JP2007005484A - 光増幅装置及び光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】 ４光波混合を低減して、ＷＤＭ伝送の品質の向上を図る。
【解決手段】 光ファイバ１１は、信号帯域で正の波長分散を持ち、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体となる。励起部１２は、光ファイバ１１に励起光を入射する。光ファイバ１１は、伝搬すべき波長の位相不整合性を得るために、増幅すべき信号の周波数である信号周波数と、波長分散が零となる周波数である零分散周波数と、の差が大きくなる信号帯域内での波長分散として、正の波長分散を有することで、４光波混合の発生を抑圧した光増幅媒体として機能する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光増幅装置及び光ファイバに関し、特に光信号を増幅する光増幅装置及び光信号を増幅する光増幅媒体となる光ファイバに関する。

光通信ネットワークは、一層のサービスの高度化が望まれており、光伝送技術として、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）が広く導入され始めている。ＷＤＭは、波長の異なる光を多重化して、１本の光ファイバで複数の信号を同時に伝送する方式である。

ＷＤＭは、長距離幹線系において、光増幅器の広帯域性を生かして、複数波長を多重化した波長多重化信号を増幅して伝送し、また、波長ルーチング機能により、例えば、都市部におけるメトロ・リングネットワークを構築する。

光増幅器の種類には、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）、光ファイバラマン増幅器等がある。また、希土類添加光ファイバ増幅器で使用する希土類としては、１５２５〜１６２５nmの波長帯を増幅するＥｒ（エルビウム）、１４８０〜１５１０nmの波長帯を増幅するＴｍ（ツリウム）、１３００nmの波長帯を増幅するＰｒ（プラセオジウム）等がある。

この中で、ＷＤＭシステムで最も多く使用される代表的な光増幅器は、希土類としてＥｒが光ファイバのコアに添加されたＥＤＦ（Erbium-Doped Fiber）を光増幅媒体とする、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：EDF Amplifier）である。ＥＤＦＡは、励起光をＥＤＦに照射して光信号を進行させ、そのとき生じる誘導放出によって、光信号のレベルを増幅させる。

ここで、光増幅原理の概要について説明する。図１９はエネルギー準位を示す図である。電子（原子）のエネルギー状態には、基底状態と励起状態がある。基底状態は、エネルギーが一番低い状態のことで、励起状態は、それよりも高いエネルギー状態のことをいう（励起状態は、１つだけでなく複数のレベルとして存在できるが、ここでは基底状態と１つの励起状態との２準位系とする）。そして、エネルギー準位とは、基底状態を基準にして、電子がどのエネルギー状態に位置するかを表すものである。

電子の遷移過程（電子のエネルギー状態間での移動過程）には、吸収、自然放出、誘導放出がある。図２０は吸収を示す図である。電子は、通常の状態においては、エネルギーの低い最も安定な基底状態に存在するが、光ファイバなどの物質に光が入射すると、その物質内の電子は入射光のエネルギーを吸収して、よりエネルギーの高い状態へ移動する（高い準位に持ち上がることを励起（ポンピング）と呼ぶ）。この遷移過程を吸収という。

図２１は自然放出を示す図である。基底状態のエネルギーをＥ０、励起状態のエネルギーをＥ１とする。電子が励起状態で存在すると、ある緩和時間の経過後には、電子はエネルギーの低い状態へ落ちてくる。

このとき、電子は、励起していた準位のエネルギーと、遷移した先の準位のエネルギーとの差に等しいエネルギーの光を放出する。この例では、Ｅ１からＥ０へ遷移するので、Ｅ１−Ｅ０のエネルギーを持つ光が放出される。このように、励起準位に存在する電子が、入射光とは無関係に自然に、ある確率で発光して低レベルの準位へ遷移する過程が自然放出である。

図２２は誘導放出を示す図である。励起状態に電子が存在しているときに、外部からＥ１−Ｅ０の光が入射したとする。このとき、電子は、入射してきた光と同じエネルギー、位相、進行方向の光を放出して基底状態へ戻る。すなわち、入射時に１つだった光子が、出射時には同じ２つの光子に増えることになる。この現象が誘導放出であり、光増幅の原理となっている。

ここで、物質中の電子の密度（個／ｍ³）がＮであり、そのうちのＮ１が基底状態、Ｎ２が励起状態にあるとする（Ｎ＝Ｎ１＋Ｎ２）。この物質に光が入射した場合、誘導放出が吸収を上回って光増幅が起こるためには、Ｎ２＞Ｎ１が成り立たなければならない（自然放出は無視できるものとする）。

なお、上位の準位の電子密度が大きい状態を反転分布と呼び（低い準位の方が安定なので、通常は低い状態に電子はたくさんあるのだが、励起されることで高い準位に電子の分布が多くなって、分布が反転している状態のことである）、反転分布係数をｔとすると、ｔ＝Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）（＝（Ｎ２／Ｎ））となる。

図２３、図２４は２準位系の電子密度の分布状態を示す図である。図２３は熱平衡分布、図２４は反転分布の状態を示している。縦軸はエネルギー、横軸は占有電子密度である。なお、これらの図において、熱平衡分布の場合、電子は、安定した基底状態に多く存在し、反転分布の場合、エネルギーの高い準位に電子が多く存在する様子が示されている。

したがって、光を増幅させるには、図２４のような反転分布を実現することが必要であるが、電子を吸収によって励起準位へ励起しても、吸収と誘導放出は同時に起きるので（１つの電子に対する吸収と誘導放出は同じ確率で起こることが知られている）、誘導放出によって励起状態から基底状態へ落ちる遷移も同時に増えてしまう。

したがって、誘導放出型の光増幅器では、通常、多準位系（例えば、ＥＤＦＡでは３準位系）によって光を励起している。
図２５は３準位系での反転分布を示す図である。励起状態に２つの準位を設け、基底状態、第１励起状態、第２励起状態の３つのレベル系を考える。また、基底状態のエネルギーをＥ０、第１励起状態のエネルギーをＥ１、第２励起状態のエネルギーをＥ２とする（Ｅ０＜Ｅ１＜Ｅ２）。以下、ＥＤＦＡの増幅原理に対応させて説明する。

なお、第２の励起状態の寿命（電子がある準位にとどまる平均時間）は短く、エルビウムイオン（Ｅｒ³⁺）が第２励起状態にあるときは、速やかに第１励起状態へ非放射遷移することを増幅動作の条件とする（非放射遷移とは、高レベル準位から低レベル準位へ遷移する場合に、エネルギーを光として出さずに、エネルギーを熱として出す遷移のことである）。

