JP2006245244A - 光増幅性導波路 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｃバンドにおいて利得平坦度が優れ、励起光波長の変動に対するトレランスが優れた光増幅性導波路を提供する。
【解決手段】 本発明に係る光増幅性導波路は、Ｅｒ元素を添加され、９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上の波長の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１１.５％より小さくなることを特徴とする。また、この相対利得偏差が１１％より小さくなる波長範囲の幅が３６ｎｍ以上であるのが好適である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｅｒ元素を添加された光増幅性導波路に関するものである。

Ｅｒ元素を添加された光増幅性導波路は、光導波領域にＥｒ元素を添加された光導波路（例えば光ファイバ）であって、Ｅｒ元素を励起し得る波長の励起光を導波するとともに、光増幅されるべきＣバンドの信号光をも導波することができる。一般に、Ｅｒ元素を励起する励起光としては波長０.９８μｍ帯の励起光が用いられる（例えば特許文献１や非特許文献１を参照）。また、波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）光伝送システムにおいて光増幅性導波路により多波長の信号光を一括光増幅する場合等を考慮すると、光増幅性導波路の利得スペクトルは、利得平坦度が優れていること（すなわち、広い信号光波長帯域において利得偏差が小さいこと）が望まれる。
米国特許第６６２１６２４号明細書 A. J.G. Ellison, et al., "Hybrid Erbium Silicate Conventional-Band FiberAmplifier with Ultra-Low Gain Ripple", OAA1999, Postdeadline papers 2,(1999)

ＥＤＦにおいては、波長０.９８μｍ帯の励起光の波長の僅かな相違に因り、波長１.５３μｍ帯の利得スペクトルの形状は大きく変化することが知られている。しかしながら、上記２文献では、励起光波長として「980ｎｍ」または「about 980ｎｍ」と記載されているのみであり、励起光波長と利得スペクトルとの間の関係や利得平坦度については何ら考慮や言及がない。

また、利得スペクトルの形状が励起光波長に依存することは、励起光を出力する光源（一般にはレーザダイオードおよび波長安定用ファイバグレーティングを含む）の製造ばらつきの観点から望ましくなく、また、稼働時のレーザダイオードや波長安定用ファイバグレーティングの特性変動の観点からも望ましくない。

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、Ｃバンドにおいて利得平坦度が優れ、励起光波長の変動に対するトレランスが優れた光増幅性導波路を提供することを目的とする。

本発明に係る光増幅性導波路は、Ｅｒ元素を添加され、９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上の波長の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１１.５％より小さくなることを特徴とする。また、この相対利得偏差が１１.５％より小さくなる波長範囲の幅が３６ｎｍ以上であるのが好適である。なお、相対利得偏差は「100×(利得ピーク値−利得最小値)／利得最小値」で定義される。

本発明に係る光増幅性導波路は、９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上の波長の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１０％より小さくなるのが好適である。また、この相対利得偏差が１０％より小さくなる波長範囲の幅が３６ｎｍ以上であるのが好適である。

本発明に係る光増幅性導波路は、波長０.９８μｍ帯の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１４％より大きくなる励起光波長域の幅が３ｎｍより狭いのが好適である。

本発明に係る光増幅性導波路は、Ｅｒ元素を添加され、波長０.９８μｍ帯における最適化された波長の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、波長１５２４.５ｎｍにおける利得と利得ピーク値とで決まる相対利得偏差が３５％より小さくなることを特徴とする。また、この相対利得偏差が３０％より小さくなるのが好適である。

本発明に係る光増幅性導波路は、波長０.９８μｍ帯周辺の吸収係数スペクトルの半値全幅が２２ｎｍ以上であるのが好適である。

本発明に係る光増幅性導波路は、Ｅｒ元素を添加され、波長１.４８μｍ帯の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１２％より小さくなることを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、利得偏差を等化するフィルタを含まない状態で、波長１５２４.５ｎｍにおける利得がＡｌ共添加ＥＤＦＡより高く、波長帯域１５２４.５ｎｍ〜１５５７.５ｎｍにおける相対利得偏差が３５％以下となることを特徴とする。

