JP2507590B2 - Distributed constant type optical fiber amplifier - Google Patents

Distributed constant type optical fiber amplifier

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JP2507590B2
JP2507590B2 JP9496289A JP9496289A JP2507590B2 JP 2507590 B2 JP2507590 B2 JP 2507590B2 JP 9496289 A JP9496289 A JP 9496289A JP 9496289 A JP9496289 A JP 9496289A JP 2507590 B2 JP2507590 B2 JP 2507590B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、エルビウムを低濃度で添加した光ファイバ
によって信号光の強度の低下を補償する分布定数型光フ
ァイバ増幅器に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a distributed constant type optical fiber amplifier which compensates a decrease in the intensity of signal light by an optical fiber doped with erbium at a low concentration.

(従来の技術) 従来より、希土類元素であるエルビウム(以下、Erと
表記する)を、例えば約1000ppmの濃度で光ファイバに
添加し、光ファイバ自身に増幅機能を持たせたEr添加光
ファイバが知られている。
(Prior Art) Conventionally, an Er-doped optical fiber in which erbium (hereinafter referred to as Er), which is a rare earth element, is added to an optical fiber at a concentration of, for example, about 1000 ppm, and the optical fiber itself has an amplifying function is used. Are known.

第2図は、上記した濃度でErを添加したEr添加光ファ
イバにおける光増幅器としての利得のファイバ長依存性
を示すグラフである。第2図において、横軸がファイバ
長を、縦軸が利得をそれぞれ表しており、図中で示す
曲線はEr添加濃度が1300ppmの光ファイバの特性を、
で示す曲線はEr添加濃度が1000ppmの光ファイバの特性
をそれぞれ示している。なお、エルビウムを励起するた
めの励起光強度は光ファイバ入射端で32mWである(特願
昭63−311910号参照)。
FIG. 2 is a graph showing the fiber length dependence of the gain as an optical amplifier in an Er-doped optical fiber doped with Er at the above concentration. In FIG. 2, the horizontal axis represents the fiber length and the vertical axis represents the gain. The curves shown in the figure show the characteristics of the optical fiber with an Er-doped concentration of 1300 ppm.
The curves shown by indicate the characteristics of the optical fiber with Er concentration of 1000 ppm, respectively. The excitation light intensity for exciting erbium is 32 mW at the optical fiber entrance end (see Japanese Patent Application No. 63-311910).

第2図から分かるように、従来のEr添加光ファイバ
は、数mのファイバ長では約12dBの利得が得られてお
り、利得が飽和しない領域では、5dB/mの単位長さ利得
となっている。しかし、ファイバ長が長くなると励起光
の吸収減衰に伴って、基底状態から再吸収が大きくな
り、増幅器としての利得が次第に減少し始める。
As can be seen from FIG. 2, the conventional Er-doped optical fiber has a gain of about 12 dB at a fiber length of several m, and a unit length gain of 5 dB / m in the region where the gain is not saturated. There is. However, when the fiber length becomes long, reabsorption from the ground state becomes large due to absorption attenuation of the pumping light, and the gain as an amplifier gradually starts to decrease.

従って、従来のEr添加光ファイバを、例えば光ファイ
バ伝送路に挿入する場合には、第3図に示すように、数
mのEr添加光ファイバを、いわゆる集中定数的に使用し
ていた。
Therefore, when inserting a conventional Er-doped optical fiber into, for example, an optical fiber transmission line, several meters of Er-doped optical fiber are used as a so-called lumped constant, as shown in FIG.

第3図において、1−1,1−2,1−3は信号光Sが伝搬
される光ファイバ伝送路、2−1,2−2は光ファイバ増
幅器で、励起光Pを発生する励起光源2aと、伝送路1−
1,1−2を伝搬した信号光Sと励起光Pを合波する光フ
ァイバカップラ2bと、合波光が入射され、信号光Sを前
述したような所定の利得をもって増幅し、光ファイバ伝
送路1−2,1−3へそれぞれ出射するEr添加光ファイバ2
cとから構成されている。
In FIG. 3, 1-1, 1-2, 1-3 are optical fiber transmission lines through which the signal light S is propagated, and 2-1 and 2-2 are optical fiber amplifiers, which are pumping light sources for generating pumping light P. 2a and transmission line 1-
The optical fiber coupler 2b for multiplexing the signal light S propagating 1, 1-2 and the pumping light P and the combined light are incident, the signal light S is amplified with a predetermined gain as described above, and the optical fiber transmission line Er-doped optical fiber 2 for emission to 1-2 and 1-3, respectively
It consists of c and.

