JP2682870B2

JP2682870B2 - 光増幅器

Info

Publication number: JP2682870B2
Application number: JP1111823A
Authority: JP
Inventors: 浩次増田; 和男萩本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JPH02291186A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光情報通信や光信号処理の技術分野で使用
される光増幅器に関し、特に光信号を光−電気変換する
ことなく直接増幅する希土類元素添加光ファイバを用い
たファイバ型の光増幅器に関するものである。

（従来の技術）第２図は、この種のファイバ型光増幅器の第１の従来
例を示す構成図である。第２図において、１はファイバ
型増幅器で、信号光を入射するための入射側光コネクタ
２と、励起光を発生する励起光源３と、光コネクタ２を
介して入射した信号光と励起光源３による励起光を合波
する合波器４と、合波器４による合波光が入射され、合
波光のうちの励起光強度に応じて信号光を増幅する、希
土類元素（例えば、エルビウム）を光ファイバに添加し
た希土類元素添加光ファイバ５と、希土類元素添加光フ
ァイバ５から出射された信号光と励起光を分波する分波
器６と、分波器６により分波された信号光を出射するた
めの光コネクタ７とから構成されている。

８は信号光を外部の光回路から導入するために光コネ
クタ２に接続された光導波路、９は増幅された信号光を
外部の光回路へ導出するために光コネクタ７に接続され
た光導波路である。なお、図中、実線の矢印は信号光の
流れを示し、破線の矢印は励起光の流れを示している。

このような構成においては、外部の光回路から送出さ
れ、光導波路８を伝搬された信号光は、光コネクタ２を
介して、光増幅器１に導入されて、合波器４に入射され
る。また、合波器４には、励起光源３による励起光が入
射され、この励起光と信号光とが合波される。

次に、合波器４にて合波された信号光と励起光は、希
土類元素添加光ファイバ５の一端に入射される。希土類
元素添加光ファイバ５は、励起光の入射に伴い、励起状
態となり、これにより、信号光は増幅作用を受ける。次
いで、増幅された信号光と励起光は、分波器６に入射さ
れ、分波される。分波器６により分波された信号光は、
光コネクタ７を介し、当該光増幅器１の出力として光導
波路９に送出される。

また、第３図は、ファイバ型光増幅器の第２の従来例
を示す構成図である。この構成では、希土類元素添加光
ファイバ５への励起光の入射方向を信号光の進行方向と
は逆方向、即ち、希土類元素添加光ファイバ５の他端側
から入射させるように構成している。このため、第２図
の構成とは、励起光源３及び合波器４と分波器６の配置
位置が、希土類元素添加光ファイバ５を中心として逆と
なっている。なお、増幅機能は、第２図の構成と同等の
ものが得られる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記両者の光増幅器では、被増幅信号
光（その波長は、信号光の波長と必ずしも一致していな
い）に対する単一透過の全利得が、下記に示す理由によ
り制約を受けてしまうという欠点がある。

ここで、ファイバ型光増幅器１の被増幅信号光に対す
る単一透過の全利得をｇ（dB）とする。また、光増幅器
１から信号光が出射される方向に、当該光増幅器１から
出射された被増幅信号光に対する出射側光コネクタ７に
よる反射率をR1とし、光増幅器１への信号光の入射方向
に向かって当該光増幅器１から出射する被増幅信号光に
対する入射側光コネクタ２の反射率をR2とする。

このとき、光増幅器１がレーザ発振しないための条件
は、２・ｇ＜（−）10・log（R1・R2） ……（１）である。

従って、光増幅器１の使用において、入射側光コネク
タ２及び出射側光コネクタ７における残留反射率（使用
途中での反射率の変動を含めた反射率の最大値）が大き
い場合には、単一透過全利得ｇが、上記（１）式の条件
より制約を受けてしまう。

具体的に数値例を示す。ここで光コネクタ２及び７が
石英系ファイバ間の接続によるものである場合を想定
し、残留反射率がそれぞれ、R1＝５％、R2＝５％である
とすと、単一透過全利得ｇは、上記（１）式により、ｇ
＜13（dB）と制限されてしまう。

