JP2742133B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP2742133B2 JP2208923A JP20892390A JP2742133B2 JP 2742133 B2 JP2742133 B2 JP 2742133B2 JP 2208923 A JP2208923 A JP 2208923A JP 20892390 A JP20892390 A JP 20892390A JP 2742133 B2 JP2742133 B2 JP 2742133B2
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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、光通信及び光計測の分野において用いられ
るEr添加光ファイバを増幅媒質とする光増幅器であり、
温度変動に対する信号光利得を安定化させることを企図
するものに関する。
〔従来の技術〕
Er添加光ファイバを用いたファイバ型の光増幅器は、
通信用石英ファイバの伝般損失が最小となる1.5μm帯
での光増幅が可能であり、偏波依存性が無く、雑音特性
が優れている等の特徴を有し、光通信の重要な部品であ
る。
第3図にEr添加光ファイバを用いた光増幅器の構成を
示す。2は励起光を発生する励起光源である半導体レー
ザ(以下、LDと記す。)、3はファイバ型カップラ、4
は光アイソレータ、5はEr添加光ファイバである。ここ
で、LD2は周囲温度の変化による発振波長及び励起光量
の変動を抑えるための温度制御機能を有する。又、各部
品は融着またはコネクタにより接続されている。以下、
動作を説明する。信号光と励起光をファイバ型カップラ
3を用いて合波しEr添加光ファイバ5に結合する。この
際Er添加光ファイバ5の発振を防ぐために光アイソレー
タ4を挿入する。Er添加光ファイバ5で増幅された信号
光は、図示しない光学フィルター等で励起光成分及び自
然放出光成分を除去され取り出される。
第7図に、LD2で発生する励起光量が一定という条件
でのEr添加光ファイバ5の長さLと信号光利得Gの関係
を示す。図に示すように信号光利得が最大となる最適長
Lgoが存在する。従って、従来のファイバ型光増幅器に
おいては最大利得を得ることを目的とする場合には、Er
添加光ファイバの長さは最適長Lgoに設定されていた。
また同図には、励起光量Pの変動に対する信号光利得
Gの変化(ΔG/ΔP)も併せて示す。ファイバ長の増加
にともないΔG/ΔPが増加する。すなわち、所望の信号
光利得を得る場合、Er添加光ファイバの長さを最適長Lg
oよりも長い側に設定するよりも短い側に設定する方
が、励起光量Pの変動に対して安定である。従って、従
来の光ファイバ増幅器では、最適長Lgoより短いEr添加
光ファイバを用いてファイバ型光増幅器を構成してい
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、この様なファイバ型光増幅器では、Er添加光
ファイバの温度依存性のため、信号光利得が大幅に変化
するという欠点があった。第8図にEr添加光ファイバの
温度依存性の一例を示す。0.98μm帯及び1.48μm帯LD
を励起光源に用いた。励起光量は、各々10mW及び16mWで
ある。Er添加光ファイバの諸元は、コア径2.85μm、カ
ットオフ波長0.85μm、比屈折率差1.2%、Er濃度79ppm
であり、信号光波長1.536μmである。また、Er添加光
ファイバのファイバ長は、各々の最適長Lgoである40m及
び100mである。図に示す様に、温度の上昇と供に信号光
利得が単調に減少する。
そこで、光増幅器の信号光利得を温度に対して安定に
するため、Er添加光ファイバの温度を制御する方法とし
て、第9図に示す構成が考えられていた。図中、第3図
と同一の構成要素には同一の符号を付けて表した。6は
恒温漕及びそのコントローラである。第9図(a)はEr
添加光ファイバのみを温度制御する場合であり、第9図
(b)はファイバ型光増幅器全体を温度制御する場合で
ある。しかし、この様な構成はファイバ型光増幅器の小
型化及び低価格化を困難としていた。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、その
目的は温度依存性の無いファイバ型光増幅器の小型化及
び価格の低減化を図ることにある。
以上の目的を達成するため、本願発明はErを添加した
石英系単一モード光ファイバをレーザ活性物質とする増
幅媒質と、前記レーザ活性物質を励起するための励起光
を発生する励起光源と、前記励起光と被増幅光を結合し
て前記レーザ活性物質に導く光学系とを有する光増幅器