本発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素を添加された光増幅性導波路を備え、前記光増幅性導波路の示す利得スペクトルにおいて、信号波長域全域で規定される単位波長域当たりの相対利得偏差が０.３％／ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る光増幅性導波路は、Ｃバンドにおいて利得平坦度が優れ、励起光波長の変動に対するトレランスが優れたものとなる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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。また、以下では、Ｅｒ元素を添加された光増幅性導波路として、コア領域にＥｒ元素を添加された石英系光ファイバ（ＥＤＦ:Erbium-Doped Fiber）について説明する。

図１は、サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの諸元を纏めた図表である。サンプルａのＥＤＦはＢ元素およびＦ元素の何れも添加されていないＡｌ共添加ＥＤＦであり、これに対して、サンプルｂ〜ｄそれぞれのＥＤＦはＢ元素を更に添加され、サンプルｅのＥＤＦはＦ元素を更に添加されている。

同図（ａ）には、サンプルａ〜ｄそれぞれのＥＤＦについて、Ｂ元素濃度（wt％）、Ｇｅ元素濃度（wt％）、Ａｌ元素濃度（wt％）、Ｅｒ元素濃度（wt・ppm）、非飽和吸収αのピーク波長（ｎｍ）、波長１.５３μｍにおける吸収（ｄＢ／ｍ）、モードフィールド径（μｍ）、カットオフ波長（μｍ）、通常の１.３μｍ帯零分散の単一モード光ファイバとの融着ロス１（ｄＢ）、および、Corning社製の光ファイバHI980との融着ロス２（ｄＢ）、それぞれが示されている。

また、同図（ｂ）には、サンプルｅのＥＤＦについて、Ｆ元素濃度（wt％）、Ｇｅ元素濃度（wt％）、Ａｌ元素濃度（wt％）、Ｅｒ元素濃度（wt・ppm）、非飽和吸収αのピーク波長（ｎｍ）、波長１.５３μｍにおける吸収（ｄＢ／ｍ）、モードフィールド径（μｍ）、カットオフ波長（μｍ）、通常の１.３μｍ帯零分散の単一モード光ファイバとの融着ロス１（ｄＢ）、および、Corning社製の光ファイバHI980との融着ロス２（ｄＢ）、それぞれが示されている。

図２は、サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの単位長さ当たりの非飽和利得ｇ＊の波長依存性を示すグラフである。図３は、サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの単位長さ当たりの非飽和吸収αの波長依存性を示すグラフである。これらの図では、ピーク値が１０となるように非飽和利得ｇ＊および非飽和吸収αそれぞれが規格化されている。また、図４は、サンプルａ〜ｄそれぞれのＥＤＦについて非飽和吸収αのピーク波長とＢ元素濃度との関係を示すグラフである。

こられの図から判るように、サンプルｂ〜ｄそれぞれのＥＤＦにおいて、Ｂ元素濃度を高めることにより、非飽和利得ｇ＊の波長１.５５μｍ帯の肩上の領域（以下では、１.５３μｍ帯メインピークに対してサテライト領域と呼ぶ。）が徐々に持ち上がり、利得平坦化に寄与することが予想される。Ｂ元素濃度を高めることにより、また、図３から判るように、非飽和吸収α（および非飽和利得ｇ＊）のピーク波長が短波長側にシフトする効果が得られる。

本効果は、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）における光増幅のみでなく、これより短波長側の光増幅が必要な用途に好適である。こうした用途の一つに、ＣＷＤＭ（CourseＷＤＭ）における中心波長１５３１ｎｍのチャネルの増幅がある。ＣＷＤＭでは、信号光源として温度調整のない分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ-ＬＤ）が用いられるので、信号光波長が±６.５ｎｍの範囲で変動し得る。すなわち、この全範囲の波長域１５２４.５ｎｍ〜１５３７.５ｎｍの全域で実用上十分な利得が必要となる。