このような構成において、例えば伝送路1−1の一端
に入射された信号光Sは、伝送路1−1を伝搬する間
に、伝送路1−1の損失特性のため、第3図中、S1で示
すように、強度が低下した状態で伝送路1−1の他端か
ら出射される。この伝送路1−1から出射された信号S1
は、光ファイバカップラ2bにて励起光Pと合波された
後、Er添加光ファイバ2cに入射される。この合波光は、
Er添加光ファイバ2cを伝搬するが、この時、励起光Pに
よってエルビウムが励起され、信号光Sは増幅作用を受
ける。これにより、信号光Sの強度は、第3図中、S−
1で示すように、伝送路1−1への入射時の強度にまで
回復され、次の伝送路1−2へと出射される。
In such a configuration, for example, the signal light S incident on one end of the transmission line 1-1, while propagating through the transmission line 1-1, due to the loss characteristics of the transmission line 1-1, in FIG. As indicated by S1, the light is emitted from the other end of the transmission line 1-1 in a state where the strength is reduced. Signal S1 emitted from this transmission line 1-1
Is combined with the excitation light P by the optical fiber coupler 2b and then is incident on the Er-doped optical fiber 2c. This combined light is
Although it propagates through the Er-doped optical fiber 2c, at this time, the erbium is excited by the pumping light P and the signal light S is subjected to an amplifying action. As a result, the intensity of the signal light S is S-in FIG.
As indicated by 1, the intensity is restored to the intensity at the time of incidence on the transmission line 1-1, and the light is emitted to the next transmission line 1-2.

以下、伝送路1−2を伝搬し、S2で示すように、強度
が低下した信号光S−1は、光ファイバ増幅器2−2に
て上記したと同様の作用を受け、第3図中、S−2で示
すように、伝送路1−2への入射時の強度にまで回復さ
れ、次の伝送路1−3へと伝搬される。このようにし
て、信号光の長距離伝送が行なわれる。
Hereinafter, the signal light S-1, which has propagated through the transmission line 1-2 and has a reduced intensity as indicated by S2, is subjected to the same action as described above in the optical fiber amplifier 2-2, and in FIG. As indicated by S-2, the intensity at the time of incidence on the transmission line 1-2 is recovered and propagated to the next transmission line 1-3. In this way, the long distance transmission of the signal light is performed.

一方、上記したように、光ファイバに希土類元素のEr
を添加せずに、光ファイバ中の誘導ラマン散乱を利用し
て、信号光の増幅を行なうものが知られている。これ
は、数kmのファイバ長に亘って利得を持つため、伝送路
全体として利得を分布させた分布定数型光ファイバ増幅
器として構成される。
On the other hand, as described above, the rare earth element Er
It is known that signal light is amplified by utilizing stimulated Raman scattering in an optical fiber without adding. Since this has a gain over a fiber length of several km, it is configured as a distributed constant type optical fiber amplifier in which the gain is distributed over the entire transmission line.

この分布定数型では、光ファイバの光損失が0.2dB/km
と小さいため、1km当たり0.2dBの利得があると光損失の
ない伝送路を実現できるという利点がある。
With this distributed constant type, the optical loss of the optical fiber is 0.2 dB / km.
Since it is small, a gain of 0.2 dB per km has the advantage of realizing a transmission line without optical loss.

また、1.48μmの半導体レーザを用いた実験では、60
kmの光ファイバを用いて5dBの利得が得られたことが報
告されている(文献1;N.Edagawa,K.Motiduki,Y.Iwamot
o,“Amplification of wavelength division multiplex
ed signals by a high efficient fiber Raman amplifi
er pumped by high power semiconductor laser",ELECT
RONICS LETTERS 23,196(1987).参照)。
In the experiment using a 1.48 μm semiconductor laser, 60
It was reported that a gain of 5 dB was obtained using an optical fiber of km (Reference 1; N. Edagawa, K. Motiduki, Y. Iwamot).
o, “Amplification of wavelength division multiplex
ed signals by a high efficient fiber Raman amplifi
er pumped by high power semiconductor laser ", ELECT
RONICS LETTERS 23,196 (1987). reference).

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、第3図に示したような集中定数型の構
成では、非線形波動の光ソリトンを伝搬させようとする
とき、光ファイバでの光損失により光ソリトンを長距離
に亘って維持することができない。例えば、N=1光ソ
リトンのダイナミックレンジは約9.5dBであるが、これ
以上の光損失が存在する場合、光ソリトン通信ができな
いことになる。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the lumped-constant type configuration as shown in FIG. 3, when an optical soliton of a nonlinear wave is to be propagated, the optical soliton is lengthened by the optical loss in the optical fiber. Cannot be maintained over distance. For example, the dynamic range of N = 1 optical soliton is about 9.5 dB, but if there is more optical loss than this, optical soliton communication cannot be performed.

また、誘導放出を利用した増幅では、これまでの実験
結果において、第4図に示すように、1.34μmのYAGレ
ーザを励起光源にして0.8Wの入力光強度が必要であった
(文献2;M.Nakazawa,“Highly efficient Raman amplif
ication in a polarization−preserving optical fibe
r",APPLIED PHYSICS LETTERS 46(7),628(1985).
参照)。
Further, in the amplification using stimulated emission, as shown in Fig. 4, the input light intensity of 0.8 W is required with the 1.34 µm YAG laser as the excitation light source, as shown in Fig. 4 (Reference 2; M. Nakazawa, “Highly efficient Raman amplif
ication in a polarization−preserving optical fiber
r ", APPLIED PHYSICS LETTERS 46 (7), 628 (1985).
reference).