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、単一透過全利得に関する制限を緩和し、高
利得で、しかも安定に動作する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、本発明では、外部光回路か
ら信号光を入射する入射側光コネクタと、該光コネクタ
を介して入射した信号光を入射される励起光強度に応じ
て増幅する希土類元素添加光ファイバと、該希土類元素
添加光ファイバにて増幅された信号光を外部光回路に出
射する出射側光コネクタとを備えた光増幅器において、
前記入射側光コネクタまたは出射側光コネクタと前記希
土類元素添加光ファイバとの間の光路途中に、少なくと
も１個の偏波依存性のない光アイソレータを配置した。

（作用）本発明によれば、入射側光コネクタを介して導入され
た光信号は、偏波依存性のない光アイソレータを透過
し、あるいは光アイソレータを介さずに希土類元素添加
光ファイバに入射される。希土類元素添加光ファイバ
は、入射される励起光の強度に応じた増幅度をもって、
入射した光信号を増幅する。増幅された光信号は、偏波
依存性のない光アイソレータを透過し、あるいは光アイ
ソレータを介さずに出射側光コネクタに到達し、外部光
回路に出射される。

出射側光コネクタにおいては、到達した光信号に基づ
く反射光が生じる。この反射光は、光信号の進行方向に
対して逆方向に進行して、光アイソレータに入射し、こ
こで遮断される。これにより、希土類元素添加光ファイ
バへの反射光の入射がほとんど阻止される。また、入射
側光コネクタによる光信号と同一方向に進行する反射光
の希土類元素添加光ファイバへの入射もほとんど阻止さ
れる。

また、出射側光コネクタによる反射光が、光アイソレ
ータを介さない場合、反射光は希土類元素添加光ファイ
バを通過して、希土類元素添加光ファイバの入射側光コ
ネクタに対向する端面より出射し、光アイソレータに入
射され、ここで遮断される。

以上のように、両光コネクタによる反射光への希土類
元素への入射が、光アイソレータの光路への挿入に伴
い、最少限に抑止され、これにより、当該光増幅器の許
容単一透過全利得が増加される。

（実施例）第１図は、本発明に係るファイバ型光増幅器の第１の
実施例を示す構成図であって、従来例を示す第２図と同
一構成部分は同一符号をもって表す。

即ち、１はファイバ型光増幅器、２は入射側光コネク
タで、光導波路８が接続され、光導波路８を伝搬された
外部光回路（図示せず）からの信号光（例えば、波長は
1.5μｍ帯）が入射される。３は励起光源で、例えば発
進波長1.4μｍの半導体レーザからなり、励起光を所定
の強度で出射する。

４は合波器で、例えば、ダイクロイックミラーあるい
はファイバ型方向性結合器等から構成され、光コネクタ
２を介して入射した信号光と励起光源３による励起光を
合波する。

５は希土類元素添加ファイバで、光ファイバに希土類
元素（例えば、エルビウム（Er））を所定の濃度で添加
して構成されており、合波器４による合波光を入射し
て、合波光のうちの励起光強度に応じて信号光を増幅す
る。

６は分波器で、合波器４と同様にダイクロイックミラ
ーあるいはファイバ型方向性結合器等から構成され、希
土類元素添加光ファイバ５の出射光の被増幅信号光と、
励起光とを分波し、互いに異なる方向に出射する。

７は出射側光コネクタで、光導波路９が接続され被増
幅信号光を外部光回路へ導出するための光導波路９へ導
出する。

10は偏波依存性のない光アイソレータで、合波器４の
合波光出射側と希土類元素添加光ファイバ５の一端との
間の光路途中に、信号光の進行方向に対して同一方向
（以下、順方向という）に伝搬される光を透過するよう
に配置されており、順方向に対して逆方向に伝搬する光
は遮断する。

11は偏波依存性のない光アイソレータで、希土類元素
添加光ファイバ５の被増幅信号光出射側と合波器６との
間に、上記光アイソレータ10と同様、順方向に伝搬する
光を透過し、順方向に対して逆方向に伝搬する光を遮断
するように配置されている。

なお、上記合波器４及び分波器６により、順方向に対
して逆方向に反射される光の割合（残留反射率）は、光
コネクタ２及び７の残留反射率に比べて、無視できる程
度に小さい。

次に、上記構成による動作を説明する。

外部光回路から送出され、光導波路８を伝搬された信
号光は、光コネクタ２を介して、光増幅器１に導入さ
れ、合波器４に入射される。合波器４には、励起光源３
による励起光が入射されており、この励起光と信号光と
が合波される。