然るに、サンプルａのＥＤＦでは、Ｃバンドにおける利得と比較し、波長１５２４.５ｎｍでの利得の落ち込みが大きく、ＣＷＤＭ用途には適しない。文献「K.W. Bennett, etal., OAA1997, Postdeadline papers 4, (1997)」のFig.1-(b)では、利得ピーク値が２９.２ｄＢであるのに対し、波長１５２４.５ｎｍでの利得は２０ｄＢとほぼ２／３のレベルしかない。相対利得偏差を求めるなら実に (29.2−20)／20＝４６％ である。非特許文献２のFig.5に示されたＥＤＦに到っては、波長１.５３μｍ帯利得ピーク値が通常のＥＤＦより若干長波長側にシフトする分、一層不利となり、波長１５２４.５ｎｍでの利得は１７ｄＢ程度しかない。相対利得偏差を求めるなら (31−17)／17＝８２％ にも達する。

図５は、サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの利得スペクトルを評価する際に用いた評価システムの構成を示す図である。この図に示される評価システム１は、ＥＤＦ２の利得スペクトルを評価するものであって、白色光源１１、可変光減衰器１２、光アイソレータ１３、ＷＤＭカプラ１４、励起光源１５、恒温槽１６、光アイソレータ１７、光減衰器１８および光スペクトルアナライザ１９を備える。

白色光源１１は、Ｃバンド（およびＳバンド）の白色光を出力する。可変光減衰器１２は、減衰率が可変であって、白色光源１１から出力された白色光を減衰させ、その減衰させた後の光を光アイソレータ１３へ出力する。光アイソレータ１３，１７それぞれは、白色光源１１から光スペクトルアナライザ１９へ向う順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。

ＷＤＭカプラ１４は、光アイソレータ１３から到達した光をＥＤＦ２へ出力するとともに、励起光源１５から到達した励起光をもＥＤＦ２へ出力する。励起光源１５は、励起光をＷＤＭカプラ１４へ出力する。恒温槽１６は、ＥＤＦ２を当該内部に入れて、そのＥＤＦ２の温度を所定値に維持する。ＥＤＦ２としては、上述したサンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの何れかが用いられる。

光減衰器１８は、減衰率が１０ｄＢの固定であって、光アイソレータ１７から出力された光を減衰させ、その減衰させた後の光を光スペクトルアナライザ１９へ出力する。光スペクトルアナライザ１９は、光減衰器１３から出力された光を入力して、その光のスペクトルを測定する。

この評価システム１を用いてＥＤＦ２（サンプルａ〜ｅ）の利得スペクトルの測定は以下のようにして行われた。励起光源１５から出力された励起光（波長０.９８μｍ帯の何れかの波長、パワー１５０ｍＷ固定）は、ＷＤＭカプラ１４を経てＥＤＦ２に供給された。白色光源１１から出力された白色光は、可変光減衰器１２、光アイソレータ１３およびＷＤＭカプラ１４を経て、恒温槽１６内に入れられた温度２５℃のＥＤＦ２により光増幅された。このときＥＤＦ２に入力する白色光の全パワーは０ｄＢｍであった。そして、このＥＤＦ２において光増幅された光は、光アイソレータ１７および光減衰器１８を経て光スペクトルアナライザ１９に入力し、この光スペクトルアナライザ１９によりスペクトルが測定された。

なお、白色光源１１として、市販されているＣバンド平坦化白色光源に加えて、ＥＤＦで発生するＡＳＥ光からＣバンドＡＳＥ光を除去したＳバンドＡＳＥ光源を併用した。図６は、評価システム１においてＷＤＭカプラ１４と光アイソレータとの間にＥＤＦ２を挿入しない場合に光スペクトルアナライザ１９により得られたスペクトルを示す図である。同図中、太線は、白色光源１１としてＣバンド平坦化白色光源およびＳバンドＡＳＥ光源の双方を用いた場合を示す。細線は、白色光源１１としてＣバンド平坦化白色光源のみを用いた場合を示す。

