JP2596620B2 - Optical fiber amplifier - Google Patents

Optical fiber amplifier

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JP2596620B2
JP2596620B2 JP2000951A JP95190A JP2596620B2 JP 2596620 B2 JP2596620 B2 JP 2596620B2 JP 2000951 A JP2000951 A JP 2000951A JP 95190 A JP95190 A JP 95190A JP 2596620 B2 JP2596620 B2 JP 2596620B2
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers

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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、1.5μｍ帯の信号光を希土類元素のエルビ
ウムが添加された光ファイバを増幅媒質として直接光増
幅する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 an optical fiber amplifier for directly amplifying a 1.5 μm band signal light using an optical fiber doped with a rare earth element erbium as an amplification medium. .

（従来の技術） 従来、エルビウム（以下、Erと表記する）添加光ファ
イバを用いた光ファイバ増幅器の励起光源としては、励
起可能な波長が可視光から近赤外領域に存在するため、
気体レーザ、色素レーザ、固体レーザ及び半導体レーザ
が適用されてきた。(Prior art) Conventionally, as an excitation light source of an optical fiber amplifier using an erbium (hereinafter referred to as Er) -doped optical fiber, an excitable wavelength exists in a range from visible light to near infrared region.
Gas lasers, dye lasers, solid state lasers and semiconductor lasers have been applied.

これら各種レーザの中では、実用上の観点から、半導
体レーザによる励起が望まれており、励起可能な光源と
して0.8μｍ帯GaAlAs半導体レーザ、0.98μｍ帯InGaAs
歪量子井戸型レーザ、1.48μｍ帯InGaAsP半導体レーザ
が存在する。Among these various lasers, from a practical viewpoint, pumping by a semiconductor laser is desired, and a 0.8 μm band GaAlAs semiconductor laser, a 0.98 μm band InGaAs
There are strained quantum well lasers and 1.48 μm band InGaAsP semiconductor lasers.

これらの中で、0.8μｍ帯の励起波長では、励起吸収
というEr元素に特有の現象により（文献1;R.I.Laming,
S.B.Poole,and E.J.Tarbox,“Pump excited−state abs
orption in erbium−doped fibers",Opt.Lett.vol.13,N
o.12,1084（1988）参照）、有効な励起が行われず、大
きな増幅度を得ることができないため、これまで、半導
体レーザによる励起で6dB、色素レーザによる励起で15d
Bが報告されたのみであった（文献2;T.J.Whitley,“Las
er diode pumped operation of Er3+−doped fiber amp
lifier",Electron.Lett.vol.24,No.25,1537（1988）参
照）。このため、従来より、励起吸収の存在しない0.98
μｍ帯、1.48μｍ帯が励起波長として望ましいとされて
きた。Among them, at the excitation wavelength in the 0.8 μm band, a phenomenon peculiar to the Er element called excitation absorption (Ref. 1; RILaming,
SBPoole, and EJTarbox, “Pump excited-state abs
orption in erbium-doped fibers ", Opt. Lett. vol. 13, N
o.12,1084 (1988)), effective excitation is not performed, and a large amplification degree cannot be obtained. So far, 6 dB has been excited by the semiconductor laser and 15 d by the dye laser.
B was only reported (Ref. 2; TJ Whitley, “Las
er diode pumped operation of Er 3+ −doped fiber amp
lifier ", Electron. Lett. vol. 24, No. 25, 1537 (1988)).
The μm band and the 1.48 μm band have been considered desirable as the excitation wavelength.

実際、励起波長が0.8μｍ帯の場合、利得係数が0.4dB
/mWと低い値であるのに対して、励起波長が0.98μｍ帯
の場合、利得係数が4.0dB/mW、1.48μｍ帯の場合、利得
係数が2.2dB/mWと良好な値が得られる（なお、0.98μｍ
帯及び1.48μｍ帯の利得係数に関しては、『文献3;R.S.
Vodhanel,R.I.Laming,V.Shah,L.Curtis,D.P.Bour,W.L.B
arnes,J.D.Minelly,E.J.Tarbox,and F.J.Favire,“High
ly efficient 978nm diode−pumped erbi um−doped fi
ber amplifier with 24dB gain",Electron.Lett.vol.2
5,No.20,1386（1989）。』及び『文献4;E.Desurvire,C.
R.Giles,J.R.Simpson and J.L.Zyskind,“Efficient er
bium−doped fiber amplifier at λ＝1.53μm with hi
gh output saturation power",CLEO,Ba1timore,U.S.A.,
PD20（1989）．』参照）。In fact, when the pump wavelength is in the 0.8μm band, the gain factor is 0.4dB
In contrast, the gain coefficient is as low as / mW, whereas the gain coefficient is 4.0 dB / mW when the pumping wavelength is in the 0.98 μm band, and the gain coefficient is 2.2 dB / mW when the pumping wavelength is in the 1.48 μm band. In addition, 0.98μm
Band and the gain coefficient of the 1.48 μm band are described in Reference 3; RS
Vodhanel, RILaming, V.Shah, L.Curtis, DPBour, WLB
arnes, JDMinelly, EJTarbox, and FJFavire, “High
ly efficient 978nm diode−pumped erbi um−doped fi
ber amplifier with 24dB gain ", Electron.Lett.vol.2
5, No. 20, 1386 (1989). And Ref. 4; E. Desurvire, C.
R. Giles, JR Simpson and JL Zyskind, “Efficient er
bium-doped fiber amplifier at λ = 1.53μm with hi
gh output saturation power ", CLEO, Ba1timore, USA,
PD20 (1989). "reference).