さらにまた、上記したように、1.48μmの半導体レー
ザを用いた実験では、60kmの光ファイバを用いて5dBの
利得を得られるものの、実際光ファイバの光損失が12dB
であることを考察すると、差引き7dBの光損失を受けて
しまう。
Furthermore, as described above, in an experiment using a 1.48 μm semiconductor laser, although a gain of 5 dB can be obtained using an optical fiber of 60 km, the optical loss of the actual optical fiber is 12 dB.
Considering that, the optical loss of 7 dB is subtracted.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、線形パルスから光ソリトンまで、これらの
光ファイバ伝搬中に伴う強度の低下に長距離に亘って補
償できる分布定数型光ファイバ増幅器を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of such circumstances,
It is an object of the present invention to provide a distributed constant type optical fiber amplifier capable of compensating for a decrease in intensity accompanying propagation of these optical fibers over a long distance from linear pulses to optical solitons.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、請求項(1)では、エルビ
ウム(Er)固有の吸収波長領域と一致する波長帯の励起
光を発生する励起光源と、エルビウムを0.01ppmから10p
pmの濃度で添加したエルビウム添加光ファイバと、前記
励起光と1.5μm帯信号光を合波し前記エルビウム添加
光ファイバの一端に入射させる光合波手段とを備えた。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above-mentioned object, in claim (1), an excitation light source that generates excitation light in a wavelength band that matches an absorption wavelength region peculiar to erbium (Er) and 0.01% erbium. ppm to 10p
An erbium-doped optical fiber doped at a concentration of pm and an optical multiplexing means for multiplexing the excitation light and the 1.5 μm band signal light and making the multiplexed light enter one end of the erbium-doped optical fiber.

また、請求項(2)では、前記エルビウム添加光ファ
イバを、前記信号光の波長よりも短波長側に零分散波長
を有する光ファイバにエルビウムを添加して構成した。
Further, in claim (2), the erbium-doped optical fiber is configured by adding erbium to an optical fiber having a zero dispersion wavelength on the shorter wavelength side than the wavelength of the signal light.

また請求項(3)では、エルビウム固有の吸収波長領
域と一致する波長帯の励起光を前記エルビウム添加光フ
ァイバの他端に入射させる手段を設けた。
Further, in claim (3), there is provided means for making pumping light in a wavelength band that coincides with the absorption wavelength region peculiar to erbium enter the other end of the erbium-doped optical fiber.

(作用) 請求項(1)によれば、波長1.5μm帯の信号光と励
起光源から射出されたEr固有の吸収波長領域と一致する
波長帯の励起光が、光合波手段で合波され、この合波光
はEr添加光ファイバの一端に入射される。
(Operation) According to claim (1), the signal light in the wavelength band of 1.5 μm and the excitation light in the wavelength band that coincides with the Er-specific absorption wavelength region emitted from the excitation light source are combined by the optical combining means, This combined light is incident on one end of the Er-doped optical fiber.

Er添加光ファイバに入射され、当該光ファイバを伝搬
する合波光のうち、励起光がErを励起し、これにより信
号光は光ファイバにより受ける光損失を打ち消されなが
ら伝搬され、入射時の強度とほぼ同等の強度を保持され
て、Er添加光ファイバの他端より出射される。
Of the combined light that is incident on the Er-doped optical fiber and propagates through the optical fiber, the excitation light excites Er, and the signal light is thereby propagated while canceling the optical loss received by the optical fiber, and the intensity at the time of incidence The light is emitted from the other end of the Er-doped optical fiber while maintaining almost the same strength.

また、請求項(2)によれば、Erを添加する光ファイ
バとして、零分散波長を信号光(1.5μm帯)より短い
波長側に有するものを用いることにより、非線形波動で
ある光ソリトンも、上記した請求項(1)と同様に励起
光と合波された後、Er添加光ファイバを伝搬中に光損失
が打ち消され、崩壊をきたすことなく所定の強度を保持
されながら長距離を伝搬される。
According to claim (2), an optical soliton that is a nonlinear wave is also obtained by using an Er-doped optical fiber that has a zero-dispersion wavelength on the shorter wavelength side than the signal light (1.5 μm band). After being combined with the pumping light as in the above-mentioned claim (1), the optical loss is canceled while propagating in the Er-doped optical fiber, and the light is propagated over a long distance while maintaining a predetermined intensity without causing collapse. It

また、請求項(3)によれば、Er固有の吸収波長領域
と一致する波長帯の励起光が、Er添加光ファイバの他端
側から入射される。これにより、Er添加光ファイバの長
さが請求項(1)または請求項(2)の場合の2倍に設
定できる。この場合においても、線形パルスまたは光ソ
リトンは、光ファイバの光損失の影響を打ち消され、所
定の強度を保持されながら伝搬される。
Further, according to claim (3), the excitation light in the wavelength band that matches the absorption wavelength region peculiar to Er is incident from the other end side of the Er-doped optical fiber. As a result, the length of the Er-doped optical fiber can be set to be twice as long as that in the case of claim (1) or claim (2). Even in this case, the linear pulse or the optical soliton is propagated while canceling the influence of the optical loss of the optical fiber and maintaining a predetermined intensity.