ＥＤＦ２の利得スペクトルは、ＷＤＭカプラ１４と光アイソレータとの間にＥＤＦ２が挿入されている状態で光スペクトルアナライザ１９により得られたスペクトルと、ＷＤＭカプラ１４と光アイソレータとの間にＥＤＦ２が挿入されていない状態で光スペクトルアナライザ１９により得られたスペクトル（図６）との差から求められる。

図７は、評価システム１を用いて測定されたサンプルｃのＥＤＦ（長さ３ｍ）の利得スペクトルを示す図である。サンプルｃのＥＤＦは、図２，図３に示された非飽和利得ｇ＊および非飽和吸収αそれぞれの波長依存性からは、最も平坦で広帯域な利得スペクトル形状が得られることが期待された。しかし、サンプルｃのＥＤＦは、Ｂ濃度が高過ぎるために励起寿命が短くなり、図７のとおり、０.９８μｍ帯でパワー１８０ｍＷの励起光で励起しても、吸収から利得に転じるのが精々であった。利得スペクトルの形状のみならず、励起寿命の励起効率への影響も重要である。

図８は、評価システム１を用いて測定されたサンプルａのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。図９は、評価システム１を用いて測定されたサンプルｂのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。図１０は、評価システム１を用いて測定されたサンプルｄのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。また、図１１は、評価システム１を用いて測定されたサンプルｅのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。ここでは、励起波長については９７４.４ｎｍ，９７５.８ｎｍ，９７８.５ｎｍ，９８０.３ｎｍおよび９８２.１ｎｍの５とおりに設定した。また、Ｃバンドにおける２つの利得ピークが互いに同レベルとなるように反転分布を最適化し、且つ利得ピーク値が２０ｄＢになるように規格化した。サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦの利得スペクトルに関しては、励起効率の差違があるものの、利得を実現することができた。

図１２は、サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦについて相対利得偏差と励起光波長との関係を示すグラフである。図１３は、サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦについて実効帯域と励起光波長との関係を示すグラフである。また、図１４は、サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦについて比（相対利得偏差／実効帯域）と励起光波長との関係を示すグラフである。これらは、図８〜図１１から求められたものである。相対利得偏差は「100×(利得ピーク値−波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値)／波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値」で定義される。実効帯域は、波長１５３８ｎｍ付近の波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値より利得が大きくなる帯域の幅である。また、比（相対利得偏差／実効帯域）は、単位帯域幅あたりの相対利得偏差を意味する。

これらの図から以下の知見が得られる。サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦは、励起光波長が９７８ｎｍ付近であるときには相対利得偏差が大きいが、励起光波長が９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上であるときには相対利得偏差が小さい。サンプルｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦは、励起光波長が９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上であるときの相対利得偏差が１１％以下である。特に、サンプルｅのＥＤＦは、励起光波長が９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上であるときの相対利得偏差が１０％以下である。一方、サンプルａのＥＤＦは、励起光波長が如何なる値であっても相対利得偏差が１１％以下とはならない。

ここで注目すべきことは、サンプルｄ、ｅのＥＤＦでは、図２を見る限り、非飽和利得ｇ*の波長１.５５μｍ帯サテライト部分は、寧ろ通常のＥＤＦ（サンプルａ）より低い、と云うことである。サンプルｅのＥＤＦは、波長１.５３μｍ帯メインピークに対する波長１.５５μｍ帯サテライトピークの相対的高さが最も低いが、メインピークの長波長側斜面の角度に、サテライト部分の角度も最も近く滑らかにつながるので、図８〜図１４に示されるとおり、相対利得偏差が改善されたと考えられる。文献「S.Shen and A. Jha, Optical Materials, vol.25, pp.321-333 (2004)」のTable.2に組成の示される各ガラスサンプルでは、フッ素添加により、蛍光特性の半値全幅を広げた事例が見られるが、本実施例のサンプルｅのＥＤＦは、この文献に開示されたフッ素添加の効果（つまり非飽和利得ｇ*の半値全幅増大）を活用したものでは無いことは明白である。