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、0.98μｍ帯半導体レーザは活性層幅が
広く、光ファイバとの結合が良くないこと、また、現
在、研究段階にあり入手するのが困難であることと、そ
の信頼性について不明であること等、実用に至るまでに
は解決すべき問題点をいくつか有している。(Problems to be Solved by the Invention) However, the 0.98 μm band semiconductor laser has a wide active layer and poor coupling with an optical fiber, and is currently in a research stage and is difficult to obtain. However, there are a number of problems that need to be solved before practical use, such as its reliability is unknown.

また、1.48μｍ帯半導体レーザについても、同様に、
未だ研究段階の状況である（文献5;M.Nakazawa,Y.Kimur
a and K.Suzuki,“Efficient Er3+−doped optical amp
lifier pumped by a 1.48μm InGaAsP Laser diode",Ap
pl.Phys.Lett.,vol.54,No.4,295（1989）．参照）。Similarly, for a 1.48 μm band semiconductor laser,
It is still in the research stage (Ref. 5; M. Nakazawa, Y. Kimur
a and K. Suzuki, “Efficient Er 3+ −doped optical amp
lifier pumped by a 1.48μm InGaAsP Laser diode ", Ap
pl. Phys. Lett., vol. 54, No. 4, 295 (1989). reference).

また、Er添加光ファイバでは、信号光の波長1.5μｍ
で単一モードとなるようにカットオフ波長を1.1μｍか
ら1.4μｍの間に設定される。しかし、この場合、0.8μ
ｍ帯の半導体レーザ光では、高次のモードまで励振され
るために伝搬する光束が広がって励起光のエネルギー密
度が低くなってしまう。In addition, the Er-doped optical fiber has a signal light wavelength of 1.5 μm.
The cut-off wavelength is set between 1.1 μm and 1.4 μm so as to obtain a single mode. However, in this case, 0.8μ
In the case of the m-band semiconductor laser light, since the light is excited to a higher-order mode, the propagating light flux is spread and the energy density of the pump light is reduced.

一方、0.8μｍ帯の励起波長で単一モードとなるよう
な光ファイバでは、逆に1.5μｍ帯での曲げ損失が無視
できなくなるため、ファイバの曲がりに対しての利得が
不安定になってしまう。On the other hand, in an optical fiber that becomes a single mode at an excitation wavelength in the 0.8 μm band, the bending loss in the 1.5 μm band cannot be ignored, so that the gain against the bending of the fiber becomes unstable. .

従って、励起波長が0.8μｍ帯では、最適なファイバ
構造及び濃度、長さ等を得ることができないため、小型
で効率の良い光増幅器を実現できないと考えられてい
た。Therefore, it has been considered that when the pumping wavelength is in the 0.8 μm band, an optimal fiber structure, concentration, length, and the like cannot be obtained, so that a small and efficient optical amplifier cannot be realized.

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、実用的な0.8μｍ帯の励起波長により30dB
程度の高利得と高出力を得られる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,
Its purpose is 30dB with a practical 0.8μm excitation wavelength.
An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier capable of obtaining a high gain and a high output.

（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、発振波
長領域が0.8μｍ帯にある励起光源と、Erを所定の濃度
で添加したEr添加光ファイバと、前記励起光源による励
起光と1.5μｍ帯信号光を合波し、該合波光を前記Er添
加光ファイバの一端に入射する光合波手段と、前記Er添
加光ファイバの他端からの出射光を入射し、通過させる
光アイソレータとを備えた。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in claim (1), an excitation light source having an oscillation wavelength region in the 0.8 μm band, an Er-doped optical fiber doped with Er at a predetermined concentration, and An optical multiplexing unit that multiplexes the pump light by the pump light source and the 1.5 μm band signal light, and makes the multiplexed light incident on one end of the Er-doped optical fiber, and emits light emitted from the other end of the Er-doped optical fiber. And an optical isolator for allowing the light to pass therethrough.

また、請求項（２）では、請求項（１）記載の光ファ
イバ増幅器において、前記Er添加光ファイバの他端から
の出射光から信号光のみを通過させる光フィルタを、前
記光アイソレータの光入射側または光出射側に設けた。According to a second aspect of the present invention, in the optical fiber amplifier according to the first aspect, an optical filter that passes only signal light from light emitted from the other end of the Er-doped optical fiber is provided as a light incident on the optical isolator. Side or light exit side.

また、請求項（３）では、請求項（１）または（２）
記載の光ファイバ増幅器において、前記光合波手段の合
波光出射側または励起光及び信号光入射側の少なくとも
一方に光アイソレータを配置した。In claim (3), claim (1) or (2)
In the above-described optical fiber amplifier, an optical isolator is arranged on at least one of the multiplexed light output side or the pump light and signal light incident sides of the optical multiplexing means.

また、請求項（４）では、請求項（１），（２）また
は（３）記載の光ファイバ増幅器において、各々が偏波
または波長が異なる励起光を出射する複数の励起光源
と、これら励起光源からの励起光を合波し、該合波光を
前記光合波手段に入射する光合波手段を設けた。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical fiber amplifier according to the first, second or third aspect, wherein a plurality of pumping light sources each emitting pumping light having a different polarization or a different wavelength; Optical multiplexing means is provided for multiplexing the excitation light from the light source and for inputting the multiplexed light to the optical multiplexing means.