Ｅｒ³⁺が添加された光ファイバであるＥＤＦに対して、Ｅ２−Ｅ０に相当する励起光（一般的には、１．４８μmまたは０．９８μm）が入射すると、基底状態にあったＥｒ³⁺は、吸収により第２励起状態へ励起される。すると、第２励起状態まで励起されたＥｒ³⁺は、速やかに第１励起状態へ非放射遷移することで、第１励起状態に多くのＥｒ³⁺がたまることになり、励起光を強くしても第２励起状態から基底状態への誘導放出はほとんど起こらなくなる。

このため、励起光を十分強くすれば、第１励起状態に対して、Ｅｒ³⁺が多く分布した反転分布の状態を実現することができる。また、ＥＤＦにこのような反転分布が得られたら、Ｅ１−Ｅ０の信号光をＥＤＦに入射させることで、第１励起状態から基底状態への遷移である誘導放出が生じるので、信号光を増幅させることが可能になる。

ＥＤＦＡの特徴としては、増幅波長帯が、通信用光ファイバとして最も多用される石英系光ファイバの最低損失波長帯である１５５０nmに一致していることや、増幅特性として、数十mW〜数百mWの出力が容易に得られること、さらには利得帯域幅が数THzと広いなどといったことが挙げられ、光ファイバ通信システムを構築する上での最も重要な構成要素として、不可欠な光デバイスとなっている。

ＥＤＦの従来技術として、正常分散値を有する光ファイバにより、４光波混合歪みを低減化した技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−７９８７６号公報

ＥＤＦＡの増幅帯域としては、１５３０〜１５６５nm帯のC-band（Conventional-Band）が一般的に利用される。また、近年では通信トラフィックの急激な増加に伴い、使用すべき波長数も増加しており、高密度の波長多重を行うＤＷＤＭ（Dense ＷＤＭ）が開発されている。このため、ＥＤＦＡにおいても、１５７０〜１６０５nm帯のL-band（Long wavelength Band）の長波長帯にまで利得をシフトするようになってきている。

なお、ＥＤＦＡは、利得波長特性を持っている。すなわち、多波長を一括増幅した際に、各波長の利得ピークは同一の値とならずに、波長毎に利得ピークにばらつきが生じることになる。

受信側で各波長のピークパワーにばらつきがあると、波長毎に伝送品質が異なってＳ／Ｎ劣化が生じることになるため、利得波長特性は、信号帯域内で平坦化していることが必要である。

図２６は反転分布係数ｔをパラメータとしたＥＤＦＡの利得を示す図である。縦軸は利得係数、横軸は波長（nm）である。反転分布係数ｔが大きいほど（高エネルギー準位にＥｒ³⁺が多くあるほど）、大きな利得が得られることがわかる。

ここで、１５４０〜１５６５nm帯のC-bandを見ると、反転分布係数ｔが大きくなる程、利得は、波長に対して右下がりの傾斜となり、ｔが小さくなると、右上がりの傾斜となっている。また、ｔ＝０．７では、利得が最も平坦に近いことがわかる。

したがって、反転分布状態を７０％程度に制御すれば、利得の平坦性が得られることになり、かつその場合は利得係数も十分高いので、各波長のピークパワーのばらつきを抑えた１５４０〜１５６５nm帯のC-bandの増幅を行うことが可能になる。

なお、１５３０nm帯では、急峻な利得ピークがあるので、１５３０nm帯まで波長帯域を広げて使用する場合には、反転分布の制御のみでは平坦な利得特性は得られない。
この領域を平坦化するには、１５３０nm帯付近の利得波長特性と相反する利得波長特性（１５３０nm帯付近の利得波長特性と同じ損失波長特性）を持つ利得等化フィルタを、例えば、ＥＤＦＡの出力段に設けることで、１５３０nm帯付近の利得スペクトルを平坦化することになる。

一方、１５７０〜１６０５nm帯のL-bandを見ると、反転分布係数がｔ＝０．４のときに、平坦性を得ることができる。したがって、反転分布状態を４０％程度に制御すれば、利得の平坦性は得られることになるが、図からわかるように利得も小さくなってしまう（反転分布係数が小さいので、誘導放出時のＥｒ³⁺の発光強度が小さくなり、十分な利得を得ることができない）。

このため、L-band増幅時においては、ＥＤＦを長くして（例えば、C-bandのＥＤＦの長さよりも最大８０mほど長くする）、増幅媒体中の励起されるべきＥｒ³⁺の量自体を多くすることで発光強度を上げて、利得を増加させるようにしている。このように、L-band増幅の場合では、長尺ＥＤＦを用いることで、ｔ＝０．４の低反転分布状態であっても、平坦性を実現しつつ、かつ十分な利得を確保するものである。

なお、C-band及びL-bandの各帯域は、約３５nmの増幅帯域を有するため、信号波長を０．８nm（約１００GHz）間隔で立てると、ＥＤＦＡにおいて、それぞれの帯域で４０波以上の波長多重が可能となる。また、ＥＤＦＡは高出力化についても優れており、２００mW以上の光出力パワーを容易に得ることができる。

このように、広帯域で光出力パワーの大きなＥＤＦＡは、ＷＤＭ伝送に対しては非常に有効な光増幅器であるが、近年のチャネル数の増加及び１チャネル当たりの出力光強度の増大に伴い、非線形効果（非線形光学効果）が顕著に現れるようになってきた。

光伝送でいう非線形とは、ガラス中に比較的強いパワーの光を伝搬させたとき、光強度に応じてガラスの物性（屈折率）が変化する現象のことであり、この現象が生じると、光学的な応答が線形性を失うことになる。

光ファイバ中で生じる非線形現象として重要なものに、４光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）がある。これは、２波長以上の光が入力されたときに、あらたな波長の光が生じる現象である。

４光波混合が起きると、あらたに干渉光が発生し、また、干渉光の波長が、多重化された信号光と同じ波長に重なってしまうと、これがクロストークとなって通信品質を劣化させるといった問題があった。

光ファイバ伝送路中で生じる４光波混合は、ノイズの発生や波形歪みとなって信号を劣化させる原因となる。特にＥＤＦＡによるL-band増幅を行う場合には、長尺ＥＤＦを使用することになるので、ＥＤＦ長が長くなる分、C-bandの増幅時よりも４光波混合による悪影響を受けやすい。