(実施例) 第1図は、本発明に係る分布定数型光ファイバ増幅器
の第1の実施例を示す構成図である。第1図において、
11は励起光源で、例えば発振波長1.48μmの半導体レー
ザからなり、後記するEr添加光ファイバ13のほぼ長さ方
向全体に亘って、エルビウムを励起して信号光Sの増幅
を可能とするのに充分な強度(約100mW)の励起光Pを
出射する。
(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a distributed constant type optical fiber amplifier according to the present invention. In FIG.
Reference numeral 11 denotes a pumping light source, which is composed of, for example, a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.48 μm, and which is capable of amplifying the signal light S by pumping erbium over substantially the entire length direction of the Er-doped optical fiber 13 described later. The excitation light P of sufficient intensity (about 100 mW) is emitted.

12は光ファイバカップラ(光合波手段)で、入射端12
aから入射した1.5μm帯、例えば波長1.535μmの信号
光Sと入射端12bに入射した励起光源11による励起光P
とを合波して出射端12cより出射する。なお、励起光源1
1の励起光Pの出射部と光ファイバカップラ12の入射端1
2bとは光ファイバコードで接続されている。
12 is an optical fiber coupler (optical multiplexing means), which is an incident end 12
The signal light S having a wavelength of 1.535 μm, which is incident from a, and the excitation light P from the excitation light source 11, which is incident on the incident end 12b.
And are combined and emitted from the emission end 12c. The excitation light source 1
1 pumping light P output part and optical fiber coupler 12 input end 1
It is connected to 2b by an optical fiber cord.

13はEr添加光ファイバで,後記する原理に基づいて長
さは約20kmに設定され、全体に亘って希土類元素である
Erが、例えば単位長さ当たり0.076ppmの低濃度で添加し
てあり、一端は光ファイバカップラ12の出射端12cと整
合性良く接続されている。
13 is an Er-doped optical fiber whose length is set to about 20 km based on the principle described later and is a rare earth element throughout
Er is added at a low concentration of, for example, 0.076 ppm per unit length, and one end is connected to the emitting end 12c of the optical fiber coupler 12 with good matching.

14は波長選択素子で、Er添加光ファイバ13を伝搬し、
その他端から出射した光のうち、信号光Sは透過させ、
励起光Pは遮断する。
14 is a wavelength selection element, which propagates through the Er-doped optical fiber 13,
Of the light emitted from the other end, the signal light S is transmitted,
The excitation light P is blocked.

次に、上記構成による動作を説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described.

例えば、図示しない信号光源から出射された信号光S
は入射端12aから、一方、励起光源11から出射された励
起光Pは入射端12bからそれぞれ光ファイバカップラ12
に入射され、ここで合波された後、出射端12cからEr添
加光ファイバ13の一端側に入射される。
For example, the signal light S emitted from a signal light source (not shown)
Is from the incident end 12a, while the excitation light P emitted from the excitation light source 11 is from the incident end 12b.
After being combined therewith, and after being multiplexed there, the light is incident on one end side of the Er-doped optical fiber 13 from the emission end 12c.

Er添加光ファイバ13に入射された合波光のうち、励起
光Pとしては、Erの吸収帯と一致する波長領域(1.48μ
m帯)を使用している。このため、励起光PがErを励起
し、これにより信号光Sは光ファイバによる光損失が打
ち消されて、所定の強度を保持されながら伝搬される。
これは、Er添加光ファイバ13へのEr添加濃度が低く、光
ファイバ13が長さ方向全体に亘って所定の利得を有して
いることによる。
Of the combined light incident on the Er-doped optical fiber 13, the excitation light P is a wavelength region (1.48 μm) that matches the absorption band of Er.
m band) is used. Therefore, the pumping light P excites Er, whereby the signal light S is transmitted while canceling the optical loss due to the optical fiber and maintaining a predetermined intensity.
This is because the Er-doped concentration in the Er-doped optical fiber 13 is low and the optical fiber 13 has a predetermined gain over the entire length direction.

このように、光損失を打ち消されながらEr添加光ファ
イバ13を伝搬し、Er添加光ファイバ13の他端から出射し
た信号光Sは、波長選択素子14を透過し、当該分布定数
型光ファイバ増幅器から出力される。
In this way, the signal light S propagating through the Er-doped optical fiber 13 while canceling the optical loss and emitted from the other end of the Er-doped optical fiber 13 is transmitted through the wavelength selection element 14 and the distributed constant type optical fiber amplifier. Is output from.