また、請求項（５）では、請求項（１），（２），
（３）または（４）記載の光ファイバ増幅器において、
Er添加光ファイバを、コアの周囲に設けられ該コアより
低屈折率の第１のクラッドと、該第１のクラッドの周囲
に設けられ該第１のクラッドより低屈折率の第２のクラ
ッドとを備えた二重クラッド構造を有する光ファイバに
より構成した。In claim (5), claims (1), (2),
In the optical fiber amplifier according to (3) or (4),
An Er-doped optical fiber is provided around a core and a first clad having a lower refractive index than the core, and a second clad provided around the first clad and having a lower refractive index than the first clad. And an optical fiber having a double clad structure provided with

また、請求項（６）では、請求項（１），（２），
（３），（４）または（５）記載の光ファイバ増幅器に
おいて、Er添加光ファイバを、AlまたはＰを酸化物の形
で少なくとも１種類含む光ファイバを用い、かつ、Erを
1000ppm以下の濃度で添加して構成した。In claim (6), claims (1), (2),
(3) The optical fiber amplifier according to (4) or (5), wherein the Er-doped optical fiber is an optical fiber containing at least one kind of Al or P in the form of an oxide, and Er is used.
It was constituted by adding at a concentration of 1000 ppm or less.

また、請求項（７）では、請求項（１），（２），
（３），（４），（５）または（６）記載の光ファイバ
増幅器を、複数個、多段に直列接続して、一の光ファイ
バ増幅器を構成した。In claim (7), claims (1), (2),
A plurality of optical fiber amplifiers described in (3), (4), (5) or (6) were connected in series in multiple stages to constitute one optical fiber amplifier.

（作用） 請求項（１）によれば、光伝送路を伝搬した信号光と
励起光源から出射された波長0.8μｍ帯の励起光とが光
合波手段に入射され、ここで合波された後、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), after the signal light propagating through the optical transmission line and the pump light in the wavelength of 0.8 μm emitted from the pump light source enter the optical multiplexing means and are multiplexed here. 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た合波光のうち、励起光
の波長0.8μｍ帯は、Erの吸収帯と一致する。このた
め、励起光によって光ファイバへの添加物であるEr原子
が励起され、励起準位の4I13/2と基底準位の4I15/2の間
に反転分布が形成される。Of the multiplexed light incident on the Er-doped optical fiber, the 0.8 μm wavelength band of the excitation light coincides with the Er absorption band. For this reason, the Er atom as an additive to the optical fiber is excited by the excitation light, and a population inversion is formed between the excitation level 4 I 13/2 and the ground level 4 I 15/2 .

これにより、Er添加光ファイバ中を伝搬する信号光が
この部分を通過すると誘導放出により信号光が所定の増
幅度をもって増幅される。Thus, when the signal light propagating in the Er-doped optical fiber passes through this portion, the signal light is amplified with a predetermined amplification degree by stimulated emission.

増幅された信号光は、Er添加光ファイバの他端から出
射して光アイソレータに入射され、ここを通過して当該
光ファイバ増幅器の出力光として出力される。The amplified signal light exits from the other end of the Er-doped optical fiber, enters the optical isolator, passes therethrough, and is output as output light of the optical fiber amplifier.

また、請求項（２）によれば、Er添加光ファイバにて
増幅された信号光と増幅作用に供した励起光は、光アイ
ソレータに入射され、ここを通過して、次に光フィルタ
に入射される。ここで、励起光の進行が妨げられ、信号
光のみが当該光ファイバ増幅器の出力光として出力され
る。According to claim (2), the signal light amplified by the Er-doped optical fiber and the pumping light subjected to the amplifying action are incident on the optical isolator, pass therethrough, and then enter the optical filter. Is done. Here, the progress of the pump light is hindered, and only the signal light is output as the output light of the optical fiber amplifier.

または、Er添加光ファイバにて増幅された信号光と増
幅作用に供した励起光は、光フィルタに入射される。こ
こで、励起光の進行が妨げられ、信号光のみが光アイソ
レータに入射され、信号光のみが当該光ファイバ増幅器
の出力光として出力される。Alternatively, the signal light amplified by the Er-doped optical fiber and the excitation light subjected to the amplification action are incident on the optical filter. Here, the progress of the pump light is hindered, only the signal light enters the optical isolator, and only the signal light is output as output light of the optical fiber amplifier.

また、請求項（３）によれば、光合波手段で合波され
た信号光と励起光は、光アイソレータを介して、Er添加
光ファイバの一端に入射される。According to claim (3), the signal light and the pump light multiplexed by the optical multiplexing means are incident on one end of the Er-doped optical fiber via the optical isolator.

または、光アイソレータを介した信号光あるいは励起
光が光合波手段に入射される。Alternatively, the signal light or the pump light via the optical isolator is incident on the optical multiplexing means.

また、請求項（４）によれば、各励起光源から出射さ
れた、偏波面あるいは波長の異なる各励起光は合波さ
れ、直接あるいは光アイソレータを介して光合波手段に
入射され、ここで信号光と合波される。According to claim (4), the respective pumping lights having different polarization planes or wavelengths emitted from the respective pumping light sources are multiplexed and directly or through an optical isolator into the optical multiplexing means. Combined with light.