このため、特にL-bandの波長帯にまで利得をシフトして、高密度に波長多重したＤＷＤＭ伝送を高品質で行う場合には、この４光波混合の低減化が必須であり、４光波混合が低減化された光増幅装置の実現が現在強く望まれている。

なお、上記の従来技術（特開２００４−７９８７６号公報）では、正常分散値を有する光ファイバにより、４光波混合歪みを低減するとしているが、正常分散値の中には負の波長分散値も含まれている。ＷＤＭのように複数波長を多重化する伝送で用いるＥＤＦでは、４光波混合が特に顕著に発生しやすく、このようなＷＤＭ伝送で使用するＥＤＦに対して、負の波長分散を持つＥＤＦを使用しても、４光波混合が効果的に抑圧できないことが認識されている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、４光波混合を効果的に低減して、高品質で信頼性の高い、広帯域・高出力の光増幅を行う光増幅装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明の他の目的は、４光波混合を効果的に低減して、高品質で信頼性の高い、広帯域・高出力の光増幅を行うための光増幅媒体となる光ファイバを提供することである。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、光信号を増幅する光増幅装置１０において、信号帯域で正の波長分散を持ち、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体となる光ファイバ１１と、光ファイバ１１に励起光を入射する励起部１２と、を有することを特徴とする光増幅装置１０が提供される。

ここで、光ファイバ１１は、信号帯域で正の波長分散を持ち、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体である。励起部１２は、光ファイバ１１に励起光を入射する。なお、光ファイバ１１は、伝搬（増幅）すべき波長の位相不整合性を得るために、増幅すべき信号の周波数である信号周波数と、波長分散が零となる周波数である零分散周波数と、の差が大きくなる光ファイバとして、正の波長分散を有することで、４光波混合の発生を抑圧した光増幅媒体として機能する。

本発明の光増幅装置は、光増幅媒体となる光ファイバに対して、信号帯域で正の波長分散を持たせて、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する構成とした。これにより、４光波混合を効果的に抑圧して、広帯域・高出力の光増幅を行うことができるので、ＷＤＭ伝送の品質及び信頼性の向上を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光増幅装置の原理図である。光増幅装置１０は、光ファイバ１１、励起部１２、合波部１３から構成され、光信号を増幅する装置である。

光ファイバ１１は、伝搬すべき信号光の信号帯域で正の波長分散を持ち、複数の波長が多重化された波長多重化信号（ＷＤＭ信号）を増幅する光増幅媒体である。励起部１２は、光ファイバ１１に励起光を入射する。

合波部１３は、ＷＤＭ信号光と励起光を合波し、合波された信号は、光ファイバ１１へ入射される。そして、ＷＤＭ信号光は、光ファイバ１１内で励起光により増幅されて、光ファイバ１１から出射する。なお、光ファイバ１１は、正の波長分散を有することにより、光増幅装置１０は、４光波混合（以下、ＦＷＭと呼ぶ）の発生を抑圧した光増幅を行う。

次に光増幅装置１０で用いる光増幅媒体（光ファイバ１１（ＥＤＦ））の設計方法について、従来使われていたＥＤＦの特徴、ＦＷＭの発生過程、及び本発明のＥＤＦの特徴とその効果等を含めながら段階的に詳しく説明する。なお、以降では、光増幅装置１０をＥＤＦＡに適用した場合について説明する。

通常、光増幅媒体であるＥＤＦは、励起光から信号光への増幅効率を上げるため、通常の伝送路用光ファイバと比較して、モードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）を４．５〜５μmと小さくしている。また、ＭＦＤを小さくすると、ＥＤＦは負の波長分散特性を持つことになる。最初にこれらのことについて（従来のＥＤＦが負の波長分散を持つことについて）、図２〜図６を用いて説明する。

図２はＭＦＤを示す図である。縦軸は光強度、横軸はコアの直径（コア径）（μm）である。また、図３に光ファイバの構造を示す。光ファイバガラスの屈折率は、コア１ａとクラッド１ｂから構成され、コア１ａの屈折率をクラッド１ｂの屈折率よりも高くすることで、光パワーの大部分をコア１ａ中に閉じ込めて、光は、コア部分を全反射（反射率１００％）して伝播する。

ＭＦＤとは、このコア１ａ内を伝搬するシングルモード（コア内を伝搬する光の光路をモードと呼び、コアとクラッドの境界面に対する光の入射角θが最大（光ファイバ軸に最も平行）のものをシングルモードと呼ぶ）の断面内における光分布の広がり具合を表す指標である。

また、図２からわかるように、コア径に対して光強度分布は、ガウシアン形状の曲線となり、コアの中心部が最も光強度が高く、コアの外側に向かう程光強度は落ちてくる。このような曲線に対して、光強度の最大値を１としたときに、コアの中心の最大値１の１／ｅ²（ｅは自然対数の低（＝２．７１８・・・））となるところのコア径がＭＦＤとして一般的に定義される。

ＭＦＤが小さいと、コア内の光密度が大きくなり、ＭＦＤが大きいとコア内の光密度は小さくなる（すなわち、ＭＦＤが小さいと、伝搬すべき光をコア内に閉じ込める力（集光力）が強くなるということ）。

また、ＭＦＤを決定するパラメータには、コア径と比屈折率差がある。ＭＦＤを小さくするためには、コア径は小さくし、比屈折率差は大きくすることになる。なお、比屈折率差とは、コア中心部の最大屈折率と、クラッドの屈折率との差のことで、比屈折率差をΔ、コアの屈折率をｎ０、クラッドの屈折率をｎ１としたときに、Δ＝（ｎ０−ｎ１）／ｎ１と定義される（比屈折率差が大きいと、コアの屈折率がクラッドのそれよりも大きいということなので集光力も大きくなる）。

図４はＭＦＤをパラメータとしたコア径と比屈折率差との関係を示す図である。縦軸は比屈折率差Δ、横軸はコア径（μm）である。光ファイバの屈折率分布をステップインデックスとした場合のＭＦＤが４．５〜７μmにおけるコア径と比屈折率差Δとの関係を示したものである（なお、コア内の屈折率分布が一様で、光がコア内を階段状に変化して伝搬する光ファイバのタイプをステップインデックス形と呼ぶ。ちなみにコア内の屈折率分布がゆるやかで、光が正弦波状に蛇行してコア中を伝搬するものは、グレーテッドインデックス形と呼ばれる）。