また、サンプルａのＥＤＦは、相対利得偏差が劣化する励起波長範囲が広い。例えば、相対利得偏差が１４％以上となる波長域は、サンプルａのＥＤＦでは略４ｎｍであるのに対して、その他のサンプルｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦは何れも２ｎｍ以下である。特にサンプルｅのＥＤＦでは、相対利得偏差が１４％以上となる波長域が殆ど無い。

また、励起光波長９７６ｎｍ以下と励起光波長９８１ｎｍ以上とでは、前者の方が実効帯域は広い。サンプルｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦでは、相対利得偏差は１１％以下を保ちつつ、実効帯域は３６ｎｍを超える。特にサンプルｂおよびｄそれぞれのＥＤＦでは、実効帯域は３８ｎｍを超える。

さらに、相対利得偏差および実効帯域の双方を勘案したパラメータとして単位帯域あたりの相対利得偏差に着目すると、サンプルａのＥＤＦでは、励起波長をどの様に調整しようとも、単位帯域あたりの相対利得偏差を０.３[％／ｎｍ]以下とすることができないが、その他のサンプルｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦでは、９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上の励起波長域で、単位帯域あたりの相対利得偏差を０.３[％／ｎｍ]以下とすることができる。最も良好な値をとるサンプルｅのＥＤＦでは、９７６ｎｍ励起時に単位帯域あたりの相対利得偏差が０.２６という低い値をとる。

上述のとおり、Ｂ添加は利得スペクトルだけではなく励起効率にも顕著に影響する。そこで、両者を勘案してサンプルｂ，ｄ，ｅなどの新組成のＥＤＦの実用性を検証する為に、以下の手順でＥＤＦの利得スペクトルを評価した。まず、上記の実施例のとおり、信号光入力パワーを０ｄＢとし、順方向励起パワーを１５０ｍＷに設定した。次に、励起波長については、利得スペクトルの実効帯域の拡張が最も顕著な９７６ｎｍに設定した。そして、１.５３μｍ帯および１.５６μｍ帯それぞれの利得ピークが互いに同レベルになるように、各ＥＤＦサンプルの長さを調整した。上記の結果、サンプルａのＥＤＦの長さを６ｍとし、サンプルｂのＥＤＦの長さを４.７ｍとし、サンプルｄのＥＤＦの長さを４.２ｍとし、また、サンプルｅのＥＤＦの長さを１.１ｍとした。

なお、Ｂ／Ａｌ共添加ＥＤＦの励起効率の劣化を補う為に、サンプルｂ（長さ３.３ｍ）とサンプルａ（長さ２.０ｍ）とを接続したハイブリッド構成のサンプル、および、サンプルｄ（長さ２.９ｍ）とサンプルａ（長さ２.０ｍ）とを接続したハイブリッド構成のサンプルをも評価した。各ハイブリッド構成における各ＥＤＦの長さ配分は、利得平坦度の劣化が無く、励起効率を高められるように何れも最適化されている。この場合の利得スペクトルおよび相対利得偏差が図１５，図１６に示されている。

図１５は、サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦならびにサンプルｂ＋ａおよびサンプルｄ＋ａそれぞれのハイブリッド構成ＥＤＦの各利得スペクトルを示す図である。また、図１６は、サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦならびにサンプルｂ＋ａおよびサンプルｄ＋ａそれぞれのハイブリッド構成ＥＤＦの各相対利得偏差を纏めた図表である。特にサンプルｂやｄのＥＤＦでは、利得スペクトルが短波長側に広がっており、上述のＣＷＤＭへの用途にも転用可能であることが期待されるので、利得の最小値を、波長１５３８ｎｍ付近の極小値ではなく、波長１５２４.５ｎｍでの利得とした。図８は、波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値を波長１５３８ｎｍ付近の極小値とした場合の相対利得偏差１と、波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値を波長１５２４.５ｎｍでの利得とした場合の相対利得偏差２とを示す。

