JP2619096B2 - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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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、長距離光伝送系や光信号処理において用い
られる光増幅器に関するものである。
られる光増幅器に関するものである。
（従来の技術） 従来、光信号を光のままで直接増幅するために、Nd;Y
AG等の希土類元素添加結晶または希土類元素添加ファイ
バ、色素、カラーセンタ結晶、半導体等の活性媒質が用
いられていた。
AG等の希土類元素添加結晶または希土類元素添加ファイ
バ、色素、カラーセンタ結晶、半導体等の活性媒質が用
いられていた。
これらの中で、今日、光ファイバ伝送上、重要な波長
帯である1.3μｍ帯や1.5μｍ帯にて利得を有するのは、
InGaAsP系半導体と希土類元素であるエルビウム（Er）
やネオジウム（Nd）を添加した結晶またはファイバであ
る。
帯である1.3μｍ帯や1.5μｍ帯にて利得を有するのは、
InGaAsP系半導体と希土類元素であるエルビウム（Er）
やネオジウム（Nd）を添加した結晶またはファイバであ
る。
半導体光増幅器は、電流が注入するのみで広い波長領
域に亘り利得を有するが、光ファイバとの接続に損失が
避けられないため、実用上の利得として20dB以上を得る
のは困難である。また、利得が入射光の偏波に依存する
ため、適用領域が制限されている。
域に亘り利得を有するが、光ファイバとの接続に損失が
避けられないため、実用上の利得として20dB以上を得る
のは困難である。また、利得が入射光の偏波に依存する
ため、適用領域が制限されている。
これに対して、エルビウムやネオジウムの希土類元素
を添加した光ファイバ型の光増幅器は、光ファイバ伝送
路や他の光ファイバ部品との結合が容易で、かつ、その
損失は極めて小さい。そのため、20dB以上の利得を得る
ことができる。また、利得が入射光の偏波に依存しない
ので、光伝送や光信号処理への応用が有望視されてい
る。さらに、ファイバ長を長くとり、励起光を増加させ
ることで、原理的には60dB程度の利得を得ることも可能
と期待されている。
を添加した光ファイバ型の光増幅器は、光ファイバ伝送
路や他の光ファイバ部品との結合が容易で、かつ、その
損失は極めて小さい。そのため、20dB以上の利得を得る
ことができる。また、利得が入射光の偏波に依存しない
ので、光伝送や光信号処理への応用が有望視されてい
る。さらに、ファイバ長を長くとり、励起光を増加させ
ることで、原理的には60dB程度の利得を得ることも可能
と期待されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の光ファイバ型光増幅器では、１
本の希土類元素添加光ファイバを用いたいわゆる１段構
成であるため、現実には以下に述べる理由により、40dB
以上の利得を得ることは極めて困難な状況にある。
本の希土類元素添加光ファイバを用いたいわゆる１段構
成であるため、現実には以下に述べる理由により、40dB
以上の利得を得ることは極めて困難な状況にある。
この問題を、第２図を用いて具体的に説明する。
一般に、光ファイバ型光増幅器では、第２図に示すよ
うに、信号光Ｓに図示しない励起光源による励起光Ｐを
合波させ、この合波光を光増幅媒質としての希土類元素
添加光ファイバFBの一端から入射させると（信号光に対
して順方向励起）、励起光Ｐの入射に基づく増幅作用に
より、信号光Ｓが所定の利得をもって増幅される。
うに、信号光Ｓに図示しない励起光源による励起光Ｐを
合波させ、この合波光を光増幅媒質としての希土類元素
添加光ファイバFBの一端から入射させると（信号光に対
して順方向励起）、励起光Ｐの入射に基づく増幅作用に
より、信号光Ｓが所定の利得をもって増幅される。
しかし、実際にはこの信号光増幅と並行して、希土類
元素添加光ファイバFB内の各部分で発生する自然放出光
を主とする不要な光まで信号光Ｓにほぼ比例して増幅さ
れる。このため、増幅された不要な光（以下、不要自然
放出光という）ASEは、希土類元素添加光ファイバFBの
端部において反転分布を減少させるのに十分な強度に成
長し、信号光Ｓに対する利得を飽和させる。即ち、これ
により、信号光Ｓに対する利得が抑圧されてしまい、40
dB以上の利得を得るのに支障をきたすことにある。
元素添加光ファイバFB内の各部分で発生する自然放出光
を主とする不要な光まで信号光Ｓにほぼ比例して増幅さ
れる。このため、増幅された不要な光（以下、不要自然
放出光という）ASEは、希土類元素添加光ファイバFBの
端部において反転分布を減少させるのに十分な強度に成
長し、信号光Ｓに対する利得を飽和させる。即ち、これ
により、信号光Ｓに対する利得が抑圧されてしまい、40
dB以上の利得を得るのに支障をきたすことにある。
また、40dB以上の利得を得ようとする場合、光増幅器