図から、コア径を小さくしてΔを上げることで、ＭＦＤが小さくなることがわかる。このように、ＥＤＦにおいては、ＭＦＤを小さくすることで、励起光密度を高めて、コア全体に渡って良好な反転分布を形成させている。

図５は１５９０nmにおける波長分散値をパラメータとしたコア径と比屈折率差との関係を示す図である。縦軸は比屈折率差Δ、横軸はコア径（μm）である。なお、波長分散とは、波長によって光ファイバを伝搬する光信号の速度が異なる特性を示すものである。

波長分散は、波長が１nm異なる２つの単色光を１km伝搬させたときの伝搬遅延時間差、単位はps/nm/kmで定義される。
上述のように、ＥＤＦのＭＦＤを小さくするためには、コア径を小さくしてΔを上げることになるので、その場合の波長分散は、図５を見ると、負の波長分散特性を持つことがわかる。

図６はＭＦＤ及び波長分散値をパラメータとしたコア径と比屈折率差との関係を示す図である。縦軸は比屈折率差Δ、横軸はコア径（μm）であり、図４と図５を合わせた図である。ＭＦＤが４．５〜５μm付近の領域では、波長分散は−２５〜−５ps/nm/kmである。これらのことより、従来のＥＤＦは、負の波長分散特性を持つものであった。

次にＦＷＭの発生要因について説明する。ＦＷＭは、ω１とω２とω３の３波が光ファイバに入射した場合に、３次の非線形分極を介して、あらたなω４の光を発生させる現象であるとして定義される（なお、非線形分極とは、物質に光を照射すると、原子または分子中の電子が光の電場により変位して分極が生じるが、強いレーザ光を照射した場合、この分極が非線形な応答を示し、光の電場の２乗、３乗に比例する２次、３次の非線形な分極を引き起こす。このような分極を非線形分極と呼ぶ）。以下、ＦＷＭの発生要因についてより具体的に説明する。

図７は周波数域のＦＷＭ発生の概念図である。励起光の入射前からあった信号光の周波数をνs、入射する励起光の周波数をνp1、νp2とする（励起光という言葉を使ったが単に他の信号光としてもよい）。ＦＷＭは、これら３つの光によって、新しい光が生成される現象である。この新しく生成した干渉光は、アイドラ（idler）光と呼ばれ、アイドラ光の周波数νiは、式（１）となる。

νi＝νp1＋νp2−νs ・・・（１）
なお、２つの励起光の周波数が等しい場合は（νp1＝νp2）、縮退４光波混合（ＤＦＷＭ；Degenerated Four Wave Mixing）と呼ばれる。縮退４光波混合では、式（１）は、νi＝２・νp1−νsとなる。

また、ＦＷＭは、入力波長が光ファイバの零分散波長（特定の波長で波形の広がり（波長分散）が最小になるところ）に一致したときに強く発生することが知られている。
図８はＦＷＭの発生を示す概念図である。光ファイバの長手方向に波長λ１〜λ３が流れている場合、伝送過程でλ１〜λ３の位相差がほとんど０に近い状態になると（３つの光の位相がほとんど揃っている状態になると）、ＦＷＭが発生し、波長λｉのアイドラ光が発生する。また、λ１〜λ３の光の位相がそれぞれ離れていればＦＷＭは発生しなくなる。

すなわち、λ１〜λ３の入力波長が零分散波長に一致すると、各波長の位相が一致することになるので（波長分散とは、各波長における伝搬速度の違いを表すものであり、零分散とは、伝搬速度に差が生じないことを表しているから）、この場合、ＦＷＭが発生することになる。また、波長分散（波長分散の絶対値）が大きければ、各波長の伝搬速度の差も大きくなって、位相をずらすことができるので、ＦＷＭ発生の要因は小さくなる。なお、この伝搬波長の位相整合状態によってＦＷＭが発生することは、位相整合条件と呼ばれる。

さらに、ＦＷＭは、非線形光学効果によって発生する現象であるので、光ファイバ中の光強度が大きいほど発生しやすい。したがって、ＥＤＦでは増幅効率を上げるために、ＭＦＤを小さくすることで、光の実効断面積を小さくしているので、非線形現象が起きやすくなっている（実効断面積をＡeffとすると、Ａeff≒π×（ＭＦＤ／２）²であり、実効断面積が小さいと（ＭＦＤが小さいと）、コア中の光密度（光強度）が大きくなって非線形現象が起きやすい）。

以上説明したように、ＦＷＭの発生は、式（１）の成立、波長分散に関係する位相整合条件、ＭＦＤに関係する実効断面積に大きく依存する（すなわち、式（１）を満たし、位相が整合し、光強度が高いとＦＷＭの発生効率は最大となる）。

また、特にL-band増幅のＥＤＦＡでは、C-band増幅のＥＤＦＡよりも長尺のＥＤＦを使用するために、各波長の位相が整合して式（１）が成り立つといった状態になる可能性が高く、C-band増幅と比べて、ＦＷＭがより発生しやすくなる。

また、アイドラ光の波長が多重化されている信号光と同じ波長に重なってしまうと、クロストークを引き起こして通信品質を劣化させることになる。
次に位相整合量と、信号周波数と零分散となる周波数との差Δνと、の関係について説明する。上記のＦＷＭの発生要因から、ＦＷＭの発生を抑圧するためには、信号周波数νsが、零分散となる周波数ν0から離れて、位相整合量が零とはならずに大きな値となればよいことがわかる（位相不整合性を持てばよい。すなわち、信号帯域の波長分散の絶対値が大きくなればよい）。

ここで、アイドラ光の利得ｇは式（２）で表される。
ｇ＝[（γＰ）²−（κ／２）²]^1/2 ・・・（２）
ここで、γは非線形係数、Ｐは光のパワー、κは位相整合量（伝播定数差）である。また、非線形係数γは、光速ｃ、非線形屈折率ｎ２、光の実効断面積Ａeffとすると、
γ＝２πν・ｎ２／（ｃ・Ａeff） ・・・（３）
で表される。式（２）、式（３）より光の実効断面積Ａeffを大きくすると、非線形係数γが小さくなるので、式（２）よりＦＷＭの利得ｇが小さくなることがわかる。なお、式（２）、式（３）は式を簡素化するために、各パラメータを光の周波数の差を無視した平均値で表している。