また、請求項（５）によれば、1.5μｍ帯と長波長の
信号光は、コアと第１のクラッドに閉じ込められて伝搬
される。一方、0.8μｍ帯と短い波長の励起光は、第１
のクラッドをコア、第２のクラッドをクラッドとして、
この両領域に閉じ込められ伝搬される。According to claim (5), the 1.5 μm band and long wavelength signal light is confined in the core and the first cladding and propagated. On the other hand, the excitation light having a wavelength as short as 0.8 μm band is the first.
With the cladding as the core and the second cladding as the cladding,
It is confined and propagated in these two regions.

また、請求項（６）によれば、AlまたはＰが酸化物の
形で光ファイバの構成要素として用いられ、かつ、Erが
1000ppm以下の濃度で添加されて増幅波長領域が拡張さ
れる。According to claim (6), Al or P is used as a component of the optical fiber in the form of an oxide, and Er is
It is added at a concentration of 1000 ppm or less to extend the amplification wavelength region.

また、請求項（７）によれば、各段部で上記と同様の
作用が行われる。According to claim (7), the same operation as described above is performed in each step.

（実施例） 第１図は、本発明に係る光ファイバ増幅器の第１の実
施例を示す構成図である。(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the optical fiber amplifier according to the present invention.

第１図において、１は励起光源で、発振波長領域が0.
8μｍ帯（0.78μｍ〜0.85μｍ）、例えば0.818μｍのGa
AlAs半導体レーザ、Ti:サファイアレーザ、色素レーザ
等からなり、所定強度の励起光Ｐを出射する。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an excitation light source having an oscillation wavelength range of 0.2.
8 μm band (0.78 μm to 0.85 μm), for example, 0.818 μm Ga
It is composed of an AlAs semiconductor laser, Ti: sapphire laser, dye laser, or the like, and emits excitation light P having a predetermined intensity.

２は光合波手段で、例えば光ファイバカップラまたは
導波路型カップラからなり、波長1.5μｍ帯、例えば波
長1.535μｍの信号光Ｓと励起光源１による励起光Ｐと
を合波する。Reference numeral 2 denotes an optical multiplexing means, which is composed of, for example, an optical fiber coupler or a waveguide type coupler, and multiplexes a signal light S having a wavelength of 1.5 μm, for example, a wavelength of 1.535 μm, and a pump light P from the pump light source 1.

３はEr添加光ファイバで、一端が光合波手段２の合波
光出射部と接続され、全体に亘って希土類元素であるEr
が、添加濃度1000ppm以下、例えば20ppmから200ppm前後
の低濃度で添加され、かつ、そのファイバ長が50mから1
50m程度に設定されており、一端から入射した光合波手
段２による合波光のうち、励起光Ｐに基づく増幅作用に
よって信号光Ｓを増幅する。Numeral 3 denotes an Er-doped optical fiber, one end of which is connected to the multiplexed light emitting portion of the optical multiplexing means 2 and which is a rare earth element Er throughout.
Is added at a low concentration of 1000 ppm or less, for example, about 20 ppm to about 200 ppm, and the fiber length is 50 m to 1 m.
The signal light S is set to about 50 m and amplifies the signal light S by the amplifying action based on the pump light P among the multiplexed light from the optical multiplexing means 2 incident from one end.

４は無偏波型光アイソレータで、Er添加光ファイバ３
の他端に接続され、Er添加光ファイバ３の他端への戻り
光の入射を抑止する。Reference numeral 4 denotes a non-polarization type optical isolator.
To prevent the return light from entering the other end of the Er-doped optical fiber 3.

５は光バンドパスフィルタで、光アイソレータの光出
射側に接続され、信号光Ｓは通過させて、励起光Ｐを遮
断する。Reference numeral 5 denotes an optical band-pass filter, which is connected to the light emitting side of the optical isolator, and allows the signal light S to pass therethrough and blocks the pumping light P.

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、図示しない光伝送路を伝搬した信号光Ｓと励
起光源１から出射された励起光Ｐとが光合波手段２に入
射され、ここで合波された後、この合波光がEr添加光フ
ァイバ３の一端に入射される。For example, the signal light S propagated through an optical transmission line (not shown) and the pump light P emitted from the pump light source 1 enter the optical multiplexing means 2 and are multiplexed here. 3 is incident on one end.

Er添加光ファイバ３に入射された合波光のうち、励起
光Ｐとしては、上述したようにErの吸収帯と一致する波
長領域（0.8μｍ帯）を使用している。このため、励起
光Ｐによって光ファイバへの添加物であるEr原子が励起
され、励起準位の4I13/2と基底準位の4I15/2の間に反転
分布が形成される。As described above, the wavelength region (0.8 μm band) coinciding with the absorption band of Er is used as the excitation light P among the multiplexed light incident on the Er-doped optical fiber 3. Therefore, the excitation light P excites the Er atom as an additive to the optical fiber, and an inversion distribution is formed between the excitation level 4 I 13/2 and the ground level 4 I 15/2 .

これにより、Er添加光ファイバ３中を伝搬する信号光
Ｓがこの部分を通過すると誘導放出により信号光Ｓが所
定の増幅度をもって増幅される。Thus, when the signal light S propagating through the Er-doped optical fiber 3 passes through this portion, the signal light S is amplified with a predetermined amplification degree by stimulated emission.