を構成するファイバ端面や、光増幅器前後の光部品に存
在する残留反射のため、増幅された不要自然放出光ASE
に起因する寄生発振が起こり易くなる。
を構成するファイバ端面や、光増幅器前後の光部品に存
在する残留反射のため、増幅された不要自然放出光ASE
に起因する寄生発振が起こり易くなる。
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、信号光に対する利得飽和を抑制できるとと
もに、寄生発振等の発生を防止でき、安定な60dB以上の
利得を有する光ファイバ型の光増幅器を提供することに
ある。
その目的は、信号光に対する利得飽和を抑制できるとと
もに、寄生発振等の発生を防止でき、安定な60dB以上の
利得を有する光ファイバ型の光増幅器を提供することに
ある。
（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、励起光
の入力に基づいて入力光を増幅する希土類元素添加光フ
ァイバ増幅器を２個以上縦列に多段接続し、かつ、各希
土類元素添加光ファイバ増幅器間に信号光のみを通過さ
せる光フィルタと、信号光に対して順方向通過の光アイ
ソレータを配置し、さらに、少なくとも最終段の希土類
元素添加光ファイバ増幅器に、希土類元素添加光ファイ
バの両端の各々に対して励起光を入射する手段を設け
た。
の入力に基づいて入力光を増幅する希土類元素添加光フ
ァイバ増幅器を２個以上縦列に多段接続し、かつ、各希
土類元素添加光ファイバ増幅器間に信号光のみを通過さ
せる光フィルタと、信号光に対して順方向通過の光アイ
ソレータを配置し、さらに、少なくとも最終段の希土類
元素添加光ファイバ増幅器に、希土類元素添加光ファイ
バの両端の各々に対して励起光を入射する手段を設け
た。
また、請求項（２）では、第１段目を除く各段のうち
少なくとも最終段の希土類元素添加光ファイバに、出力
信号光の一部を取り出し、当該信号光強度が所定強度と
なるように励起光強度を調整する手段を設けた。
少なくとも最終段の希土類元素添加光ファイバに、出力
信号光の一部を取り出し、当該信号光強度が所定強度と
なるように励起光強度を調整する手段を設けた。
（作 用） 請求項（１）によれば、第３図に示すように、第１段
目の希土類元素添加光ファイバFB1に、その一端（入射
端）に信号光Ｓが入射されるとともに、例えば励起光Ｐ
も同一端から入射される（順方向励起）。希土類元素添
加光ファイバFB1では、励起光Ｐの入射に基づく増幅作
用によって信号光Ｓが所定の利得をもって増幅される。
また、この信号光Ｓの増幅と並行して、自然放出光を主
とする不要な光も増幅される。
目の希土類元素添加光ファイバFB1に、その一端（入射
端）に信号光Ｓが入射されるとともに、例えば励起光Ｐ
も同一端から入射される（順方向励起）。希土類元素添
加光ファイバFB1では、励起光Ｐの入射に基づく増幅作
用によって信号光Ｓが所定の利得をもって増幅される。
また、この信号光Ｓの増幅と並行して、自然放出光を主
とする不要な光も増幅される。
これにより、第１段目の希土類元素添加光ファイバFB
1の他端（出射端）から、増幅された信号光SAと、信号
光SAと同一方向に進行する順方向の不要自然放出光ASEF
並びに励起光Ｐが出射され、これらの出射光は、光アイ
ソレータIS1を通過した後、光フィルタFL1に入射され
る。
1の他端（出射端）から、増幅された信号光SAと、信号
光SAと同一方向に進行する順方向の不要自然放出光ASEF
並びに励起光Ｐが出射され、これらの出射光は、光アイ
ソレータIS1を通過した後、光フィルタFL1に入射され
る。
光フィルタFL1では、励起光Ｐ及び不要自然放出光ASE
Fにおける信号光SAの波長帯域と異なる成分の順方向へ
の進行が妨げられる。即ち、信号光SAと、この信号光SA
と同一波長帯域にある強度の低下した不要自然放出光AS
EFのみが第２段目の希土類元素添加光ファイバFB2の一
端に入射される。
Fにおける信号光SAの波長帯域と異なる成分の順方向へ
の進行が妨げられる。即ち、信号光SAと、この信号光SA
と同一波長帯域にある強度の低下した不要自然放出光AS
EFのみが第２段目の希土類元素添加光ファイバFB2の一
端に入射される。
第２段目でも、第１段目と同様の作用により、励起光
の入力に基づく増幅作用によって信号光SAがさらに増幅
されるとともに、順方向並びに逆方向の不要自然放出光
ASEF,ASERが発生する。
の入力に基づく増幅作用によって信号光SAがさらに増幅
されるとともに、順方向並びに逆方向の不要自然放出光
ASEF,ASERが発生する。
これらの不要自然放出光ASEF,ASERのうち、順方向の
不要自然放出光ASEFは、希土類元素添加光ファイバFB2
を出射した後、光アイソレータIS2を介して、光フィル
タFL2に入射し、ここで上記と同様に信号光SAと同一波
長帯域以外の成分が除去され、その強度が低下される。
従って、次段（第３段目）の希土類元素添加光ファイバ
の一端には、増幅された信号光SAと強度の低下した不要