これらの図から以下の知見が得られる。サンプルａ，ｂおよびｄそれぞれのＥＤＦの相対利得偏差から、Ｂ濃度を高くすれば相対利得偏差は改善されるが、その一方で励起効率は低下することが判る。単体の場合は、サンプルｂおよびｄのＥＤＦの何れも、波長１５２４.５ｎｍにおいて通常のＥＤＦより高い利得を実現することができない。

また、ハイブリッド構成の導入による相対利得偏差の劣化は、相対利得偏差１，２共に殆ど生じない。

また、ハイブリッド構成では、サンプルｂ＋ａでもサンプルｄ＋ａでも、波長１５２４.５ｎｍにおいて通常のＥＤＦより高い利得を実現することができる。

また、相対利得偏差２は、サンプルａのＥＤＦでは３７.１％であるのに対して、サンプルｂ，ｄ単体およびハイブリッド構成は何れも３０％を下回る。したがって、コスト上の理由などで利得等化器を用いられない場合は、両ハイブリッド構成のＥＤＦは、通常のＡｌ共添加ＥＤＦと比較して、利得最小値（１５２４.５ｎｍにおける）が高く、利得偏差が小さい、というメリットを有する。

すなわち、両ハイブリッド構成のＥＤＦを光増幅媒体として用いた光増幅器は、利得偏差を等化するフィルタを含まない状態で、波長１５２４.５ｎｍにおける利得がＡｌ共添加ＥＤＦＡより高く、波長帯域１５２４.５ｎｍ〜１５５７.５ｎｍにおける相対利得偏差が３５％以下となる。

さらに、サンプルｅのＥＤＦの励起効率が最も低いが、これは図１のとおりモードフィールド径が大きく、またＥｒ濃度も高いので濃度消光の影響があると思われる。

図１７は、サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦの０.９８μｍ帯吸収スペクトルを示す図である。サンプルｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦの吸収スペクトルの半値全幅は、サンプルａのＥＤＦの場合の２０ｎｍと比較して約１割増しの２２ｎｍとなっており、このことから、サンプルｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦを光増幅媒体として用いた場合には励起波長の選定が容易になることが期待される。

ただし、波長０.９８μｍ帯非飽和吸収ピーク値α_0.98と波長１.５３μｍ帯非飽和吸収ピーク値α_1.53との比（α_0.98／α_1.53）は、サンプルａのＥＤＦでは７３％であるのに対し、サンプルｂ，ｄ，ｅのＥＤＦでは各々４４、４９、５５％と低い。これは図１に示すように、導波路構造の違いも一因である。すなわち、サンプルａのＥＤＦのカットオフ波長が最も短い。しかし、これを考慮しても、ここまで大きな比（α_0.98／α_1.53）の差とはならないので、やはり組成の違いも影響している。

波長０.９８μｍ帯励起と並んで広く用いられる波長１.４８μｍ帯励起ならば、上記の比（α_0.98／α_1.53）の差は問題にならない。また、波長１.４８μｍ帯励起ＬＤは、波長０.９８μｍ帯励起ＬＤと比較し、信頼性が高いという利点も有する。波長１.４８μｍ帯の励起光で励起し反転分布を最適化してＣバンドの２つのピークを同レベルにし、且つ利得最大値が２０ｄＢになるように規格化した、サンプルａ、ｂ、ｄ、ｅそれぞれのＥＤＦの利得スペクトルを図１８に示す。更に、この図から読み取れる２つの利得ピークと波長１５３８ｎｍ付近の波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差１、実効帯域、単位実効帯域あたりの相対利得偏差１、および、波長１５２４.５ｎｍまで含めたときの相対利得偏差２を、図１９に示す。