次に、合波器４にて合波された信号光と励起光は、光
アイソレータ10を順方向に透過され、希土類元素添加光
ファイバ５の一端に入射される。希土類元素添加光ファ
イバ５は、励起光の入射に伴い、励起状態になり、これ
により、信号光は増幅作用を受ける。次いで、増幅され
た信号光と励起光は光アイソレータ11を順方向に透過さ
れ、分波器６に入射されて、分波される。分波器６によ
り分波された被増幅信号光は、光コネクタ７を介して、
当該光増幅器１の出力として、光導波路９に送出され
る。

このとき、出射側光コネクタ７による反射光は、順方
向に対して逆方向に進行するが、分波器６を介したて、
光アイソレータ11に入射し、ここで遮断される。従っ
て、光コネクタ７による反射光の希土類元素添加光ファ
イバ５への入射は阻止される。

一方、入射側光コネクタ２による反射光（順方向に進
行）は、上記したように、合波希４の残留反射率は無視
でき、かつ、光アイソレータ10の配置により、希土類元
素添加光ファイバ５への入射もほとんど阻止される。

ここで、光アイソレータ10及び11の順方向の透過率を
「１」、順方向に対して逆方向の透過を「Ｔ」とする
と、これらの光アイソレータ10及び11を信号光の光路途
中に挿入することにより、入射側光コネクタ２及び出射
側光コネクタ７からの反射光強度はＴ倍に低減する。

ファイバ型光増幅器１がレーザ発振しないための条件
は、単一透過全利得をg,出射側光コネクタ７の残留反射
率をR1、入射側光コネクタ２の残留反射率をR2とする。

２・ｇ＜（−）10・log（R1・R2・T²） ……（２）となる。

従って、偏波依存性のない光アイソレータ10,11を用
いない場合（前記（１）式）に比べ、単一透過全利得ｇ
の許容量は、（−）10＊logTだけ大きくなる。

具体的な数値例を示す。ここで、光コネクタ２及び７
が前述したように、石英系光ファイバ間の接続によるも
のである場合を想定し、残留反射率がそれぞれ、R1＝５
％,R2＝５％であり、光アイソレータ10,11の逆方向透過
率が、 10・logT＝−30（dB） ……（３）で与えられるとき、上記（２）式を満足する単一透過全
利得ｇは、ｇ＜13＋30＝43（dB） ……（４）で与えられる。

即ち、本第１の実施例によるファイバ系光増幅率１の
許容単一透過全利得は、前述した第２図及び第３図に示
す従来の構成に比べて、30（dB）増加する。

以上のように、本第１の実施例によれば、希土類元素
添加光ファイバ５の信号光の入出射端面側に、光アイソ
レータ10及び11をそれぞれ配置したので、従来のものに
比べて許容単一透過全利得が、大幅に増加したファイバ
型光増幅器を実現している。

なお、本第１の実施例では、入射側光コネクタ２と出
射側光コネクタ７との間の光路途中に、２個の光アイソ
レータ10及び11を挿入したが、これに限定されるもので
はなく、２個以上挿入しても勿論良い。例えば、挿入す
る光アイソレータの数もｎ個、光アイソレータの逆方向
透過率をＴとすると、その増加量は、（−）ｎ・５・logT（dB） ……（５）となる。

また、許容単一透過全利得が、あまり大きくなくても
よい用途に対しては、ファイバ型光増幅器１に挿入する
偏波依存性のない光アイソレータを１個ですませること
ができる。光アイソレータを１個だけ信号光路途中に挿
入したことによる許容単一透過全利得の増加量は、２個
の光アイソレータを挿入した場合の２分の１となる。

具体的な数値例を示すと、第１の実施例と同様の条件
下において、その増加量は15（dB）である。

第４図は、本発明に係るファイバ型光増幅器の第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、希土類元素添加光ファイバ５へ
の励起光の入射方向を、順方向に対して逆方向から入射
させるようにしたことにある。このため、前記第１の実
施例とは、励起光源３及び合波器４と分波器６の希土類
元素添加光ファイバ５に対する配置位置を逆とし、か
つ、光アイソレータ11を合波器４と出射側光コネクタ７
との間に配置した。

このような構成においても、前記第１の実施例と同様
の作用効果を得ることができる。但し、励起光は、希土
類元素添加光ファイバ５を出射後、光アイソレータ10に
て遮断される。