自然放出光ASEFが入射される。
不要自然放出光ASEFは、希土類元素添加光ファイバFB2
を出射した後、光アイソレータIS2を介して、光フィル
タFL2に入射し、ここで上記と同様に信号光SAと同一波
長帯域以外の成分が除去され、その強度が低下される。
従って、次段（第３段目）の希土類元素添加光ファイバ
の一端には、増幅された信号光SAと強度の低下した不要
自然放出光ASEFが入射される。
一方、第２段目の希土類元素添加光ファイバFB2にて
発生した逆方向の不要自然放出光ASERは、その一端から
出射され、光フィルタFL1を介して光アイソレータIS2に
入射され、その逆方向への進行が妨げられる。即ち、第
１段目の希土類元素添加光ファイバFB1に対する次段で
発生した逆方向の不要自然放出光ASERの入射が阻止され
る。
発生した逆方向の不要自然放出光ASERは、その一端から
出射され、光フィルタFL1を介して光アイソレータIS2に
入射され、その逆方向への進行が妨げられる。即ち、第
１段目の希土類元素添加光ファイバFB1に対する次段で
発生した逆方向の不要自然放出光ASERの入射が阻止され
る。
以上と同様の作用が、最終段まで行われるため、不要
自然放出光ASEが大きく成長することがない。従って、
不要自然放出光ASEの強度が反転分布を減少させるまで
に至ることがなくなる。このため、不要自然放出光ASE
による反転分布の誘導放出による減少が最小限に留めら
れる。これにより、各段部において、信号光SAに対する
利得の飽和がほとんど発生せず、良好な増幅作用を受け
た信号光SAが、最終段の希土類元素添加光ファイバFBN
から当該光増幅器の出力光として出力される。
自然放出光ASEが大きく成長することがない。従って、
不要自然放出光ASEの強度が反転分布を減少させるまで
に至ることがなくなる。このため、不要自然放出光ASE
による反転分布の誘導放出による減少が最小限に留めら
れる。これにより、各段部において、信号光SAに対する
利得の飽和がほとんど発生せず、良好な増幅作用を受け
た信号光SAが、最終段の希土類元素添加光ファイバFBN
から当該光増幅器の出力光として出力される。
これに加えて、少なくとも最終段の希土類元素添加光
ファイバに対しては、その両端からそれぞれ励起光が入
射され、いわゆる両方向光励起が行われる。
ファイバに対しては、その両端からそれぞれ励起光が入
射され、いわゆる両方向光励起が行われる。
また、請求項（２）によれば、少なくとも最終段の希
土類元素添加光ファイバから出力された信号光の一部が
取り出され、その強度が検出される。この検出された強
度が、所定強度範囲内になければ、この範囲内になるよ
うに、励起光強度が調整される。これにより、希土類元
素添加光ファイバ増幅器の利得が変化し、所望の強度を
有する信号光が出力される。
土類元素添加光ファイバから出力された信号光の一部が
取り出され、その強度が検出される。この検出された強
度が、所定強度範囲内になければ、この範囲内になるよ
うに、励起光強度が調整される。これにより、希土類元
素添加光ファイバ増幅器の利得が変化し、所望の強度を
有する信号光が出力される。
（先行実施例） 第１図は本発明に係る光増幅器の先行実施例を示す構
成図であって、本実施例では、希土類元素添加光ファイ
バ増幅器を３段縦列接続して光増幅器を構成している。
成図であって、本実施例では、希土類元素添加光ファイ
バ増幅器を３段縦列接続して光増幅器を構成している。
第１図において、PS1,PS2,PS3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、強度約60mV
の励起光Ｐを出射する。
発振波長1.48μｍの半導体レーザからなり、強度約60mV
の励起光Ｐを出射する。
CP1,CP2,CP3は合波器で、例えば、波長1.551μｍの信
号光Ｓを透過し、波長1.48μｍの励起光Ｐを反射するダ
イクロイックミラーから構成され、信号光Ｓと励起光Ｐ
とを合波する。
号光Ｓを透過し、波長1.48μｍの励起光Ｐを反射するダ
イクロイックミラーから構成され、信号光Ｓと励起光Ｐ
とを合波する。
FEB1,EFB2,EFB3はエルビウム添加光ファイバ（以下、
Er添加光ファイバという）で、長さ60mの単一モード光
ファイバに希土類元素であるEr（エルビウム）を所定濃
度、例えば20ppmをもって添加して構成されており、そ
れぞれ合波器CP1,CP2,CP3を介して入射した光を、これ
と合波された励起光Ｐに基づく増幅作用によって増幅す
る。
Er添加光ファイバという）で、長さ60mの単一モード光
ファイバに希土類元素であるEr（エルビウム）を所定濃
度、例えば20ppmをもって添加して構成されており、そ
れぞれ合波器CP1,CP2,CP3を介して入射した光を、これ
と合波された励起光Ｐに基づく増幅作用によって増幅す
る。
ISi1,ISi2,ISi3,ISO1,ISO2,ISO3は光アイソレータ、
信号光Ｓに対して順方向通過となるように、光アイソレ