以上のように、本第1の実施例における増幅用Er添加
光ファイバ13は、単位長さ当たりのErの添加濃度を低く
し、即ち、単位長さ当たりの利得を小さくして、光ファ
イバの単位長さ当たりの光損失と同じ程度にすることに
より、数kmから数十kmのファイバ長全体に亘って、光フ
ァイバ自身の光損失を打ち消すように構成しているの
で、当該光ファイバ増幅器のEr添加光ファイバ13自身を
伝送路として用いることができ、いわゆる等価的な無損
失光ファイバ伝送路を実現できる。
As described above, the amplification Er-doped optical fiber 13 according to the first embodiment has a low Er-doped concentration per unit length, that is, a gain per unit length is reduced to obtain an optical fiber of By making the optical loss per unit length to the same level, the optical loss of the optical fiber itself is canceled over the entire fiber length of several kilometers to several tens of kilometers. The Er-doped optical fiber 13 itself can be used as a transmission line, and a so-called equivalent lossless optical fiber transmission line can be realized.

このEr添加光ファイバ13の長さは、励起光Pの強度と
光ファイバへのEr添加濃度を所望の値に調整することに
より設定できる。次に、この原理について説明する。
The length of the Er-doped optical fiber 13 can be set by adjusting the intensity of the excitation light P and the Er-doped concentration in the optical fiber to desired values. Next, this principle will be described.

当該分布定数型光ファイバ増幅器を実現するには、光
ファイバ中へのErの添加濃度が重要な点となる。前述し
た文献2によれば、1370ppmの濃度(7.0×1018イオン/c
m3に相当)では、1.48μm半導体レーザを励起光源にし
て励起光入力32mW,ファイバ長3mで12.5dBの利得が得ら
れている。この利得は、コア部分の全体積中に含まれる
Erイオンに比例するので、光ファイバのコア径が同じ
で、ファイバ長と濃度の積が一定であれば、同じ励起光
強度で12.5dBの利得が得られることになる。即ち、濃度
が低くなると、それに反比例してファイバが長くなる。
In order to realize the distributed constant optical fiber amplifier, the concentration of Er added to the optical fiber is an important point. According to the above-mentioned reference 2, the concentration of 1370 ppm (7.0 × 10 18 ions / c
(corresponding to m 3 ), a gain of 12.5 dB was obtained with a pump light input of 32 mW and a fiber length of 3 m using a 1.48 μm semiconductor laser as a pump light source. This gain is included in the total volume of the core part
Since it is proportional to the Er ion, if the core diameter of the optical fiber is the same and the product of the fiber length and the concentration is constant, a gain of 12.5 dB can be obtained with the same pump light intensity. That is, the lower the concentration, the longer the fiber inversely.

利得の長さ方向の理論式は、既に、下記文献3で導出
されているので、数値計算からEr添加光ファイバの利得
を求めることができる[文献3;E.Desurvire,J.R.Simpso
n,and P.C.Becker,“High−gain erbiumdoped travelin
g−wave fiber amplifier",OPTICS LETTERS,Vol.12,No.
11,888(1987).参照]。
Since the theoretical formula of the gain length direction has already been derived in the following reference 3, the gain of the Er-doped optical fiber can be obtained by numerical calculation [reference 3; E. Desurvire, JR Simpso.
n, and PCBecker, “High−gain erbium doped travelin
g-wave fiber amplifier ", OPTICS LETTERS, Vol.12, No.
11,888 (1987). reference].

しかしながら、この理論式では、ファイバ長が短いた
め、励起光Pと信号光Sの光ファイバによる光損失は無
視できるが、実際には、Erに無関係な光ファイバの光損
失が1.5μm帯で0.3dB/km、1.48μm帯で0.5dB/kmあ
る。このため、ファイバ長が数kmから数十kmの長さにな
ると、信号光Sと励起光Pの光損失を考慮する必要が生
じる。
However, in this theoretical formula, since the fiber length is short, the optical loss of the pumping light P and the signal light S due to the optical fiber can be ignored, but in reality, the optical loss of the optical fiber unrelated to Er is 0.3 in the 1.5 μm band. dB / km, 0.5 dB / km in the 1.48 μm band. Therefore, when the fiber length becomes several kilometers to several tens of kilometers, it becomes necessary to consider the optical loss of the signal light S and the pumping light P.

上記文献3の理論式に光ファイバの光損失を考慮した
式は次のようになる。
The formula in which the optical loss of the optical fiber is taken into consideration in the theoretical formula of Document 3 is as follows.

ここで、Ip,sは励起光Pと信号光Sの強度を示し、パ
ワーとの関係は Ip,s=Pp,s/Aeff …(2) ρはErの添加濃度,σp,sはそれぞれ吸収断面積と誘
導放出断面積で、それぞれ6.5×10-21cm2,1.0×10-21cm
2の値を用いた。αp,sはErを添加しないときの光損失を
示す。
Here, I p , s indicates the intensity of the pumping light P and the signal light S, and the relationship with the power is I p , s = P p , s / Aeff (2) ρ is the Er addition concentration, σ p , s is the absorption cross section and the stimulated emission cross section, which are 6.5 × 10 -21 cm 2 and 1.0 × 10 -21 cm, respectively.
A value of 2 was used. α p and s represent the optical loss when Er is not added.

利得は入射信号光Sの強度をPs(0),ファイバ長1
での信号光Sの強度をPs(1)と表して次式で定義す
る。
As for the gain, the intensity of the incident signal light S is P s (0), the fiber length is 1
The intensity of the signal light S at is represented by P s (1) and is defined by the following equation.