一方、位相整合量κは、伝播定数差Δβとして表すことができる。ここで式を簡素化するために、自己位相変調（ＳＰＭ：Self Phase Modulation）及び相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）による位相変化を無視し、縮退４光波混合（νp1＝νp2）の時を考えると、伝播定数差Δβは、以下の式（４）で表される（なお、ＳＰＭ、ＸＰＭも非線形光学効果によって生じる非線形現象であり、ＳＰＭは、１波の伝送で位相シフトを生じる現象であり、ＸＰＭは、異なる波長の光が、同時に同一方向に伝送したときに生じる位相シフト現象である）。

ν0は、光ファイバの波長分散がゼロとなる周波数であり、Ｄcは、光ファイバの波長分散である。したがって、ｄＤc／ｄλは、分散スロープ（波長変化に対する波長分散の変化度合い）となる。

式（２）より、ＦＷＭ利得ｇは、位相整合量κ＝０（伝播定数差Δβ＝０）のとき最大となり、κの絶対値が大きくなるにつれて、ＦＷＭ利得ｇは小さくなる。また、式（４）より、κ＝Δβは、信号周波数νsとゼロ分散となる周波数ν0との差Δν＝（νs−ν0）が大きくなると、κ＝Δβは大きくなる。したがって、この周波数差Δνを大きくすることにより、ＦＷＭ利得ｇが減少し、アイドラ光が抑圧して、ＦＷＭの発生を低減できることがわかる。

次に波長分散とΔνとの関係について説明する。図９は波長分散とΔνとの関係を示す図である。テーブルＴ１は、１５９０nmにおける波長分散（ps/nm/km）、零分散波長λ０（nm）、零分散波長と信号波長との差Δλ（nm）、零分散周波数ν0（THz）、信号周波数νsとゼロ分散周波数ν0との差Δν（THz）の項目からなる。信号帯域λｓは１５９０nm、分散スロープ（ps/nm²/km）を０．０３として計算したものである。

図１０はテーブルＴ１の内容を示す図である。縦軸は波長分散（ps/nm/km）、横軸は波長（nm）とする。直線Ｋ１は、テーブルＴ１の欄ａの光ファイバを示している。
直線Ｋ１は、信号帯域λｓが１５９０nmのとき、波長分散が−２０（ps/nm/km）であり、このときの零分散波長λ０は、２２５７nmである（直線Ｋ１の傾き（分散スロープ）は、０．０３（ps/nm²/km）である）。また、Δλ＝１５９０−２２５７＝−６６７nmである。

そして、零分散周波数ν0＝ｃ／λ０＝（３×１０⁸）／（２２５７×１０^-9）＝１３３THzであり（ｃは光速）、Δν＝νs−ν0＝（（３×１０⁸）／（１５９０×１０^-9））−１３３THz＝１８９THz−１３３THz＝５６THzとなる。テーブルＴ１の他の欄に対しても、このような直線を描くことができる。なお、直線Ｋ０は、テーブルＴ１の欄ｂの内容を示している。

ここで、テーブルＴ１に戻ってΔνを見ると、Δνが零に近いほどＦＷＭが発生しやすいのだから（位相が整合している）、ＦＷＭを抑圧するためにはΔνの絶対値が大きい（位相が不整合となる）欄の波長分散を選択することになるが、このとき、波長分散とΔνの関係に注目すると、絶対値が同じ波長分散でも、Δνとしては大きく異なることがわかる。

例えば、波長分散が−１５ps/nm/kmと＋１５ps/nm/kmのそれぞれのΔνは、４５THzと−８６THzであるので、＋１５ps/nm/kmの方が絶対値で約２倍、位相が整合しないことになる。したがって、絶対値が同じ波長分散を考えたときは、正の波長分散を持ったＥＤＦの方が、ＦＷＭをより大きく抑圧できることがわかる。

次にＥＤＦＡモデルに対するＦＷＭのクロストークの計算結果について説明する。図１１はＥＤＦＡの構成を示す図である。図に示すようなＥＤＦＡ２０を使用して、ＦＷＭのクロストーク量を測定する。

ＥＤＦＡ２０は、ＥＤＦ２１、励起ＬＤ（Laser Diode）２２ａ、２２ｂ、合波器２３ａ、２３ｂから構成される。ＥＤＦ長を６０mとし、信号光の入力として１５８０．３５〜１５９７．１９nmのL-bandの波長帯で、１００GHz間隔（約０．８nm間隔）で２１波の波長が多重されたＷＤＭ信号光を入力する。また、励起ＬＤ２２ａ、２２ｂは共に１．４７μmの励起光を発出し、励起ＬＤ２２ａは、合波器２３ａを介してＥＤＦ２１に対して前方励起を行い、励起ＬＤ２２ｂは、合波器２３ｂを介してＥＤＦ２１に対して後方励起を行う。

合波器２３ａの出力段でのＥＤＦ２１に対する平均入力パワーは、１チャネル当たり−１０dBmである（−１０dBm/ch）。また、ＥＤＦ２１によって増幅された合波器２３ｂの入力段での平均出力パワーは、１チャネル当たり＋１０dBmである（＋１０dBm/ch）。平均出力パワーの＋１０dBm/chは、伝送路で使う一般的なパワーである。

図１２はＦＷＭクロストーク量を示す図である。縦軸はレベル（dBm）、横軸は波長（nm）である。なお、信号光入力は、各波長での信号光出力レベルが等しくなるように、プリエンファシス（波長に対する入力レベルへの偏差付加）を行っている。

曲線Ｋ１１は、図１１のＰ１点における、信号光入力２１波の各波長のレベルをプロットしたものである。曲線Ｋ１２は、図１１のＰ２点における、信号光出力２１波の各波長のレベルをプロットしたものである。曲線Ｋ１３は、図１１のＰ２点における、２１波の各波長のＦＷＭ発生量レベルをプロットしたものである（２１波に対応して発生するアイドラ光のレベルをプロットしたものである）。

また、ＦＷＭクロストーク（dB）は、ＦＷＭ発生量（dBm）と信号光出力（dBm）との差として定義する（ＦＷＭクロストーク（dB）＝ＦＷＭ発生量（dBm）−信号光出力（dBm））。

図１３は実効断面積をパラメータとしたＦＷＭクロストークと波長分散との関係を示す図である。縦軸はＦＷＭクロストーク（dB）、横軸は波長分散（ps/nm/km）である。実効断面積Ａeff≒π×（ＭＦＤ／２）²として、Ａeff＝１９．６μm²（ＭＦＤ≒５．０μm）、２３．８μm²（ＭＦＤ≒５．５μm）、２８．３μm²（ＭＦＤ≒６．０μm）における波長分散を−３０〜＋２０ps/nm/kmに変化させて計算したものである（分散スロープは０．０３ps/nm²/km、非線形屈折率は３．０×１０^-20ｍ²/Ｗ、ＥＤＦ長を６０mとして計算した）。