ータISi1,ISi2,ISi3はEr添加光ファイバFEB1,EFB2,EFB3
の一端（信号光入射端）側にそれぞれ配置され、光アイ
ソレータISO1,ISO2,ISO3はこれらの他端（信号光出射
端）側にそれぞれ配置されている。
信号光Ｓに対して順方向通過となるように、光アイソレ
ータISi1,ISi2,ISi3はEr添加光ファイバFEB1,EFB2,EFB3
の一端（信号光入射端）側にそれぞれ配置され、光アイ
ソレータISO1,ISO2,ISO3はこれらの他端（信号光出射
端）側にそれぞれ配置されている。
FL1,FL2は光バンドパスフィルタ（以下、光フィルタ
という）で、その透過帯域幅は、例えば0.1nm（12GHz）
に設定され、光フィルタFL1は光アイソレータISO1と合
波器CP2間に、光フィルタFL2は光アイソレータISO2と合
波器CP3間にそれぞれ挿入されている。
という）で、その透過帯域幅は、例えば0.1nm（12GHz）
に設定され、光フィルタFL1は光アイソレータISO1と合
波器CP2間に、光フィルタFL2は光アイソレータISO2と合
波器CP3間にそれぞれ挿入されている。
以上の構成において、励起光源PS1,合波器CP1,光アイ
ソレータISi1,ISO1、Er添加光ファイバEFB1及び光フィ
ルタFL1により第１段目の増幅器が、励起光源PS2、合波
器PC1、光アイソレータISi2,ISO2、Er添加光ファイバEF
B2及び光フィルタFL2により第２段目の増幅器が、励起
光源PS3、合波器CP3、光アイソレータISi3,ISO3及びEr
添加光ファイバEFB3により第３段（最終段）目の増幅器
が構成されている。
ソレータISi1,ISO1、Er添加光ファイバEFB1及び光フィ
ルタFL1により第１段目の増幅器が、励起光源PS2、合波
器PC1、光アイソレータISi2,ISO2、Er添加光ファイバEF
B2及び光フィルタFL2により第２段目の増幅器が、励起
光源PS3、合波器CP3、光アイソレータISi3,ISO3及びEr
添加光ファイバEFB3により第３段（最終段）目の増幅器
が構成されている。
次に、上記構成による動作を説明する。
まず、第１段目の増幅器に入力した信号光Ｓは、合波
器CP1にて励起光源PS1による励起光Ｐと合波される。こ
の合波光は、先アイソレータISi1を通過してEr添加光フ
ァイバEFB1にその一端から入射される。
器CP1にて励起光源PS1による励起光Ｐと合波される。こ
の合波光は、先アイソレータISi1を通過してEr添加光フ
ァイバEFB1にその一端から入射される。
Er添加光ファイバEFB1では、入射された合波光のうち
励起光ＰによってEr原子が励起され、これらに基づく利
得をもって信号光Ｓが増幅される。また、この信号光Ｓ
の増幅と並行して、Er添加光ファイバEFB1内の各部で発
生する自然放出光を主とする不要な光も増幅される。
励起光ＰによってEr原子が励起され、これらに基づく利
得をもって信号光Ｓが増幅される。また、この信号光Ｓ
の増幅と並行して、Er添加光ファイバEFB1内の各部で発
生する自然放出光を主とする不要な光も増幅される。
これにより、Er添加光ファイバEFB1の他端から増幅さ
れた信号光Ｓと、順方方向に進行する不要自然放出光並
びに励起光Ｐが出射される。Er添加光ファイバEFB1から
の出射光は、光アイソレータISO1を通過して光フィルタ
FL1に入射される。ここで、励起光Ｐ及び不要自然放出
光における信号光波長（1.551μｍ）帯域と異なる成分
の進行が妨げられ、信号光Ｓ及び強度が低下された不要
自然放出光が第２段目の増幅器の合波器CP1に入射さ
れ、これらに励起光Ｐが合波されて、Er添加光ファイバ
EFB2にその一端から入射される。
れた信号光Ｓと、順方方向に進行する不要自然放出光並
びに励起光Ｐが出射される。Er添加光ファイバEFB1から
の出射光は、光アイソレータISO1を通過して光フィルタ
FL1に入射される。ここで、励起光Ｐ及び不要自然放出
光における信号光波長（1.551μｍ）帯域と異なる成分
の進行が妨げられ、信号光Ｓ及び強度が低下された不要
自然放出光が第２段目の増幅器の合波器CP1に入射さ
れ、これらに励起光Ｐが合波されて、Er添加光ファイバ
EFB2にその一端から入射される。
一方、Er添加光ファイバEFB1の一端からは、増幅され
た不要自然放出光が出射されるが、この光は、光アイソ
レータISi2にて逆方向への進行が妨げられる。
た不要自然放出光が出射されるが、この光は、光アイソ
レータISi2にて逆方向への進行が妨げられる。
第２段目においても、上記と同様の動作が行われる。
即ち、Er添加光ファイバEFB2による逆方向の不要自然放
出光は、光アイソレータISi2にて逆方向への進行が妨げ
られる。
即ち、Er添加光ファイバEFB2による逆方向の不要自然放
出光は、光アイソレータISi2にて逆方向への進行が妨げ
られる。
一方、Er添加光ファイバEFB2による順方向の不安自然
放出光は、光フィルタFL2にてその強度が低下されて、
さらに増幅された信号光Ｓとともに、第３段目の合波器