G=10log{Ps(1)/Ps(0)} …(3) 第5図は、Erを0.076ppmと0.069ppmの濃度で添加した
Er添加光ファイバ13の利得のファイバ長依存性を、上記
式(1)の結合方程式より求めた計算結果を示してい
る。第5図においては横軸がファイバ長を、縦軸が利得
をそれぞれ表しており、図中、実線で示す曲線がEr添加
濃度を0.076ppmとした場合、破線で示す曲線がEr添加濃
度を0.069ppmとした場合を示している。なお、励起光P
の波長(λ)は1.48μmで、信号光Sの波長(λ
は1.535μmである。また入射信号光Sの強度は、1.6mW
(+2dBm)であり、連続発振光を仮定した。
G = 10log {P s (1) / P s (0)} (3) In Fig. 5, Er was added at concentrations of 0.076 ppm and 0.069 ppm.
The calculation result of the fiber length dependence of the gain of the Er-doped optical fiber 13 obtained from the coupling equation of the above equation (1) is shown. In FIG. 5, the horizontal axis represents the fiber length and the vertical axis represents the gain. In the figure, when the curve shown by the solid line is the Er-doped concentration of 0.076 ppm, the curve shown by the broken line shows the Er-doped concentration of 0.069 ppm. The figure shows the case of ppm. The excitation light P
Wavelength (λ P ) is 1.48 μm, and the wavelength of signal light S (λ S )
Is 1.535 μm. The intensity of the incident signal light S is 1.6 mW.
(+2 dBm), and continuous wave light was assumed.

第5図から分るように、Er添加濃度が0.069ppmの場
合、入射励起光Pの強度が80mWでは、ファイバ長18.5km
で利得が0dB、即ち、出射光強度と入射光強度が等しく
なる。このとき、ファイバ長9km付近で最大利得1.4dBを
有し、18.5kmに亘り利得を有する分布定数型光ファイバ
増幅器を実現している。
As can be seen from FIG. 5, when the Er-doped concentration is 0.069 ppm and the intensity of the incident excitation light P is 80 mW, the fiber length is 18.5 km.
The gain is 0 dB, that is, the emitted light intensity and the incident light intensity become equal. At this time, a distributed constant type optical fiber amplifier having a maximum gain of 1.4 dB near a fiber length of 9 km and a gain of 18.5 km has been realized.

ここで、励起光Pの強度を100mWにあげると、21.8km
まで信号光Sの伝送距離を延ばすことができる。このと
きの最大増幅度は、1.9dBになる。
Here, if the intensity of the excitation light P is raised to 100 mW, it will be 21.8 km.
It is possible to extend the transmission distance of the signal light S. The maximum amplification degree at this time is 1.9 dB.

一方、励起光Pの強度を100mWにあげると21.8kmまで
信号光Sの伝送距離を延ばすことができる。このとき、
最大利得は1.9dBになる。Er添加濃度を0.076ppmにした
場合には(実線)、80mWの励起光Pの強度で20kmまで利
得を有し、100mWでは23.2kmまで伝送距離を延ばすこと
ができる。
On the other hand, if the intensity of the pumping light P is raised to 100 mW, the transmission distance of the signal light S can be extended to 21.8 km. At this time,
The maximum gain is 1.9dB. When the Er-doped concentration is 0.076 ppm (solid line), the intensity of the pumping light P of 80 mW has a gain up to 20 km, and at 100 mW, the transmission distance can be extended to 23.2 km.

このように、光ファイバの長さの設定は、励起光Pの
強度を調整することによって行い得る。以上の計算結果
より、Erの添加濃度を低くすることによって、20kmの長
さに亘り所定の利得を分布させることができることが確
認できる。
Thus, the length of the optical fiber can be set by adjusting the intensity of the pumping light P. From the above calculation results, it can be confirmed that the predetermined gain can be distributed over the length of 20 km by lowering the Er addition concentration.

なお、本第1の実施例において、Erを添加する光ファ
イバとして、信号光Sの波長、即ち、1.5μm帯よりも
短波長側に零分散波長を有するものを選定すれば、線形
パルスのみならず、非線形波動である光ソリトンを、そ
の崩壊をきたすことなく、長距離伝送できる。
In the first embodiment, if the optical fiber to which Er is added has a zero-dispersion wavelength on the wavelength side of the signal light S, that is, on the shorter wavelength side than the 1.5 μm band, only a linear pulse is obtained. First, optical solitons, which are nonlinear waves, can be transmitted over long distances without causing their collapse.

Erの添加濃度としては0.01ppmから10ppmまでの濃度が
好ましく、0.01ppmより低い添加濃度では、光ファイバ
に所望の増幅機能をもたせることができず、一方、10pp
mを超える添加濃度では、ファイバ長を長くすることが
できない(2桁程度、短くなる)。
The concentration of Er added is preferably 0.01 ppm to 10 ppm, and if the concentration is lower than 0.01 ppm, the optical fiber cannot have the desired amplification function.
If the added concentration exceeds m, the fiber length cannot be lengthened (it will be shortened by about two digits).