増幅された信号光Ｓと増幅作用に供した励起光Ｐは、
Er添加光ファイバ３の他端から出射して光アイソレータ
４を通過し、次に、光バンドパスフィルタ５に入射され
る。ここで、励起光Ｐの進行が妨げられ、信号光Ｓのみ
が当該光ファイバ増幅器の出力光として出力される。The amplified signal light S and the pump light P subjected to the amplification action are:
The light exits from the other end of the Er-doped optical fiber 3, passes through the optical isolator 4, and then enters the optical bandpass filter 5. Here, the progress of the pump light P is hindered, and only the signal light S is output as output light of the optical fiber amplifier.

第２図は第１図の構成において、２種類のEr添加光フ
ァイバを用いて、光アイソレータ４の出射端で測定した
波長1.535μｍの信号光Ｓに対する増幅度と励起波長0.8
18μｍの入射励起光強度との関係及び従来の技術の項で
引用した文献２に記載されている従来までに報告された
最良の結果を示すグラフである。第２図では、横軸がEr
添加光ファイバ３への入射励起光強度を、縦軸が増幅度
をそれぞれ表している。FIG. 2 shows an amplification degree and a pump wavelength of 0.835 μm for the signal light S having a wavelength of 1.535 μm measured at the output end of the optical isolator 4 using two types of Er-doped optical fibers in the configuration of FIG.
10 is a graph showing the relationship with the incident excitation light intensity of 18 μm and the best results reported so far described in Document 2 cited in the section of the prior art. In FIG. 2, the horizontal axis is Er.
The vertical axis represents the intensity of the pumping light incident on the doped optical fiber 3, and the vertical axis represents the degree of amplification.

図中、実線で示す曲線は、Er添加濃度が160ppmで、
GeO2とSiO2の組成からなり、長さ70mのEr添加光ファイ
バ３を用いた場合の測定結果を示している。また、実線
で示す曲線は、Er添加濃度が88ppmで、GeO2,Al2O3とS
iO2の組成からなり、長さ124mのEr添加光ファイバ３を
用いた場合の測定結果を示している。一方、図中、破線
で示す曲線は、文献２からの引用結果である（ファイ
バ長8m、Er添加濃度1000ppm近傍値）。In the figure, the curve shown by the solid line indicates that the concentration of Er added is 160 ppm.
The measurement results are shown in the case where an Er-doped optical fiber 3 having a composition of GeO 2 and SiO 2 and a length of 70 m is used. Further, the curve shown by the solid line shows that when the Er concentration is 88 ppm, GeO 2 , Al 2 O 3 and S
The measurement results in the case of using the Er-doped optical fiber 3 having a composition of iO 2 and a length of 124 m are shown. On the other hand, the curve shown by the broken line in the figure is the result of citation from Reference 2 (fiber length 8 m, Er added concentration near 1000 ppm).

第２図から明らかなように、従来の光ファイバ増幅器
では、増幅度が15dB程度で飽和してしまう（最大増幅度
約15dB）のに対して、本第１の実施例による光ファイバ
増幅器では、30dB以上の高増幅度が得られ、その増幅度
は従来より15dB以上大幅に改善されている。As is apparent from FIG. 2, the amplification degree of the conventional optical fiber amplifier is saturated at about 15 dB (the maximum amplification degree is about 15 dB), whereas the optical fiber amplifier according to the first embodiment has A high amplification of 30 dB or more has been obtained, and the amplification has been greatly improved by 15 dB or more.

また、Erを添加しているコア部の径を小さくすること
によって（例えば、単一モード光ファイバの場合コア径
２〜３μｍ程度）、必要とする入射励起光強度を下げる
ことができるので、励起光源１として、いわゆるコンパ
クトディスクあるいは光ディスク用のGaAlAs半導体レー
ザの使用も可能である。Also, by reducing the diameter of the core to which Er is added (for example, in the case of a single mode optical fiber, the core diameter is about 2 to 3 μm), the required intensity of the incident excitation light can be reduced. As the light source 1, a GaAlAs semiconductor laser for a so-called compact disk or optical disk can be used.

なお、上記測定では、の光ファイバとしてAlを酸化
物の形で含むものを用いたが、Ｐを酸化物として含むも
のを用いても、上記とほぼ同様の効果を得ることができ
る。In the above measurement, an optical fiber containing Al in the form of an oxide was used as the optical fiber. However, the same effect as described above can be obtained by using an optical fiber containing P as an oxide.

以上説明したように、本第１の実施例によれば、コア
径が小さく比較的低濃度でErが添加され、かつ、100m程
度のEr添加光ファイバ３を増幅媒質として用いたので、
励起波長が0.8μｍ帯の励起光Ｐによっても1.5μｍ帯信
号光に対して高増幅度を実現できる利点がある。As described above, according to the first embodiment, the core diameter is small, Er is added at a relatively low concentration, and the Er-doped optical fiber 3 of about 100 m is used as the amplification medium.
There is an advantage that a high amplification degree can be realized with respect to the 1.5 μm band signal light even by the pump light P having the pump wavelength of 0.8 μm band.

また、Er添加光ファイバ３の他端（出射端）側に光ア
イソレータ４を配置したので、この他端への戻り光の入
射を阻止することができ、発振現象の発生を防止でき、
良好な増幅作用を発現できる。Further, since the optical isolator 4 is arranged on the other end (outgoing end) side of the Er-doped optical fiber 3, it is possible to prevent the return light from being incident on this other end, thereby preventing the occurrence of an oscillation phenomenon.
Good amplification action can be exhibited.