において、前記Erを添加した石英系単一モード光ファイ
バのファイバ長をL、ある励起光の光強度に対する20℃
での信号光利得が最大となるファイバ長をLgo(20℃)
とするとき、次式の関係を満足し、2×Lgo(20℃)≧
L>Lgo(20℃)かつ信号光利得の温度係数が±0.2dB/
℃以内となるように、前記Er添加光ファイバのファイバ
長が設定されていることを特徴とする光増幅器を提供す
る。
〔作用〕
本願発明では、Er添加光ファイバのファイバ長を温度
依存性を低減する値に設定することにより、従来必要で
あった恒温漕等の付加的な設備を用いることなく、温度
変動に対して、安定に信号光利得を維持することを可能
とする。
本願発明者らはファイバ長と信号光利得との関係に検
討を加え、その結果、温度が変動しても信号光利得が一
定であるファイバ長が存在することを初めて明らかにし
たものである。その知見に基づき、本願発明は成された
ものであり、従来用いられていたファイバ長とは異なる
ファイバ長のEr添加光ファイバを用いてファイバ型光増
幅器を構成することにより、若干の信号光利得の減少は
生じるが、その代わりに温度依存性を低減したファイバ
型光増幅器を実現することを可能とする。
以下、図面を用いて説明する。
第1図に入射励起光量を一定とした場合におけるEr添
加光ファイバの各温度(−40、0、80℃)毎の信号光利
得とファイバ長の関係を示す。Er添加光ファイバの諸元
は、コア径2.85μm、カットオフ波長0.85μm、比屈折
率差1.2%、Er濃度79ppmであり、信号光波長は1.536μ
mである。第1図(a)は0.98μm帯LD励起(励起光量
10mW)、第1図(b)は1.48μm帯LD励起(励起光量16
mW)の特性である。0.98μm帯LD及び1.48μm帯LD励起
は供に、異なる温度で同一の信号光利得を有するファイ
バ長(矢印で示す)が存在することが分かる。すなわ
ち、温度変動に対して信号光利得が変化しない点が存在
することがわかる。さらに、第2図に、ファイバ長と信
号光利得の温度係数及び20℃での信号光利得の関係を示
す。最大信号光利得が得られるファイバ長Lgoは0.98μ
m帯LD励起が40m、1.48μm帯LD励起が100mである。さ
らに、信号光利得の温度係数が0(dB/℃)となる長さ
は0.98μm帯LD励起が50m、1.48μm帯LD励起が160mで
あり、Lgoに比べ各々、1.25倍及び1.6倍であった。
上記の様な結果はEr添加光ファイバの諸元(コア径、
カットオフ波長、比屈折率差及びEr添加濃度)に関係な
く観測されており、20℃での最大信号光利得の得られる
ファイバ長Lgo(20℃)に対して信号光利得の温度係数
が0(dB/℃)となる長さLcoは、Lgo(20℃)よりも長
く、2倍のLgo(20℃)よりも短い範囲内に存在すると
いえる。
従って、この範囲において、ファイバ長を適当に設定
することにより、温度に対して安定な特性を実現するこ
とができる。すなわち、Er添加光ファイバのファイバ長
Lを、 2×Lgo(20℃)≧L>Lgo(20℃)とすることによ
り、信号光利得の温度依存性を無くすか、あるいは温度
依存性を低減することができる。実際の使用を考慮した
場合、信号光利得の温度係数が±0.02dB/℃以内であれ
ば、充分温度依存性の無いファイバ型光増幅器が構成で
きる。それゆえ、従来構造においてEr添加光ファイバの
温度を安定にするために用いた恒温漕を必要とせず、フ
ァイバ型光増幅器の小型化及び低価格化が容易に実現で
きる。
〔実施例〕
以下に図面を参照し本願発明をより具体的に詳述する
が、以下に開示する実施例は本願発明の単なる例示に過
ぎず、本願発明の範囲を何等限定するものではない。
(実施例1) 本実施例では、第3図に示す構成において、Er添加光
ファイバ5の長さを50mとした場合を示す。ただし、LD2
は、周囲温度(−10℃〜60℃)の変化による発振波長の
変動を0.98±0.002μmに抑えると共にEr添加光ファイ
バ5へ入射する励起光量の変動を10±0.1mWに抑えるた
めの温度制御機能を有する。使用したファイバ型カップ
ラ3は−10℃から60℃までの温度依存性は無い。また光
アイソレータ4は−10℃から60℃までの挿入損失の変動
が±1dBの特性のものを使用した。Er添加光ファイバの
諸元は、コア径2.85μm、カットオフ波長0.85μm、比
屈折率差1.2%、Er濃度79ppmであり、信号光波長は1.53
6μmである。本実施例のEr添加光ファイバは第1図
(a)及び第2図の様な特性を有するため、20℃での最
大信号光利得の得られるファイバ長40mに対して信号光
利得の温度係数が0(dB/℃)となる長さは50mである。
従ってEr添加光ファイバ5のファイバ長は50mに設定し
た。
第4図に作成したファイバ型光増幅器の信号光利得の