さらに、本第1の実施例では、励起光源11として、波
長1.48μmの励起光Pを出射する半導体レーザを用いた
が、これに限定されるものではなく、Erの吸収帯と一致
する波長帯、例えば0.5μm帯、0.6μm帯、0.8μm
帯、0.98μm帯の励起光を出射するレーザ装置を本発明
に適用できることはいうまでもない。
Furthermore, in the first embodiment, the semiconductor laser that emits the pumping light P having a wavelength of 1.48 μm is used as the pumping light source 11, but the present invention is not limited to this, and the wavelength band matching the absorption band of Er is used. , 0.5μm band, 0.6μm band, 0.8μm
It goes without saying that a laser device that emits excitation light in the band of 0.98 μm can be applied to the present invention.

第6図は、本発明に係る分布定数型光ファイバ増幅器
の第2の実施例を示す構成図である。本第2の実施例と
前記第1の実施例の異なる点は、光合波手段を光ファイ
バカップラの代わりに、信号光Sは透過し、励起光Pを
反射することによって両光を合波する誘電体多層膜フィ
ルタ15により構成し、さらに誘電体多層膜フィルタ15の
信号光S及び励起光Pの入射側にセルフォックレンズ16
a,16bをそれぞれ配置し、かつ、合波光を出射側とEr添
加光ファイバ13の一端間にセルフォックレンズ16cを配
置したことにある。その他の構成は、前記第1の実施例
と同様であり、同様の作用効果を得ることができる。
FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the distributed constant type optical fiber amplifier according to the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the signal light S is transmitted and the excitation light P is reflected instead of the optical combining means instead of the optical fiber coupler to combine the two lights. The dielectric multilayer filter 15 is provided, and the SELFOC lens 16 is provided on the incident side of the dielectric multilayer filter 15 for the signal light S and the excitation light P.
This is because a and 16b are respectively arranged, and a SELFOC lens 16c is arranged between the exit side of the combined light and one end of the Er-doped optical fiber 13. The other structure is the same as that of the first embodiment, and the same effect can be obtained.

第7図は、本発明に係る分布定数型光ファイバ増幅器
の第3の実施例を示す構成図である。本第3の実施例と
前記第1の実施例の異なる点は、Er添加光ファイバ13の
他端と波長選択素子14との間に光ファイバカップラ17を
挿入し、その入出射端面17aとEr添加光ファイバ13の他
端及び出射端面17bと波長選択素子14とを接続し、さら
に、励起光源11と同一構成の励起光源18を設け、励起光
源18による励起光Pを光ファイバカップラ17の入射端17
cから入射させて、Er添加光ファイバ13の他端に入射さ
せることにより、Er添加光ファイバ13の両端からErを励
起するように構成したことにある。
FIG. 7 is a block diagram showing a third embodiment of the distributed constant type optical fiber amplifier according to the present invention. The difference between the third embodiment and the first embodiment is that an optical fiber coupler 17 is inserted between the other end of the Er-doped optical fiber 13 and the wavelength selection element 14, and its input / output end faces 17a and Er are inserted. The other end of the doped optical fiber 13 and the emission end face 17b are connected to the wavelength selection element 14, and a pumping light source 18 having the same structure as the pumping light source 11 is provided, and the pumping light P from the pumping light source 18 is incident on the optical fiber coupler 17. Edge 17
It is configured so that Er is excited from both ends of the Er-doped optical fiber 13 by being incident from c and incident on the other end of the Er-doped optical fiber 13.

このような構成にすることにより、前記第1の実施例
の効果に加えて、ファイバ長を2倍に延ばすことができ
る。前述したように、第1の実施例による計算結果で
は、ファイバ長23.3kmの長さに亘って利得が得られてい
るので、第3の実施例においては、46.4kmに亘って利得
を分布させた分布定数型光ファイバ増幅器を実現でき
る。
With such a structure, in addition to the effect of the first embodiment, the fiber length can be doubled. As described above, in the calculation result of the first embodiment, since the gain is obtained over the fiber length of 23.3 km, the gain is distributed over 46.4 km in the third embodiment. It is possible to realize a distributed constant type optical fiber amplifier.

(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)によれば、エルビ
ウム(Er)固有の吸収波長領域と一致する波長帯の励起
光を発生する励起光源と、エルビウムを0.01ppmから10p
pmの濃度で添加したエルビウム添加光ファイバと、前記
励起光と1.5μm帯信号光を合波し前記エルビウム添加
光ファイバの一端に入射させる光合波手段とを備えたの
で、光ファイバ伝搬中に伴う光損失を打ち消しながら、
信号光を伝搬させることができ、さらに、光ファイバの
長さは励起光強度とEr添加濃度を上記した範囲内で所望
の値に調整することにより、数kmから数十kmに設定する
ことができ、いわゆる等価的な無損失光ファイバ伝送路
を実現できる。従って、光通信システムにおいて、伝送
距離の制限を緩和できる利点がある。
(Effect of the invention) As described above, according to claim (1), an excitation light source that generates excitation light in a wavelength band that matches the absorption wavelength region specific to erbium (Er), and erbium from 0.01 ppm to 10 p
Since the erbium-doped optical fiber doped at the concentration of pm and the optical multiplexing means for multiplexing the excitation light and the 1.5 μm band signal light and making it enter one end of the erbium-doped optical fiber are included While canceling the light loss,
The signal light can be propagated, and the length of the optical fiber can be set to several kilometers to several tens of kilometers by adjusting the excitation light intensity and the Er-doped concentration to desired values within the above range. Therefore, a so-called equivalent lossless optical fiber transmission line can be realized. Therefore, there is an advantage that the limitation of the transmission distance can be relaxed in the optical communication system.