さらに、光アイソレータ４の出射側に信号光Ｓのみを
通過させる光バンドパスフィルタ５を配置したので、不
要な励起光Ｐや雑音となる自然放出光を取り除いて増幅
作用を受けた信号光Ｓのみを当該光ファイバ増幅器の出
力光として取り出すことができ、1.5μｍ帯信号光を用
いた雑音の少ない良好な光通信システムを実現できる。Further, since the optical bandpass filter 5 that allows only the signal light S to pass therethrough is disposed on the emission side of the optical isolator 4, unnecessary excitation light P and spontaneous emission light serving as noise are removed, and only the signal light S that has undergone an amplification action is removed. Can be extracted as output light of the optical fiber amplifier, and a good optical communication system with less noise using 1.5 μm band signal light can be realized.

なお、光アイソレータ４と光バンドパスフィルタ５と
の配置関係を入れ換えてもよい。Note that the arrangement relationship between the optical isolator 4 and the optical bandpass filter 5 may be interchanged.

第３図は本発明に係る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の実施例では、前記第１
の実施例の構成に加えて、全合波手段２の合波光出射端
側とEr添加光ファイバ３の一端（入射端）間に、無偏波
型光アイソレータ６を挿入している。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical fiber amplifier according to the present invention. In the second embodiment, the first
In addition to the configuration of the embodiment, a non-polarization type optical isolator 6 is inserted between the multiplexed light emitting end side of the total multiplexing means 2 and one end (incident end) of the Er-doped optical fiber 3.

この構成によりEr添加光ファイバ２の一端側における
反射による発振現象の発生を防止することができ、前記
第１の実施例の場合に比べて、より良好な増幅作用の発
現を実現できる。その他の構成、作用、効果は、前記第
１の実施例と同様である。With this configuration, it is possible to prevent the occurrence of an oscillation phenomenon due to reflection at one end side of the Er-doped optical fiber 2, and to realize a better amplification function than in the case of the first embodiment. Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment.

第４図は、本発明に係る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の実施例では、Er添加
光ファイバ３の増幅度が励起光の偏光に依存しないとい
う特性を利用した構成としている。FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the optical fiber amplifier according to the present invention. In the third embodiment, a configuration utilizing the characteristic that the amplification degree of the Er-doped optical fiber 3 does not depend on the polarization of the pump light is used.

即ち、２個の励起光源、具体的には、ｘ偏波の励起光
を出射する励起光源1aと、ｖ偏波の励起光を出射する励
起光源1bと、これらｘ及びｙ偏波の励起光を合波する偏
光ビームスプリッタ７と、この合波光と信号光Ｓとを合
波する光合波手段としてのダイクロイックミラー８と、
ダイクロイックミラー８の信号光Ｓの入射側並びに合波
光出射側に配置したレンズ9a,9bとをEr添加光ファイバ
３の一端側前段に設けている。That is, two excitation light sources, specifically, an excitation light source 1a that emits x-polarized excitation light, an excitation light source 1b that emits v-polarized excitation light, and excitation light of these x and y polarizations A dichroic mirror 8 as an optical multiplexing means for multiplexing the multiplexed light and the signal light S;
Lenses 9a and 9b disposed on the incident side of the signal light S of the dichroic mirror 8 and on the exit side of the combined light are provided at a stage upstream of one end of the Er-doped optical fiber 3.

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、特に、出力の小さい半導体レーザを用
いた場合には、２倍の励起出力が得られる利点がある。With such a configuration, in addition to the effect of the first embodiment, there is an advantage that, in particular, when a semiconductor laser having a small output is used, double the pump output can be obtained.

第５図は、本発明に係る光ファイバ増幅器の第４の実
施例を示す構成図である。本第４の実施例では、第１図
の構成の光ファイバ増幅器を複数個、直列に多段接続し
て、一つの光ファイバ増幅器を構成している。FIG. 5 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the optical fiber amplifier according to the present invention. In the fourth embodiment, a plurality of optical fiber amplifiers having the configuration shown in FIG. 1 are connected in series in multiple stages to form one optical fiber amplifier.

これにより、大きな増幅度と光出力を得られる利点が
ある。Thereby, there is an advantage that a large amplification degree and light output can be obtained.

なお、第２及び第３の実施例による光ファイバ増幅器
を多段に接続して、一つの光ファイバ増幅器を構成でき
ることはいうまでもない。It goes without saying that one optical fiber amplifier can be configured by connecting the optical fiber amplifiers according to the second and third embodiments in multiple stages.

第６図は、本発明に係るEr添加光ファイバの他の構成
例である二重クラッド型Er添加光ファイバの断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view of a double-clad Er-doped optical fiber which is another configuration example of the Er-doped optical fiber according to the present invention.

このEr添加光ファイバ30は、励起光の光ファイバへの
結合度を改善するために、クラッド部を二重化したもの
であり、具体的には、コア31の周囲を覆い、コア31より
屈折率の小さい第１のクラッド32と、第１のクラッド32
の周囲を覆い、第１のクラッド32より屈折率の小さい第
２のクラッド33を有している。The Er-doped optical fiber 30 has a double clad portion in order to improve the degree of coupling of the pump light to the optical fiber. Specifically, the Er-doped optical fiber 30 covers the periphery of the core 31 and has a refractive index higher than that of the core 31. A small first cladding 32 and a first cladding 32
And a second clad 33 having a smaller refractive index than the first clad 32.