相対利得偏差１と、単位波長域当たりの相対利得偏差１とは、何れのサンプルでも励起波長９７４〜９７６ｎｍのときより若干、劣化する。実効帯域に関しては、何れのサンプルでも、励起波長９７４ｎｍのときと励起波長９７６ｎｍのときの中間程度の値をとる。相対利得偏差２に関しては、図１６と比較すればわかるとおり、波長９７６ｎｍで励起したサンプルａのＥＤＦと比較しても改善効果が見られるのはサンプルｂのＥＤＦに過ぎないので、総じて波長１.４８μｍ帯励起はＣＷＤＭを想定した用途には不適当と思われる。

また、特許文献１および非特許文献１でも言及されていないが、利得スペクトル形状には往々にして環境温度が影響することが知られる。これまで示してきたのは室温（２５℃）付近での利得スペクトルであるが、通信機器に使用される光増幅器は−５〜６５℃程度で稼動することが求められる。図２０は、波長９７６ｎｍで励起したサンプルａのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。図２１は、波長１.４８μｍ帯で励起したサンプルｄのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。また、図２２は、波長１.４８μｍ帯で励起したサンプルｅのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。これらの図には、温度が−５℃，２５℃および６５°それぞれにおける利得スペクトルが示されている。サンプルａのＥＤＦと同様に、サンプルｄ、ｅのＥＤＦでも、幸いなことに、相対利得偏差の温度依存性は殆ど無いことが判る。なお、相対利得偏差の温度依存性は殆ど無視できるが、実効帯域に関しては、短波長側の限界波長は殆ど不変だが、長波長側は−５〜６５℃の温度範囲で、０.７ｎｍ程度（つまりＩＴＵが規定する１ブリッド分程度）変動し、高温ほど有利となる。これらの傾向は、他の励起波長で励起したときも略同様である。

以上に説明したように、本実施形態のＥｒ添加光増幅性導波路（好適にはＥＤＦ）を用いれば、世界で最も普遍的に用いられるＣバンドにおいて、相対利得偏差が特許文献１に述べられる１５％（実施例では最高１３.５％）から、１１％以下、最高では１０％以下まで軽減できる。仮にＥＤＦおける所要利得が４０ｄＢである光ファイバ増幅器を構築する際、利得等化器に要求されるピークロスは、相対利得偏差が１５％である場合と１１％である場合とでは、各々、６ｄＢと４.４ｄＢと、１.６ｄＢの差がつく。利得等化器が光ファイバ増幅器の出力端に設けられる構成の場合、信号出力パワーを１.６ｄＢ余分に高めなければならない。このとき、１〜２クラス高出力仕様の励起レーザが必要となり、コストおよび消費電力に大きな影響を及ぼす。更に、サンプルｂ、ｄなどのＢ共添加したＥＤＦを用いれば、利得偏差改善効果の他に、ＩＴＵが規定する１グリッド分（０.８ｎｍ程度）に相当する帯域拡張効果も得られる。

サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの諸元を纏めた図表である。 サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの単位長さ当たりの非飽和利得ｇ＊の波長依存性を示すグラフである。 サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの単位長さ当たりの非飽和吸収αの波長依存性を示すグラフである。 サンプルａ〜ｄそれぞれのＥＤＦについて非飽和吸収αのピーク波長とＢ元素濃度との関係を示すグラフである。 サンプルａ〜ｅそれぞれのＥＤＦの利得スペクトルを評価する際に用いた評価システムの構成を示す図である。 評価システム１においてＷＤＭカプラ１４と光アイソレータとの間にＥＤＦ２を挿入しない場合に光スペクトルアナライザ１９により得られたスペクトルを示す図である。 評価システム１を用いて測定されたサンプルｃのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 評価システム１を用いて測定されたサンプルａのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 評価システム１を用いて測定されたサンプルｂのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 評価システム１を用いて測定されたサンプルｄのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 評価システム１を用いて測定されたサンプルｅのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦについて相対利得偏差と励起光波長との関係を示すグラフである。 サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦについて実効帯域と励起光波長との関係を示すグラフである。 サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦについて比（相対利得偏差／実効帯域）と励起光波長との関係を示すグラフである。 サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦならびにサンプルｂ＋ａおよびサンプルｄ＋ａそれぞれのハイブリッド構成ＥＤＦの各利得スペクトルを示す図である。 サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦならびにサンプルｂ＋ａおよびサンプルｄ＋ａそれぞれのハイブリッド構成ＥＤＦの各相対利得偏差を纏めた図表である。 サンプルａ，ｂ，ｄおよびｅそれぞれのＥＤＦの０.９８μｍ帯吸収スペクトルを示す図である。 波長１.４８μｍ帯の励起光で励起し反転分布を最適化してＣバンドの２つのピークを同レベルにし、且つ利得最大値が２０ｄＢになるように規格化した、サンプルａ、ｂ、ｄ、ｅそれぞれのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 図１８から読み取れる２つの利得ピークと波長１５３８ｎｍ付近の波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差１、実効帯域、単位実効帯域あたりの相対利得偏差１、および、波長１５２４.５ｎｍまで含めたときの相対利得偏差２を示す図表である。 波長９７６ｎｍで励起したサンプルａのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 波長１.４８μｍ帯で励起したサンプルｄのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。 波長１.４８μｍ帯で励起したサンプルｅのＥＤＦの利得スペクトルを示す図である。

符号の説明

１…評価システム、２…ＥＤＦ、１１…白色光源、１２…可変光減衰器、１３…光アイソレータ、１４…ＷＤＭカプラ、１５…励起光源、１６…恒温槽、１７…光アイソレータ、１８…光減衰器、１９…光スペクトルアナライザ。

Claims (11)

1. Ｅｒ元素を添加され、９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上の波長の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１１.５％より小さくなることを特徴とする光増幅性導波路。
2. 前記相対利得偏差が１１.５％より小さくなる波長範囲の幅が３６ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光増幅性導波路。
3. ９７６ｎｍ以下または９８１ｎｍ以上の波長の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１０％より小さくなることを特徴とする請求項１記載の光増幅性導波路。
4. 前記相対利得偏差が１０％より小さくなる波長範囲の幅が３６ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の光増幅性導波路。
5. 波長０.９８μｍ帯の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１４％より大きくなる励起光波長域の幅が３ｎｍより狭いことを特徴とする請求項１記載の光増幅性導波路。
6. Ｅｒ元素を添加され、波長０.９８μｍ帯における最適化された波長の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、波長１５２４.５ｎｍにおける利得と利得ピーク値とで決まる相対利得偏差が３５％より小さくなることを特徴とする光増幅性導波路。
7. 前記相対利得偏差が３０％より小さくなることを特徴とする請求項６記載の光増幅性導波路。
8. 波長０.９８μｍ帯周辺の吸収係数スペクトルの半値全幅が２２ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光増幅性導波路。
9. Ｅｒ元素を添加され、波長１.４８μｍ帯の励起光の照射により励起されてＣバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が１２％より小さくなることを特徴とする光増幅性導波路。
10. 利得偏差を等化するフィルタを含まない状態で、波長１５２４.５ｎｍにおける利得がＡｌ共添加ＥＤＦＡより高く、波長帯域１５２４.５ｎｍ〜１５５７.５ｎｍにおける相対利得偏差が３５％以下となることを特徴とする光増幅器。
11. Ｅｒ元素を添加された光増幅性導波路を備え、前記光増幅性導波路の示す利得スペクトルにおいて、信号波長域全域で規定される単位波長域当たりの相対利得偏差が０.３％／ｎｍ以下であることを特徴とする光増幅器。
    
    

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