また、請求項(2)によれば、請求項(1)の効果に
加えて、非線形波動である光ソリトンの振幅をほぼ一定
に保持しながら伝搬させることができ、光ソリトン伝送
の長距離化を図ることができる。
Further, according to claim (2), in addition to the effect of claim (1), it is possible to propagate an optical soliton, which is a nonlinear wave, while keeping the amplitude of the optical soliton substantially constant, thereby increasing the distance of the optical soliton transmission. Can be achieved.

また、請求項(3)によれば、請求項(1)または請
求項(2)の効果に加えて、伝送距離をさらに2倍に延
長することができる。例えば、線形パルスあるいは光ソ
リトンを46km以上に亘り、ほとんど強度の低下をきたす
ことなく伝搬させることができる。
According to claim (3), in addition to the effect of claim (1) or (2), the transmission distance can be further doubled. For example, linear pulses or optical solitons can be propagated over 46 km or more with almost no reduction in intensity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る分布定数型光ファイバ増幅器の第
1の実施例を示す構成図、第2図は従来のEr添加光ファ
イバの利得のファイバ長依存性を示すグラフ、第3図は
従来の光ファイバ増幅器の集中定数型としての使用例を
示す図、第4図は誘導ラマン散乱による増幅実験結果を
示すグラフ、第5図は本発明に係るEr添加光ファイバの
利得のファイバ長依存性を示すグラフ、第6図は本発明
に係る分布定数型光ファイバ増幅器の第2の実施例を示
す構成図、第7図は本発明に係る分布定数型光ファイバ
増幅器の第3の実施例を示す構成図である。 図中、11,18……励起光源、12……光ファイバカップラ
(光合波手段)、13……Er(エルビウム)添加光ファイ
バ、14……波長選択素子、15……誘電体多層膜フィルタ
(光合波手段)、17……光ファイバカップラ。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a distributed constant type optical fiber amplifier according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing the fiber length dependence of the gain of a conventional Er-doped optical fiber, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of using a conventional optical fiber amplifier as a lumped constant type, FIG. 4 is a graph showing amplification experiment results by stimulated Raman scattering, and FIG. 5 is a fiber length dependence of the gain of an Er-doped optical fiber according to the present invention. FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of the distributed constant type optical fiber amplifier according to the present invention, and FIG. 7 is a third embodiment of the distributed constant type optical fiber amplifier according to the present invention. It is a block diagram which shows. In the figure, 11, 18 ... Excitation light source, 12 ... Optical fiber coupler (optical multiplexing means), 13 ... Er (erbium) -doped optical fiber, 14 ... Wavelength selection element, 15 ... Dielectric multilayer film filter ( Optical multiplexing means), 17 ... Optical fiber coupler.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】エルビウム(Er)固有の吸収波長領域と一
致する波長帯の励起光を発生する励起光源と、 エルビウムを0.01ppmから10ppmの濃度で添加したエルビ
ウム添加光ファイバと、 前記励起光と1.5μm帯信号光を合波し前記エルビウム
添加光ファイバの一端に入射させる光合波手段とを備え
た ことを特徴とする分布定数型光ファイバ増幅器。
1. An excitation light source that generates excitation light in a wavelength band that matches an absorption wavelength region specific to erbium (Er), an erbium-doped optical fiber doped with erbium at a concentration of 0.01 ppm to 10 ppm, and the excitation light. A distributed constant type optical fiber amplifier, comprising: an optical multiplexing unit that multiplexes 1.5 μm band signal light and makes it enter one end of the erbium-doped optical fiber.
【請求項2】前記エルビウム添加光ファイバは、前記信
号光の波長よりも短波長側に零分散波長を有する光ファ
イバにエルビウムを添加してなる請求項(1)記載の分
布定数型光ファイバ増幅器。
2. The distributed constant type optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the erbium-doped optical fiber is formed by adding erbium to an optical fiber having a zero dispersion wavelength on the shorter wavelength side than the wavelength of the signal light. .
【請求項3】エルビウム固有の吸収波長領域と一致する
波長帯の励起光を前記エルビウム添加光ファイバの他端
に入射させる手段を設けた請求項(1)または請求項
(2)記載の分布定数型光ファイバ増幅器。
3. A distribution constant according to claim 1, further comprising means for causing pumping light having a wavelength band matching with an absorption wavelength region peculiar to erbium to be incident on the other end of the erbium-doped optical fiber. Optical fiber amplifier.
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