２０は、０．９８μｍ波長の光を出力する実用化済み高出力のポンプレーザダイオードを使用することができる。
第１波長選択結合器５３０は、第１ポンピング光源５２０からのポンピング光と分岐部５１０を通じて入力される光信号とを結合して出力し、また、エルビウム添加光ファイバ５４０から生成されて逆方向に進行する増幅自然放出光を通過させる。
エルビウム添加光ファイバ５４０は、第１波長選択結合器５３０を通じて入力されるポンピング光により励起されることにより、増幅自然放出光を発生させる。また、エルビウム添加光ファイバ５４０は、第２波長選択結合器５５０を通じて入力されるフィルタリング後の増幅自然放出光をエルビウムイオンの誘導放出を利用して増幅出力する。エルビウム添加光ファイバ５４０は、１．５６μｍの波長で高出力を出すように最適化することにより、第１波長選択結合器５３０を通じて入力されるＳ−バンドの光信号を、エルビウム添加光ファイバ５４０内でほぼ吸収せず通過させられる。
第２波長選択結合器５５０は、エルビウム添加光ファイバ２４０の後方に配置され、入力されるＳ−バンドに属する光信号を第３アイソレータ７３０へ出力し、Ｃ−バンドに属するフィルタリング後の増幅自然放出光をエルビウム添加光ファイバ５４０へ出力する。
第１アイソレータ５７０はループ上に配置され、増幅自然放出光を通過させ、その逆方向に進行する光は遮断する。すなわち、第１アイソレータ５７０は、フィルタ５６０から逆流してくる光を遮断する。
フィルタ５６０はループ上に配置され、Ｃ−バンドに属する所定の透過波長により、循環する増幅自然放出光をフィルタリングして出力する。すなわち、フィルタ５６０は、入力された増幅自然放出光における１．５６μｍの波長を有する成分のみを透過させ、その残りは遮断する。
フィルタ５６０を通過したフィルタリング後の増幅自然放出光は、第２波長選択結合器５５０へ入力され、第２波長選択結合器５５０は、フィルタリング後の増幅自然放出光をエルビウム添加光ファイバ５４０へ出力する。このような循環過程を通じて、第１ポンピング部５００は、１．５６μｍの波長を有する高出力の増幅自然放出光を出力するようになる。
第３アイソレータ７３０は、第２波長選択結合器５５０の後方に配置され、第２波長選択結合器５５０を通じて入力される光信号は通過させ、その逆方向に進行する光は遮断する。
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
従来技術によるツリウム添加光ファイバ増幅器の構成を示す図。 本発明によるツリウム添加光ファイバ増幅器の第１実施例を示す図。 本発明によるツリウム添加光ファイバ増幅器の第２実施例を示す図。
符号の説明
２００ 第１ポンピング部
２１０，２３０ 波長選択結合器
２２０ ポンピング光源
２４０ エルビウム添加光ファイバ
２５０ 分岐部
２６０ フィルタ
２７０ アイソレータ
３００ 第２ポンピング部
３１０ ポンピング光源
３２０ 波長選択結合器
４１０，４３０ アイソレータ
４２０ ツリウム添加光ファイバ
５００ 第１ポンピング部
５１０ 分岐部
５２０ ポンピング光源
５３０，５５０ 波長選択結合器
５４０ エルビウム添加光ファイバ
５６０ フィルタ
５７０ アイソレータ
６００ 第２ポンピング部
６１０ ポンピング光源
６２０ 波長選択結合器
７１０，７３０ アイソレータ
７２０ ツリウム添加光ファイバ

Claims (12)

  1. ツリウム添加光ファイバ増幅器において、
    Ｓ−バンドに属する光信号を増幅するためのツリウム添加光ファイバと、
    前記ツリウム添加光ファイバを励起するためにＣ−バンドに属する所定の波長でピーク値を示す増幅自然放出光を出力する第１ポンピング部と、
    前記ツリウム添加光ファイバを励起するための第２ポンピング部と、を備えることを特徴とするツリウム添加光ファイバ増幅器。
  2. 第１ポンピング部は、
    増幅自然放出光を生成するためのエルビウム添加光ファイバと、
    該エルビウム添加光ファイバの一方の側に配置され、増幅対象の光信号と前記増幅自然放出光を結合する結合器と、
    前記エルビウム添加光ファイバの他方の側に配置され、前記増幅自然放出光をパワー分割して前記結合器へ循環させる循環経路のループを形成する分岐部と、
    前記ループ上に配置され、Ｃ−バンドに属する所定の透過波長により、当該ループを循環する増幅自然放出光をフィルタリングするフィルタと、を備える請求項１記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  3. 第１ポンピング部は、エルビウム添加光ファイバの励起用に、所定の波長の光を出力するポンプレーザダイオードを備える請求項２記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  4. 第２ポンピング部は、所定の波長の光を出力するポンプレーザダイオードを備える請求項１記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  5. ポンプレーザダイオードが出力する所定の波長は、０．９８μｍである請求項３又は請求項４記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  6. ツリウム添加光ファイバ増幅器において、
    Ｓ−バンドに属する光信号を増幅するためのツリウム添加光ファイバと、
    増幅自然放出光を生成するとともに該増幅自然放出光の循環経路であるループを形成してこれにより循環する前記増幅自然放出光をフィルタリングすることにより、Ｃ−バンドに属する所定の波長でピーク値を示す増幅自然放出光を前記ツリウム添加光ファイバを励起するために出力する第１ポンピング部と、
    前記ツリウム添加光ファイバを励起するためにポンピング光を出力する第２ポンピング部と、を備えることを特徴とするツリウム添加光ファイバ増幅器。
  7. 第１ポンピング部は、
    増幅自然放出光を生成するためのエルビウム添加光ファイバと、
    前記エルビウム添加光ファイバの一方の側に配置され、増幅対象の光信号と前記増幅自然放出光を結合する結合器と、
    前記エルビウム添加光ファイバの他方の側に配置され、前記増幅自然放出光をパワー分割して前記結合器へ循環させる循環経路のループを形成する分岐部と、
    前記ループ上に配置され、Ｃ−バンドに属する所定の透過波長により、当該ループを循環する増幅自然放出光をフィルタリングして出力するフィルタと、を備える請求項６記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  8. 第１ポンピング部は、
    エルビウム添加光ファイバを励起するためのポンピング光を出力するポンピング光源と、
    前記ポンピング光を前記エルビウム添加光ファイバに結合させるための結合器と、をさらに備える請求項７記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  9. 第１ポンピング部は、ループ上に配置され、増幅自然放出光を一方向にのみ通過させるアイソレータをさらに備える請求項７記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  10. 第２ポンピング部は、
    ツリウム添加光ファイバを励起するためにポンピング光を出力するポンピング光源と、
    前記ポンピング光を前記ツリウム添加光ファイバに結合させるための結合器と、を備える請求項６記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  11. 第１ポンピング部は、ツリウム添加光ファイバの前方に配置されて前記ツリウム添加光ファイバの前方励起(front-pumping)を遂行し、そして、この第１ポンピング部と前記ツリウム添加光ファイバとの間に配置されて前記ツリウム添加光ファイバから逆流する光を遮断するアイソレータをさらに備える請求項６記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
  12. 第１ポンピング部は、ツリウム添加光ファイバの後方に配置されて前記ツリウム添加光ファイバの後方励起(rear-pumping)を遂行する請求項６記載のツリウム添加光ファイバ増幅器。
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