CP3に入射され、これらに励起光Ｐが合波されて、Er添
加光ファイバEFB3に、その一端から入射される。
放出光は、光フィルタFL2にてその強度が低下されて、
さらに増幅された信号光Ｓとともに、第３段目の合波器
CP3に入射され、これらに励起光Ｐが合波されて、Er添
加光ファイバEFB3に、その一端から入射される。
ここでも同様に、Er添加光ファイバEFB3による逆方向
の不要自然放出光は、光アイソレータISi3にて逆方向へ
の不要自然放出光の進行が妨げられる。
の不要自然放出光は、光アイソレータISi3にて逆方向へ
の不要自然放出光の進行が妨げられる。
このように、当該光増幅器では、順方向の不要自然放
出光の強度を光ファイルタFL1,FL2にて低下せしめると
ともに、光アイソレータISi2,ISi3により逆方向の不要
自然放出光を除去しているので、不要自然放出光が大き
く成長しない。そのため、各段部における不要自然放出
光による反転分布の誘導放出による減少が最小限に留め
られ、信号光Ｓに対する利得の飽和要因とならない。
出光の強度を光ファイルタFL1,FL2にて低下せしめると
ともに、光アイソレータISi2,ISi3により逆方向の不要
自然放出光を除去しているので、不要自然放出光が大き
く成長しない。そのため、各段部における不要自然放出
光による反転分布の誘導放出による減少が最小限に留め
られ、信号光Ｓに対する利得の飽和要因とならない。
従って、第１段目〜第３段目までの増幅器において、
良好な増幅作用が発現され、第３段目のEr添加光ファイ
バEFB3の他端から60dB以上の利得をもって増幅された信
号光Ｓが当該光増幅器の出力光として出力される。
良好な増幅作用が発現され、第３段目のEr添加光ファイ
バEFB3の他端から60dB以上の利得をもって増幅された信
号光Ｓが当該光増幅器の出力光として出力される。
ここで、第１図の光増幅器の利得について、各段の増
幅器単位毎に順を追って考察する。
幅器単位毎に順を追って考察する。
第１図の構成において、第１段目の増幅器中、光アイ
ソレータISi1とISO1間の波長1.551μｍの信号光Ｓに対
する利得は、実験によると約24dBとなる。一方、合波器
CP1としてのダイクロイックミラー及び光フィルタFL1の
挿入損は約1dBずつで（他の合波器CP2,CP3及び光フィル
タFL2も同様）、合わせて約2dBである。従って、第１段
目全体の利得は22dBとなる。
ソレータISi1とISO1間の波長1.551μｍの信号光Ｓに対
する利得は、実験によると約24dBとなる。一方、合波器
CP1としてのダイクロイックミラー及び光フィルタFL1の
挿入損は約1dBずつで（他の合波器CP2,CP3及び光フィル
タFL2も同様）、合わせて約2dBである。従って、第１段
目全体の利得は22dBとなる。
また、光フィルタFL1の透過帯域幅を前述したように
0.1nm（12GHz）とすれば、第１段目の増幅器から出射す
る不要自然放出光の強度を実測値から推定すると約
（−）30dBmである。従って、第１段目で発生する不要
自然放出光強度が小さいため、これによる第２段目の増
幅器の利得飽和はほとんどない。第２段目の増幅器全体
の利得は、第１段目と同様に22dBである。
0.1nm（12GHz）とすれば、第１段目の増幅器から出射す
る不要自然放出光の強度を実測値から推定すると約
（−）30dBmである。従って、第１段目で発生する不要
自然放出光強度が小さいため、これによる第２段目の増
幅器の利得飽和はほとんどない。第２段目の増幅器全体
の利得は、第１段目と同様に22dBである。
この第２段目の増幅器より出射する不要自然放出光
（順方向）の強度は、約（−）8dBm［＝（−）30dBm＋2
2dB］であるため、第３段目の増幅器の光アイソレータI
Si3とISO3間の利得は、実験によると約7dB減少し、17dB
となる。これにより、第３段の増幅器全体の利得は、合
波器CP3としてのダイクロイックミラーの挿入損約1dBを
含めて16dBとなる。
（順方向）の強度は、約（−）8dBm［＝（−）30dBm＋2
2dB］であるため、第３段目の増幅器の光アイソレータI
Si3とISO3間の利得は、実験によると約7dB減少し、17dB
となる。これにより、第３段の増幅器全体の利得は、合
波器CP3としてのダイクロイックミラーの挿入損約1dBを
含めて16dBとなる。
従って、第１図の光増幅器の全体利得は、第１段目〜
第３段目までの各増幅器の利得の総和により求めること
ができる。即ち、60dB（＝22dB＋22dB＋16dB）となる。
第３段目までの各増幅器の利得の総和により求めること
ができる。即ち、60dB（＝22dB＋22dB＋16dB）となる。
このように、先行実施例によれば、60dBという従来実
現できなかった高利得を有する光ファイバ型の光増幅器
を実現できる。
現できなかった高利得を有する光ファイバ型の光増幅器
を実現できる。
（実施例１） 第４図は、本発明に係る光増幅器の第１の実施例を示
す構成図である。本第１の実施例では、最終段（第３段