また第１のクラッド32の形状としては、第６図（ａ）
乃至（ｃ）に示すように、長方形、楕円形、円形等、種
々の構成とすることが可能である。FIG. 6 (a) shows the shape of the first cladding 32.
As shown in (c), various configurations such as a rectangle, an ellipse, and a circle are possible.

このような二重クラッド構造では、1.5μｍ帯と長波
長の信号光Ｓは、コア31と第１のクラッド32に閉じ込め
られて伝搬する。一方、0.8μｍ帯と短い波長の励起光
は、第１のクラッド32をコア、第２のクラッド33をクラ
ッドとしてこの両領域に閉じ込められ伝搬する。In such a double clad structure, the signal light S having a long wavelength of 1.5 μm band is confined in the core 31 and the first clad 32 and propagates. On the other hand, the pump light having a wavelength as short as 0.8 μm band is confined and propagated in both regions using the first cladding 32 as a core and the second cladding 33 as a cladding.

これにより、0.8μｍ帯の励起光を長い距離伝搬させ
ても、エネルギー密度の低下をきたす恐れがなく、ま
た、ファイバの曲がりに対しても波長1.5μｍ帯の信号
光に対する増幅度を安定させることができる。従って、
GaAs、GaAlAs等の半導体レーザにより高い増幅度を得る
ことができる。As a result, even if the pump light in the 0.8 μm band is propagated for a long distance, there is no danger that the energy density will decrease, and the amplification degree for the signal light in the 1.5 μm wavelength band will be stabilized against the bending of the fiber. Can be. Therefore,
High amplification can be obtained by a semiconductor laser such as GaAs or GaAlAs.

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）によれば、波長0.
8μｍ帯の励起光による励起によっても30dBを超える増
幅度が得られる。従って、その励起光源に民生用の0.8
μｍ帯GaAlAs半導体レーザ等を用いることにより、小型
で、経済性かつ信頼性に優れた光ファイバ増幅器を実現
できる利点がある。また、これを利用した光通信システ
ムが実現可能となる利点がある。(Effects of the Invention) As described above, according to claim (1), the wavelength is set to 0.
An amplification of more than 30 dB can be obtained even by excitation with excitation light in the 8 μm band. Therefore, the commercial light source is 0.8
The use of a μm band GaAlAs semiconductor laser or the like has an advantage that a compact, economical and highly reliable optical fiber amplifier can be realized. Further, there is an advantage that an optical communication system using this can be realized.

また、Er添加光ファイバの他端側に光アイソレータを
配置したので、この他端への戻り光の入射を阻止するこ
とができる。これにより、発振現象の発生を防止でき、
良好な増幅作用を発現できる。Further, since the optical isolator is arranged on the other end side of the Er-doped optical fiber, it is possible to prevent the return light from being incident on this other end. As a result, the occurrence of the oscillation phenomenon can be prevented,
Good amplification action can be exhibited.

また、請求項（２）によれば、Er添加光ファイバの他
端側に信号光のみを通過させる光フィルタを配置したの
で、不要な励起光や雑音となる自然放出光を取り除いて
増幅作用を受けた信号光のみを当該光ファイバ増幅器の
出力光として取り出すことができ、1.5μｍ帯信号光を
用いた雑音の少ない良好な光通信システムを実現でき
る。According to the second aspect of the present invention, since the optical filter that allows only the signal light to pass therethrough is disposed at the other end of the Er-doped optical fiber, unnecessary pumping light and spontaneous emission light that becomes noise are removed to amplify the light. Only the received signal light can be extracted as output light of the optical fiber amplifier, and a good optical communication system with less noise using 1.5 μm band signal light can be realized.

また、請求項（３）によれば、上記各効果に加えて、
光合波手段の合波光出射側または励起光及び信号光入射
側における反射による発振現象の発生を防止することが
でき、より良好な増幅作用の発現を期待できる。According to claim (3), in addition to the above effects,
Oscillation due to reflection on the multiplexed light emitting side or the excitation light and signal light incident sides of the optical multiplexing means can be prevented from occurring, and a better amplification effect can be expected.

また、請求項（４）によれば、上記各効果に加えて、
数倍の励起出力が得られる利点がある。According to claim (4), in addition to the above effects,
There is an advantage that several times the excitation output can be obtained.

また、請求項（５）によれば、上記各効果に加えて、
GaAs、GaAlAs等の半導体レーザにより高い増幅度が得ら
れる。According to claim (5), in addition to the above effects,
A high degree of amplification can be obtained with a semiconductor laser such as GaAs or GaAlAs.

また、請求項（６）によれば、上記各効果に加えて、
信号光に対する増幅波長領域の拡張を図れる利点があ
る。According to claim (6), in addition to the above effects,
There is an advantage that the amplification wavelength range for the signal light can be extended.

また、請求項（７）によれば、上記各効果に加えて、
大きな増幅度と光出力を得られる利点がある。According to claim (7), in addition to the above effects,
There is an advantage that a large amplification degree and light output can be obtained.