実効断面積（ＭＦＤ）が大きくなるとＦＷＭクロストークが小さくなることがわかる。また、波長分散の絶対値が同じでも、正の波長分散の方が、ＦＷＭクロストークが小さくなることがわかる。例えば、−１０ps/nm/kmと＋１０ps/nm/kmを比較すると、＋１０ps/nm/kmの方がおよそ１．８dBだけ、ＦＷＭクロストークが小さい。

ここで、Δνの絶対値が大きければ、ＦＷＭ発生を抑圧できることになるので、図９のテーブルＴ１から、波長分散の絶対値が大きくなるほど、Δνの絶対値も大きくなることから、絶対値が大きい負の符号の波長分散をＥＤＦに対して選択すれば、一見、正の符号の波長分散を持つことに拘る必要はないように見える。

しかし、図１３に対して、例えば、絶対値が大きい負の符号の波長分散として−３０ps/nm/km、正の符号の波長分散として＋１５ps/nm/kmについて考えると、それぞれのＦＷＭクロストークを比較した場合、＋１５ps/nm/kmのＦＷＭクロストークの方が、−３０ps/nm/kmのＦＷＭクロストークよりも１．０dB程小さいことがわかる。

すなわち、ＦＷＭの抑制のために、単純にΔνの絶対値が大きくなる波長分散として、絶対値が大きい負の符号の波長分散（ｄとする）を選択するのではなく、ｄよりも正の符号の波長分散を選択した方が（絶対値はある程度小さくても正の符号の波長分散を選択した方が）、ＦＷＭクロストーク量の低減化には有効であることがわかる。

このことは、波長分散の絶対値が同じなら、正の波長分散の方がＦＷＭクロストークをより低減化させることを意味し、また特に正の波長分散を持つ光ファイバ上においては、周波数領域で位相が整合しないことを示すものである。

さらにまた、−３０ps/nm/kmの負の波長分散を持つ光ファイバを生成しようとすると、コア径を小さくし、比屈折率差Δを上げる必要があるので、ＭＦＤが小さくなり、逆にＦＷＭが発生しやすい構造になるといった不都合が生じてしまう。

これに対し、正の波長分散を持った光ファイバは、比屈折率差Δをそれほど大きくせずに生成できるので製造しやすく（正の波長分散を持つ光ファイバの構造は、コア径が大きく、比屈折率差が小さいので、負の波長分散の光ファイバと比べると、ＭＦＤはある程度大きくなり、負の波長分散の光ファイバよりも一般的に製造しやすい）、これらのことを考慮しても、正の波長分散をもったＥＤＦの方が、ＦＷＭの低減化には有利であることがわかる。

ここで、図１１で示したＥＤＦＡ２０に対し、ＦＷＭクロストークを低減したＥＤＦＡとして構成しようとするならば、ＥＤＦ２１に対して、例えば、Ａeff＝２８．３μm²（ＭＦＤ≒６．０μm）とし、波長分散を＋１５ps/nm/kmとすれば、ＦＷＭクロストークはおよそ−４３dBと低減することができる。

次にＥＤＦに対して、さらに他のパラメータについて検討する。上記の説明で、ＦＷＭクロストークの低減化に必要な特性として、正の波長分散が有効であることがわかったが、さらにＥＤＦの特性を決定づける他のパラメータとして、カットオフ波長と曲げ損失についても考慮する。

図１４はカットオフ波長をパラメータとした比屈折率差とコア径との関係を示す図である。縦軸は比屈折率差Δ、横軸はコア径（μm）である。カットオフ波長とは、ある波長より長い波長ではシングルモードとなる波長のことである。シングルモード光ファイバは、モード分散（光が伝播するそれぞれの光路（モード）毎に伝播時間が異なること）を持たないという特徴を有している（現在生産されている光ファイバのほとんどはシングルモード光ファイバである）。

図の見方として、カットオフ波長が１．５μmの曲線Ｋ２１に対し、曲線Ｋ２１の左領域では、１．５μm帯以上の波長はシングルモードで伝搬可能であることを示している。また、図の場合、０．９μmのカットオフ波長の曲線Ｋ２２の左領域では、０．９μm以上（励起光の０．９８μmが含まれる）の波長がシングルモードで伝搬可能となる。したがって、カットオフ波長が小さいほど、信号帯域の長波長側を（広帯域の信号を）シングルモードで伝搬することが可能になる。

したがって、１．５μm帯の信号光をシングルモードで伝搬するには、曲線Ｋ２１の左領域にあるコア径と比屈折率差Δを選択することになり、例えば、コア径≦５．０μm、比屈折率差Δ≦１．２などとすればよい。

図１５は曲げ損失をパラメータとした比屈折率差とコア径との関係を示す図である。縦軸は比屈折率差Δ、横軸はコア径（μm）である。曲げ損失とは、光ファイバの曲がり具合によって、軸方向へ進むべき伝播モードが、放射モードに変換される光損失量を表すものである（すなわち、光ファイバは小さく丸めるほど、コア内に光を閉じ込める力がなくなって、クラッド側へ光が放出して伝搬力がなくなるということ）。例えば、曲げ損失が０．０１dB/m＠φ２０mmとは、光ファイバをφ２０mmで巻いたとき、１m当たりの光損失量が０．０１dBであることを示す。

図の見方として、曲げ損失が０．０１dB/m＠φ２０mmの曲線Ｋ３１に対し、光ファイバをφ２０mmで巻いたとき、曲線Ｋ３１の右領域において、０．０１dB以下の光損失となることを示している。また、曲線Ｋ３２は、光ファイバをφ４０mmで巻いたとき、曲線Ｋ３２の右領域において、０．０１dB以下の光損失となることを示している（曲線Ｋ３２はφ４０mmであり、φ２０mmよりもゆるやかに巻いているので、光損失量が０．０１dB以下となる比屈折率差Δとコア径の許容範囲が、曲線Ｋ３１よりも広くなっている）。

したがって、φ２０mmで光損失量を０．０１dB以下とするには、例えば、コア径≧５．０μm、比屈折率差Δ≧０．８などとすればよい。
図１６はＦＷＭクロストークを低減するためのＥＤＦのコア径と比屈折率差Δとの関係を示す図である。縦軸は比屈折率差Δ、横軸はコア径（μm）である。図中、パラメータとして、ＭＦＤ、波長分散、カットオフ波長、曲げ損失が示されている。