目）の増幅器を、いわゆる順方向励起のみではなく、両
方向励起を行い、利得向上を図っている。
す構成図である。本第１の実施例では、最終段（第３段
目）の増幅器を、いわゆる順方向励起のみではなく、両
方向励起を行い、利得向上を図っている。
そのため、第３段目の増幅器におけるEr添加光ファイ
バEFB3の他端側に、合波器CP1,CP2を構成するダイクロ
イックミラーと同等のダイクロイックミラーからなる合
分波器CDを配置するとともに、発振波長1.48μｍで強度
的80mWの励起光PRを出射する半導体レーザからなる励起
光源PS4を配置し、励起光PRを合分波器CDを介してEr添
加光ファイバEFB3に、その他端から入射させるように構
成している。
バEFB3の他端側に、合波器CP1,CP2を構成するダイクロ
イックミラーと同等のダイクロイックミラーからなる合
分波器CDを配置するとともに、発振波長1.48μｍで強度
的80mWの励起光PRを出射する半導体レーザからなる励起
光源PS4を配置し、励起光PRを合分波器CDを介してEr添
加光ファイバEFB3に、その他端から入射させるように構
成している。
このような構成にすることにより、第３段目の増幅器
の利得が飽和を起こす出力強度が増加し、3dB飽和出力
強度（利得が未飽和から3dB減少するときの出力強度）
として、約17dBmを得ることができる。従って、第３段
目の利得は、ほとんど飽和せず、光アイソレータISi3と
Er添加光ファイバFEB3の両者における利得は、25dBとな
る。これに合波器CP1と合分波器CDとの約1dBずつ挿入損
を含めて、第３段目の増幅器全体の利得は、23dBとな
る。
の利得が飽和を起こす出力強度が増加し、3dB飽和出力
強度（利得が未飽和から3dB減少するときの出力強度）
として、約17dBmを得ることができる。従って、第３段
目の利得は、ほとんど飽和せず、光アイソレータISi3と
Er添加光ファイバFEB3の両者における利得は、25dBとな
る。これに合波器CP1と合分波器CDとの約1dBずつ挿入損
を含めて、第３段目の増幅器全体の利得は、23dBとな
る。
従って、本実施例による光増幅器全体の利得は、67dB
（＝22dB＋22dB＋23dB）となる。
（＝22dB＋22dB＋23dB）となる。
このように、本第１の実施例によれば、前記第１の実
施例の場合に比べて、さらに出力光強度を高めることが
できる。
施例の場合に比べて、さらに出力光強度を高めることが
できる。
（実施例２） 第５図は、本発明に係る光増幅器の第２の実施例を示
す構成図である。
す構成図である。
本第２の実施例では、希土類元素添加光ファイバ増幅
器を２段縦列接続し、第１段目に利得固定の前置増幅器
を、第２段（最終段）目に外部信号により利得が制御さ
れる利得可変の増幅器を用い、全体として雑音指数（入
力信号の信号対雑音電力比と出力信号の信号対雑音電力
比との比）が一定で、利得制御が可能な増幅器を構成し
ている。
器を２段縦列接続し、第１段目に利得固定の前置増幅器
を、第２段（最終段）目に外部信号により利得が制御さ
れる利得可変の増幅器を用い、全体として雑音指数（入
力信号の信号対雑音電力比と出力信号の信号対雑音電力
比との比）が一定で、利得制御が可能な増幅器を構成し
ている。
第５図において、RCは光受信回路、FCは帰還回路であ
る。
る。
光受信回路RCは、光回路または光電気変換素子を含む
光−電気回路、具体的には、光双安定回路や光受信器等
から構成され、第２段目の増幅器から出力された被増幅
信号光Ｓを受信し所定の処理を施した後（例えば光−電
気変換等）、次段の光伝送系に送出するとともに、その
一部を分岐されて帰還回路FCに出力する。また、この光
受信回路RCは、光信号電力または光−電気変換した後の
電気信号電力が所定の範囲内にある場合において、正常
に動作する。
光−電気回路、具体的には、光双安定回路や光受信器等
から構成され、第２段目の増幅器から出力された被増幅
信号光Ｓを受信し所定の処理を施した後（例えば光−電
気変換等）、次段の光伝送系に送出するとともに、その
一部を分岐されて帰還回路FCに出力する。また、この光
受信回路RCは、光信号電力または光−電気変換した後の
電気信号電力が所定の範囲内にある場合において、正常
に動作する。
帰還回路FCは、光受信回路RCからの信号入力に伴い、
入力信号光の信号電力が光受信回路RCが正常動作可能な
所定の範囲に収まるように、第２段目の増幅器の励起光
源PS2への流入電流を制御し、第２段目の増幅器の利得
を変化させる。
入力信号光の信号電力が光受信回路RCが正常動作可能な
所定の範囲に収まるように、第２段目の増幅器の励起光
源PS2への流入電流を制御し、第２段目の増幅器の利得
を変化させる。
一般に、光増幅器の雑音指数は、光増幅器の反転分布
量に大きく依存し、反転分布量が小さいほど雑音指数は
大きくなる。第２段目の増幅器の雑音指数は利得変化に
伴い大きく変化する。
量に大きく依存し、反転分布量が小さいほど雑音指数は
大きくなる。第２段目の増幅器の雑音指数は利得変化に