−10℃から60℃までの温度特性を示す。信号光利得の温
度に対する変動は±1dB以内であった。ただし、この信
号光利得の変動は光アイソレータ4の特性に起因するも
のである。
(実施例2) 実施例1でのLD2を1.48μm帯LDに変え、さらに、Er
添加光ファイバ5のファイバ長を160mにしてファイバ型
光増幅器を構成した。ただし、LD2からEr添加光ファイ
バへ入射する励起光量の変動は16±0.1mWに抑えた。な
お、本Er添加光ファイバは1.48μm帯LD励起で励起光量
16mWの場合、第1図(b)及び第2図の様な特性を有す
ることより、ファイバ長は上記値とした。
第5図に作成したファイバ型光増幅器の信号光利得の
−10℃から60℃までの温度特性を示す。信号光利得の温
度に対する変動は±1dB以内であった。ただし、この信
号光利得の変動は実施例1と同様に光アイソレータ4の
特性に起因するものである。
上記実施例1及び2の結果より、Er添加光ファイバの
ファイバ長を適当に選択することにより温度依存性の無
いファイバ型光増幅器が実現できることが確認できた。
以上の実施例では、励起光源として0.98及び1.48μm
帯LDを使用したが、これらに限定するものではなく、こ
の他の励起波長帯(0.52、0.64及び0.8μm等)、さら
には固体レーザを使用してもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本願発明はEr添加光ファイバの
ファイバ長を適当に選択することにより、温度依存性の
無いファイバ型光増幅器を構成できる。従って、従来用
いていた恒温漕等を必要とせず、温度依存性の無いファ
イバ型光増幅器が実現でき、ファイバ型光増幅器の小型
化及び低価格化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はファイバ長と信号光利得の関係を示す図、第2
図はファイバ長と温度係数及び20℃での信号光利得の関
係を示す図、第3図は光増幅器の構成図、第4図は実施
例1の光増幅器の信号光利得と温度との関係を示す図、
第5図は実施例2の光増幅器の信号光利得と温度との関
係を示す図、第6図はファイバ長と信号光利得及び励起
光量の変動に対する信号光利得の変化との関係を示す
図、第7図は従来用いられていたEr添加光ファイバの温
度依存性、第8図は従来の他の例を説明する図である。 2……半導体レーザ(LD)、 3……ファイバ型カップラ、4……光アイソレータ、 5……Er添加光ファイバ、 6……恒温漕及びそのコントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡安 雅信 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−11749(JP,A) 特開 平4−10586(JP,A) 特開 平2−306677(JP,A) 特開 平2−157829(JP,A) 特開 平4−56430(JP,A) 特開 平4−86727(JP,A) 特開 平3−75732(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Erを添加した石英系単一モード光ファイバ
    をレーザ活性物質とする増幅媒質と、前記レーザ活性物
    質を励起するための励起光を発生する励起光源と、前記
    励起光と被増幅光を結合して前記レーザ活性物質に導く
    光学系とを有する光増幅器において、 前記Erを添加した石英系単一モード光ファイバのファイ
    バ長をL、ある励起光の光強度に対する20℃での信号光
    利得が最大となるファイバ長をLgo(20℃)とすると
    き、次式の関係を満足し、 2×Lgo(20℃)≧L>Lgo(20℃) かつ信号光利得の温度係数が±0.02dB/℃以内となるよ
    うに、前記Er添加光ファイバのファイバ長が設定されて
    いることを特徴とする光増幅器。
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US6437320B1 (en) 1999-04-27 2002-08-20 Nec Corporation Optical amplifier control unit, optical amplification apparatus, and transmission system
US6246512B1 (en) 1999-08-03 2001-06-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical amplifier
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