ここで、ＦＷＭクロストーク低減のための波長分散をＤps/nm/kmとして、Ｄの範囲を＋５≦Ｄ≦＋１５とし（＋５ps/nm/kmの曲線をＤ１、＋１５ps/nm/kmの曲線をＤ２とする）、カットオフ波長λｃ≦１．５μmの曲線Ａの左領域と、曲げ損失が０．０１dBmよりも小さくなる曲線Ｂの右領域で囲まれる領域は図の斜線範囲となる（なお、正の波長分散として、＋５≦Ｄ≦＋１５の範囲としたのは、この範囲の波長分散が一般的に製造しやすいものだからである）。

したがって、この斜線範囲内のコア径、比屈折率差の値を持つＥＤＦを選択すれば、適切な正の波長分散値を持つことになって、ＦＷＭクロストークが低減化され、１．５μm帯のシングルモード伝搬可能で、φ２０mmでも光損失が０．０１dB程度のＥＤＦを実現することが可能になる。

斜線範囲内から、ＥＤＦのコア径の最適範囲は、３．９μm〜６．３μmであり、比屈折率差の最適範囲は０．６〜２．０であり、波長分散の最適範囲は、＋５ps/nm/km〜＋１５ps/nm/kmとなる。

このようにして設計されたＥＤＦを用いてＷＤＭ信号を増幅することで、ＦＷＭクロストークを低減化した広帯域・高出力の光増幅を行うことができ、ＷＤＭ伝送の品質及び信頼性の向上を図ることが可能になる。

また、L-bandの波長帯まで広げた光増幅を行うＥＤＦＡでは、長尺のＥＤＦを用いるので、C-band増幅よりもＦＷＭクロストークが発生しやすかったが、上述の内容で設計したＥＤＦを用いることで、長尺のＥＤＦであっても、ＦＷＭクロストークを効果的に低減することが可能になる。

なお、図１６で示した斜線領域を従来のＥＤＦの特性を示す図６と比較すると、従来と比べて、明らかに異なる領域の特性でＥＤＦの各パラメータを決定付けることになり、本発明のＥＤＦは、従来のＥＤＦと比べて大きく特性が異なるものであることがわかる。

次に上記で説明したＥＤＦの特徴を持つＥＤＦＡの構成について説明する。図１７はＥＤＦＡの構成を示す図である。ＥＤＦＡ１０−１は、ＥＤＦ１１、励起ＬＤ１２ａ、１２ｂ、合波器１３ａ、１３ｂ、光アイソレータ１４ａ、１４ｂから構成される。

なお、ＥＤＦ１１は、コア径の値を３．９μm〜６．３μmの中から選択し、比屈折率差の値を０．６〜２．０の中から選択し、波長分散を＋５ps/nm/km〜＋１５ps/nm/kmの中から選択して製造した光ファイバである。

ＥＤＦＡ１０−１は、例えば、ＥＤＦを長尺とし、信号光の入力としてL-bandのＷＤＭ信号光を入力する。なお、入力ＷＤＭ信号光は、光アイソレータ１４ａを通過して、ＥＤＦ１１へ向かって流れる。光アイソレータとは、図の矢印方向にのみ光を通し、逆方向には光を通さないデバイスである。

また、励起ＬＤ１２ａ、１２ｂは共に励起光を発出し、励起ＬＤ１２ａは、合波器１３ａを介して、ＥＤＦ１１に対して前方励起を行い、励起ＬＤ１２ｂは、合波器１３ｂを介して、ＥＤＦ１１に対して後方励起を行う。そして、増幅後のＷＤＭ信号光は、光アイソレータ１４ｂを通じて出射される。

図１８はＥＤＦＡの構成を示す図である。ＥＤＦＡ１０−２は、ＥＤＦ１１ａ、１１ｂ、励起ＬＤ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、合波器１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、光アイソレータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃから構成される。

ＥＤＦＡ１０−２は、ＥＤＦ１１ａ、１１ｂを直列に配置した構成をとる。励起ＬＤ１２ａは、合波器１３ａを介して、前段のＥＤＦ１１ａに対して前方励起を行う。また、励起ＬＤ１２ｂは、合波器１３ｂを介して、後段のＥＤＦ１１ｂに対して前方励起を行い、励起ＬＤ１２ｃは、合波器１３ｃを介して、後段のＥＤＦ１１ｂに対して後方励起を行う。

前段のＥＤＦ１１ａは、後段ＥＤＦ１１ｂより信号入力パワーが低い光増幅を行い、後段のＥＤＦ１１ｂへは、前段のＥＤＦ１１で増幅された信号を更に増幅する為、ＥＤＦ１１ａより、高い出力パワーの光増幅を行っている。このため、後段のＥＤＦ１１ｂに光強度が高い励起光が入射されるので、ＥＤＦ１１ｂにおいて非線形現象が発生しやすくなる。

したがって、後段のＥＤＦ１１ｂに対して、コア径の値を３．９μm〜６．３μmの中から選択し、比屈折率差の値を０．６〜２．０の中から選択し、波長分散を＋５ps/nm/km〜＋１５ps/nm/kmの中から選択して製造し、ＦＷＭの低減化を図ることになる（図１８の例では、ＥＤＦを２段直列に配置した構成としたが、３段以上の直列配置にしても構わない。その場合、最も光強度が高い励起光が入射されるＥＤＦが、最も後段のＥＤＦならば、そのＥＤＦに対して正の波長分散を持たせることになる）。

なお、上記では、ＦＷＭクロストークの低減化を図った光増幅媒体として、Ｅｒ³⁺が添加されたＥＤＦを中心にして、光増幅装置及び設計方法について説明したが、近年では、光ファイバのホストガラスをシリカファイバからフッ化物ファイバに変えたＥＤＦＦ（Erbium-Doped Fluoride Fiber）や、テルライトガラスを用いたＥＤＴＦ（Erbium-Doped Tellurite Fiber）が開発されており、これらＥＤＦＦやＥＤＴＦに対しても、上記で説明した設計方針で正の波長分散を持たせることで、ＦＷＭの発生を抑圧することが可能である。