伴い大きく変化する。
ところが、本構成例のように、光増幅器を多段縦列接
続し、第１段目の増幅器の利得、即ち、反転分布量を一
定とすることにより、光増幅器全体の雑音指数をぼぼ一
定とすることができる。なぜなら、多段縦列接続された
光増幅器の全体の雑音指数は第１段目の増幅器の雑音指
数でほぼ一意に決まり、第２段以降の増幅器の雑音指数
は、光増幅器全体の雑音指数にほとんど寄与しないから
である。
続し、第１段目の増幅器の利得、即ち、反転分布量を一
定とすることにより、光増幅器全体の雑音指数をぼぼ一
定とすることができる。なぜなら、多段縦列接続された
光増幅器の全体の雑音指数は第１段目の増幅器の雑音指
数でほぼ一意に決まり、第２段以降の増幅器の雑音指数
は、光増幅器全体の雑音指数にほとんど寄与しないから
である。
従って、本第２の実施例によれば、雑音指数が一定
で、かつ、利得を外部信号により任意に変化させること
ができる光増幅器を実現することができる。
で、かつ、利得を外部信号により任意に変化させること
ができる光増幅器を実現することができる。
（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）によれば、励起光
の入力に基づいて入力光を増幅する希土類元素添加光フ
ァイバ増幅器を２個以上縦列に多段接続し、かつ、各希
土類元素添加光ファイバ増幅器間に信号光のみを通過さ
せる光フィルタと、信号光に対して順方向通過の光アイ
ソレータを配置し、さらに、少なくとも最終段の希土類
元素添加光ファイバ増幅器に、希土類元素添加光ファイ
バの両端の各々に対して励起光を入射する手段を設けた
ので、希土類元素添加光ファイバにおいて発生する増幅
された不要な自然放出光等の影響を最小限に抑制するこ
とができ、信号光に対する利得の飽和を減少させること
ができ、安定に60dB以上の利得を発揮できるとともに、
出力光強度の増加を図れる光増幅器を実現できる。
の入力に基づいて入力光を増幅する希土類元素添加光フ
ァイバ増幅器を２個以上縦列に多段接続し、かつ、各希
土類元素添加光ファイバ増幅器間に信号光のみを通過さ
せる光フィルタと、信号光に対して順方向通過の光アイ
ソレータを配置し、さらに、少なくとも最終段の希土類
元素添加光ファイバ増幅器に、希土類元素添加光ファイ
バの両端の各々に対して励起光を入射する手段を設けた
ので、希土類元素添加光ファイバにおいて発生する増幅
された不要な自然放出光等の影響を最小限に抑制するこ
とができ、信号光に対する利得の飽和を減少させること
ができ、安定に60dB以上の利得を発揮できるとともに、
出力光強度の増加を図れる光増幅器を実現できる。
また、請求項（２）によれば、請求項（１）の効果に
加えて、雑音特性を劣化させることなく利得を変化させ
ながら安定な出力を得ることができる。
加えて、雑音特性を劣化させることなく利得を変化させ
ながら安定な出力を得ることができる。
第１図は本発明に係る光増幅器の先行実施例を示す構成
図、第２図は従来例の課題の説明図、第３図は本発明に
係る光増幅器の作用を説明するための図、第４図は本発
明に係る光増幅器の第１の実施例を示す構成図、第５図
は本発明に係る光増幅器の第２の実施例を示す構成図で
ある。 図中、PS1,PS2,PS3,PS4……励起光源、CP1,CP2……合波
器、CD……合分波器、ISi1〜ISi3,ISO1〜ISO3……光ア
イソレータ、FB……希土類元素添加光ファイバ、EFB1,E
FB2,EFB3……エルビウム（Er）添加光ファイバ、FL1,FL
2……光バンドパスフィルタ、RC……光受信回路、FC…
…帰還回路。
図、第２図は従来例の課題の説明図、第３図は本発明に
係る光増幅器の作用を説明するための図、第４図は本発
明に係る光増幅器の第１の実施例を示す構成図、第５図
は本発明に係る光増幅器の第２の実施例を示す構成図で
ある。 図中、PS1,PS2,PS3,PS4……励起光源、CP1,CP2……合波
器、CD……合分波器、ISi1〜ISi3,ISO1〜ISO3……光ア
イソレータ、FB……希土類元素添加光ファイバ、EFB1,E
FB2,EFB3……エルビウム（Er）添加光ファイバ、FL1,FL
2……光バンドパスフィルタ、RC……光受信回路、FC…
…帰還回路。
Claims (2)
- 【請求項１】励起光の入力に基づいて入力光を増幅する
希土類元素添加光ファイバ増幅器を２個以上縦列に多段
接続し、 かつ、各希土類元素添加光ファイバ増幅器間に信号光の
みを通過させる光フィルタと、信号光に対して順方向通
過の光アイソレータを配置し、 さらに、少なくとも最終段の希土類元素添加光ファイバ
増幅器に、希土類元素添加光ファイバの両端の各々に対
して励起光を入射する手段を設けた ことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項２】第１段目を除く各段のうち少なくとも最終
段の希土類元素添加光ファイバ増幅器に、出力信号光の
一部を取り出し、当該信号光強度が所定強度となるよう