第５図は、本発明に係るファイバ型光増幅器の第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２
の実施例の異なる点は合波器４と出射側光コネクタ７と
の間に配置した光アイソレータ11を除去したことにあ
る。

本第３の実施例のように、光アイソレータを１個だけ
信号光途中に挿入したことによる許容単一透過全利得の
増加量は、前記第１及び第２の実施例のように２個の光
アイソレータを挿入した場合の２分の１となる。

具体的な数値例を示すと、前記第１の実施例と同様の
条件下において、その増加量は15（dB）である。但し、
本第３の実施例では、前記第１及び第２の実施例に比べ
て、構成の簡易化を図れる利点がある。

なお、このような信号光と励起光が逆向きに希土類元
素添加光ファイバ５へ入射する構成において、合波器４
あるいは分波器６における残留反射率が無視できない場
合には、第５図の構成のみ有効である。なぜならば、第
５図の構成において、合波器４と光コネクタ７の間のみ
に偏波依存性のない光アイソレータを挿入した構成で
は、合波器４の残留反射率と入射側光コネクタ２の残留
反射率の寄与により、ファイバ型光増幅器１が、レーザ
発振してしまうからである。

第６図は、本発明に係るファイバ型光増幅器の第４の
実施例を示す構成図である。本第４の実施例と前記第１
の実施例の異なる点は、合波器４と分波器６の代わりに
合分波器12a,12bを配置し、かつ、光アイソレータ10を
入射側光コネクタ２と合分波器12aとの間に、光アイソ
レータ11を合分波器12bと出射側光コネクタ７との間に
それぞれ配置し、さらに、２個の励起光源3a、3bを設け
て、各合分波器に励起光を入射させ、希土類元素添加光
ファイバ５の両端から励起光を入射させるように構成し
たことにある。

このように、励起光源を２個設けた構成にしたことに
より、励起光の増幅を良好に行なえる。

なお、このような構成においては、合分波器12a、12b
おける残留反射率が無視できる場合に有効である。ま
た、挿入する光アイソレータを、いずれか１個とした構
成も可能である。

また、別の構成として、第５図の構成における励起光
源3a,3bのうちのいずれかを除去し、これに代えてその
位置に、光反射器を配置してもよい。この場合、希土類
元素添加光ファイバ５から出射された励起光を、光反射
器を介して再度希土類元素添加光ファイバ５へ入射せる
ことができる。従って、励起光を無駄なく利用できると
いう利点がある。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、外部光回路か
ら信号光を入射する入射側光コネクタと、該光コネクタ
を介して入射した信号光を入射される励起光強度に応じ
て増幅する希土類元素添加光ファイバと、該希土類元素
添加光ファイバにて増幅された信号光を外部光回路に出
射する出射側光コネクタとを備えた光増幅器において、
前記出射側光コネクタまたは出射側光コネクタと前記希
土類元素添加光ファイバとの間の光路途中に、少なくと
も１個の偏波依存性のない光アイソレータを配置したの
で、許容単一透過全利得が大幅に増加した光増幅器を提
供できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るファイバ型光増幅器の第１の実施
例を示す構成図、第２図はファイバ型光増幅器の第１の
従来例を示す構成図、第３図はファイバ型光増幅器の第
２の従来例を示す構成図、第４図は本発明に係るファイ
バ型光増幅器の第２の実施例を示す構成図、第５図は本
発明に係るファイバ型光増幅器の第３の実施例を示す構
成図、第６図は本発明に係るファイバ型光増幅器の第４
の実施例を示す構成図である。図中、１……ファイバ型光増幅器、２……出射側光コネ
クタ、3,3a,3b……励起光源、４……合波器、５……希
土類元素添加光ファイバ、６……分波器、７……出射側
光コネクタ、8,9……光導波路、10,11……光アイソレー
タ、12a,12b……合分波器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部光回路から信号光を入射する入射側光
コネクタと、該光コネクタを介して入射した信号光を入
射される励起光強度に応じて増幅する希土類元素添加光
ファイバと、該希土類元素添加光ファイバにて増幅され
た信号光を外部光回路に出射する出射側光コネクタとを
備えた光増幅器において、前記入射側光コネクタまたは出射側光コネクタと前記希
土類元素添加光ファイバとの間の光路途中に、少なくと
も１個の偏波依存性のない光アイソレータを配置したことを特徴とする光増幅器。