また、１４００nm帯をカバーする誘導放出型の光増幅器として、Ｔｍ（ツリウム）を用いたＴＤＦＡ（Thulium-Doped Fiber Amplifier）が開発されており、このようなＴＤＦＡに対しても、上記で説明した設計方針で正の波長分散を持たせることで、ＦＷＭの発生を抑圧することが可能である。

（付記１） 光信号を増幅する光増幅装置において、
信号帯域で正の波長分散を持ち、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体となる光ファイバと、
前記光ファイバに励起光を入射する励起部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。

（付記２） 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、波長分散が＋５ps/nm/km以上かつ＋１５ps/nm/km以下であることを特徴とする付記１記載の光増幅装置。

（付記３） 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、コア径が３．９μm以上かつ６．３μm以下であり、比屈折率差が０．６以上かつ２．０以下であることを特徴とする付記２記載の光増幅装置。

（付記４） 前記光ファイバは、少なくとも２つ以上を直列に配置した構成であり、光強度が高い励起光が入射される側が、信号帯域で正の波長分散を持つことを特徴とする付記２記載の光増幅装置。

（付記５） 前記光ファイバは、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体であり、希士類が添加されて、少なくとも１つの信号で正の波長分散を持ち、前記励起部は、前記光ファイバに励起光を入射して、１５７０〜１６０５nmの光信号を増幅することを特徴とする付記１記載の光増幅装置。

（付記６） 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、波長分散が＋５ps/nm/km以上かつ＋１５ps/nm/km以下であることを特徴とする付記５記載の光増幅装置。

（付記７） 複数の波長が多重化された光信号を増幅する光ファイバにおいて、
信号帯域で正の波長分散を有することを特徴とする光ファイバ。
（付記８） 前記光ファイバは、波長分散が＋５ps/nm/km以上かつ＋１５ps/nm/km以下であることを特徴とする付記７記載の光ファイバ。

（付記９） 前記光ファイバは、コア径が３．９μm以上かつ６．３μm以下であり、比屈折率差が０．６以上かつ２．０以下であることを特徴とする付記８記載の光ファイバ。
（付記１０） 光信号の増幅を行う光増幅媒体を設計する光増幅媒体設計方法において、
励起光によって、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体となる光ファイバに対し、
伝搬すべき波長の位相不整合性を得るために、増幅すべき信号の周波数である信号周波数と、波長分散が零となる周波数である零分散周波数と、の差が大きくなる信号帯域内での波長分散として、正の波長分散を選択し、
前記光ファイバのコア径と比屈折率差とが、カットオフ波長が信号帯域よりも小さく、かつ曲げ損失が一定値以下となる範囲を求め、
前記範囲内で、さらに正の波長分散となる条件を満たす条件範囲を求め、
前記条件範囲内で、コア径、比屈折率差及び波長分散を決定して、４光波混合の発生を抑圧した光増幅媒体を設計することを特徴とする光増幅媒体設計方法。

（付記１１） 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、波長分散が＋５ps/nm/km以上かつ＋１５ps/nm/km以下であることを特徴とする付記１０記載の光増幅媒体設計方法。

（付記１２） 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、コア径が３．９μm以上かつ６．３μm以下であり、比屈折率差が０．６以上かつ２．０以下であることを特徴とする付記１１記載の光増幅媒体設計方法。

光増幅装置の原理図である。 ＭＦＤを示す図である。 光ファイバの構造を示す図である。 ＭＦＤをパラメータとしたコア径と比屈折率差との関係を示す図である。 １５９０nmにおける波長分散値をパラメータとしたコア径と比屈折率差との関係を示す図である。 ＭＦＤ及び波長分散値をパラメータとしたコア径と比屈折率差との関係を示す図である。 周波数域のＦＷＭ発生の概念図である。 ＦＷＭの発生を示す概念図である。 波長分散とΔνとの関係を示す図である。 テーブルの内容を示す図である。 ＥＤＦＡの構成を示す図である。 ＦＷＭクロストーク量を示す図である。 実効断面積をパラメータとしたＦＷＭクロストークと波長分散との関係を示す図である。 カットオフ波長をパラメータとした比屈折率差とコア径との関係を示す図である。 曲げ損失をパラメータとした比屈折率差とコア径との関係を示す図である。 ＦＷＭクロストークを低減するためのＥＤＦのコア径と比屈折率差との関係を示す図である。 ＥＤＦＡの構成を示す図である。 ＥＤＦＡの構成を示す図である。 エネルギー準位を示す図である。 吸収を示す図である。 自然放出を示す図である。 誘導放出を示す図である。 ２準位系の電子密度の分布状態を示す図である。 ２準位系の電子密度の分布状態を示す図である。 ３準位系での反転分布を示す図である。 反転分布係数をパラメータとしたＥＤＦＡの利得を示す図である。

符号の説明

１０ 光増幅装置
１１ 光ファイバ
１２ 励起部
１３ 合波部

Claims (9)

1. 光信号を増幅する光増幅装置において、
   信号帯域で正の波長分散を持ち、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体となる光ファイバと、
   前記光ファイバに励起光を入射する励起部と、
   を有することを特徴とする光増幅装置。
2. 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、波長分散が＋５ps/nm/km以上かつ＋１５ps/nm/km以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
3. 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、コア径が３．９μm以上かつ６．３μm以下であり、比屈折率差が０．６以上かつ２．０以下であることを特徴とする請求項２記載の光増幅装置。
4. 前記光ファイバは、少なくとも２つ以上を直列に配置した構成であり、光強度が高い励起光が入射される側が、信号帯域で正の波長分散を持つことを特徴とする請求項２記載の光増幅装置。
5. 前記光ファイバは、複数の波長が多重化された波長多重化信号を増幅する光増幅媒体であり、希士類が添加されて、少なくとも１つの信号で正の波長分散を持ち、前記励起部は、前記光ファイバに励起光を入射して、１５７０〜１６０５nmの光信号を増幅することを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
6. 前記光ファイバは、前記波長多重化信号の光増幅媒体として、波長分散が＋５ps/nm/km以上かつ＋１５ps/nm/km以下であることを特徴とする請求項５記載の光増幅装置。
7. 複数の波長が多重化された光信号を増幅する光ファイバにおいて、
   信号帯域で正の波長分散を有することを特徴とする光ファイバ。
8. 前記光ファイバは、波長分散が＋５ps/nm/km以上かつ＋１５ps/nm/km以下であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
9. 前記光ファイバは、コア径が３．９μm以上かつ６．３μm以下であり、比屈折率差が０．６以上かつ２．０以下であることを特徴とする請求項８記載の光ファイバ。
   

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