に励起光強度を調整する手段を設けた請求項（１）記載
の光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2029487A JP2619096B2 (ja) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2029487A JP2619096B2 (ja) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | 光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03235924A JPH03235924A (ja) | 1991-10-21 |
| JP2619096B2 true JP2619096B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=12277434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2029487A Expired - Lifetime JP2619096B2 (ja) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | 光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2619096B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009001852A1 (ja) | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Fujikura Ltd. | 反射光耐性の優れたファイバレーザ |
| US8004753B2 (en) | 2007-06-29 | 2011-08-23 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier, fiber laser, and method of eliminating reflected light |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1139521A4 (en) | 1999-09-10 | 2006-03-22 | Nikon Corp | LIGHT SOURCE AND WAVELENGTH STABILIZATION CONTROL METHOD, EXPOSURE APPARATUS AND METHOD, METHOD FOR PRODUCING EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND DEVICE THEREOF |
| JP2014033098A (ja) | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Fujikura Ltd | ファイバレーザ装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2596620B2 (ja) * | 1990-01-09 | 1997-04-02 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ増幅器 |
-
1990
- 1990-02-13 JP JP2029487A patent/JP2619096B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009001852A1 (ja) | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Fujikura Ltd. | 反射光耐性の優れたファイバレーザ |
| US8295314B2 (en) | 2007-06-27 | 2012-10-23 | Fujikura Ltd. | Fiber laser having superior resistance to reflection light |
| US8004753B2 (en) | 2007-06-29 | 2011-08-23 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier, fiber laser, and method of eliminating reflected light |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03235924A (ja) | 1991-10-21 |
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| Date | Code | Title | Description |
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