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

第１図は本発明に係る光ファイバ増幅器の第１の実施例
を示す構成図、第２図は第１図の光ファイバ増幅器の無
偏波型光アイソレータの出射端で測定したEr添加光ファ
イバへの入射励起光強度と増幅度との関係を示すグラ
フ、第３図は本発明に係る光ファイバ増幅器の第２の実
施例を示す構成図、第４図は本発明に係る光ファイバ増
幅器の第３の実施例を示す構成図、第５図は本発明に係
る光ファイバ増幅器の第４の実施例を示す構成図、第６
図は本発明に係るEr添加光ファイバの他の構成例である
二重クラッド型Er添加光ファイバの断面図である。 図中、1,1a,1b……励起光源、２……光合波手段、3,30
……Er添加光ファイバ、4,6……無偏波型光アイソレー
タ、５……光バンドパスフィルタ、７……偏光ビームス
プリッタ、８……ダイクロイックミラー、31……コア、
32……第１のクラッド、33……第２のクラッド。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an optical fiber amplifier according to the present invention, and FIG. 2 is an Er-doped optical fiber measured at an output end of a non-polarization type optical isolator of the optical fiber amplifier of FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the intensity of the pumping light incident on the optical fiber and the degree of amplification, FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the optical fiber amplifier according to the present invention, and FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment, FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the optical fiber amplifier according to the present invention, and FIG.
The figure is a cross-sectional view of a double clad Er-doped optical fiber which is another configuration example of the Er-doped optical fiber according to the present invention. In the figure, 1, 1a, 1b ... excitation light source, 2 ... optical multiplexing means, 3, 30
... Er-doped optical fiber, 4,6 ... non-polarization type optical isolator, 5 ... optical bandpass filter, 7 ... polarizing beam splitter, 8 ... dichroic mirror, 31 ... core,
32... First cladding, 33... Second cladding.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】発振波長領域が0.8μｍ帯にある励起光源
と、 エルビウム（Er）を所定の濃度で添加したエルビウム添
加光ファイバと、 前記励起光源による励起光と1.5μｍ帯信号光を合波
し、該合波光を前記エルビウム添加光ファイバの一端に
入射する光合波手段と、 前記エルビウム添加光ファイバの他端からの出射光を入
射し、通過させる光アイソレータとを備えた ことを特徴とする光ファイバ増幅器。1. An excitation light source having an oscillation wavelength range of 0.8 μm band, an erbium-doped optical fiber doped with erbium (Er) at a predetermined concentration, and a multiplexing of the excitation light by said excitation light source and a 1.5 μm band signal light. And an optical multiplexing means for inputting the multiplexed light to one end of the erbium-doped optical fiber, and an optical isolator for inputting and passing light emitted from the other end of the erbium-doped optical fiber. Optical fiber amplifier. 【請求項２】前記エルビウム添加光ファイバの他端から
の出射光から信号光のみを通過させる光フィルタを、前
記光アイソレータの光入射側または光出射側に設けた請
求項（１）記載の光ファイバ増幅器。2. The light according to claim 1, wherein an optical filter for passing only signal light from light emitted from the other end of the erbium-doped optical fiber is provided on a light incident side or a light emission side of the optical isolator. Fiber amplifier. 【請求項３】前記光合波手段の合波光出射側または励起
光及び信号光入射側の少なくとも一方に光アイソレータ
を配置した請求項（１）または（２）記載の光ファイバ
増幅器。3. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein an optical isolator is arranged on at least one of the multiplexed light emitting side or the pumping light and signal light incident sides of the optical multiplexing means. 【請求項４】各々が偏波または波長が異なる励起光を出
射する複数の励起光源と、これら励起光源からの励起光
を合波し、該合波光を前記光合波手段に入射する光合波
手段を設けた請求項（１），（２）または（３）記載の
光ファイバ増幅器。4. A plurality of pumping light sources each of which emits pumping light having a different polarization or wavelength, and optical multiplexing means for multiplexing the pumping lights from these pumping light sources and entering the multiplexed light into the optical multiplexing means. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein (a) is provided. 【請求項５】前記エルビウム添加光ファイバが、コアの
周囲に設けられ該コアより低屈折率の第１のクラッド
と、該第１のクラッドの周囲に設けられ該第１のクラッ
ドより低屈折率の第２のクラッドとを備えた二重クラッ
ド構造を有する請求項（１），（２），（３）または
（４）記載の光ファイバ増幅器。5. A first cladding provided around a core and having a lower refractive index than the core, and an erbium-doped optical fiber provided around the first cladding and having a lower refractive index than the first cladding. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein said optical fiber amplifier has a double clad structure comprising: a second clad. 【請求項６】前記エルビウム添加光ファイバが、アルミ
ニウム（Al）またはリン（Ｐ）を酸化物の形で少なくと
も１種類含み、かつ、エルビウムの添加濃度が1000ppm
以下である請求項（１），（２），（３），（４）また
は（５）記載の光ファイバ増幅器。6. The erbium-doped optical fiber contains at least one kind of aluminum (Al) or phosphorus (P) in the form of an oxide, and has an erbium doping concentration of 1000 ppm.
The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the optical fiber amplifier is: 【請求項７】請求項（１），（２），（３），（４），
（５）または（６）記載の光ファイバ増幅器を、複数
個、多段に直列接続してなる光ファイバ増幅器。7. Claims (1), (2), (3), (4),
An optical fiber amplifier comprising a plurality of optical fiber amplifiers according to (5) or (6) connected in series in multiple stages.
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