JP2749645B2 - 光信号増幅方式 - Google Patents
光信号増幅方式Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光信号増幅用光ファイバを用いた光信号増幅
方式に関する。
方式に関する。
〔従来の技術〕 従来の光信号増幅方式を第５図に基づいて説明する。
図中１は送信部、２は受信部、３は光増幅器、４、５は
通信用光ファイバである。送信部１と受信部２は通信用
光ファイバ４、光増幅器３及び通信用光ファイバ５を介
して接続されている。送信部１は信号光源11、電源12及
び光アイソレータ13とから成る。受信部２は光検出器2
1、電源22及びフィルター23から成る。光増幅器３は光
信号増幅用光ファイバ31、合波器32、励起光源33及び電
源34から成る。光信号増幅用光ファイバ31は石英系ガラ
スのコア部とクラッド部からなり、前記コア部には希土
類元素イオンであるEr3+がドーピングされている。光フ
ァイバ４、５は石英系ガラスのコア部とクラッド部から
なる。送信部１の信号光源11で発生した光信号は通信用
光ファイバ４を経て光増幅器３で増幅され、通信用光フ
ァイバ５を経て受信部２の光検出器21で検出される。光
信号の波長としては石英系ガラスからなる通信用光ファ
イバ内での損失が最も小さい1.535μｍが採用される。
この時光増幅器３の励起光源33で発生した波長0.98μｍ
の励起光が合波器32で前記光信号と合波される光信号増
幅用光ファイバ31内に入射されると前記光信号は増幅さ
れる。次に光増幅器３で光信号が増幅される理由をさら
にEr3+のエネルギー準位を示す第６図を加えて説明す
る。光信号増幅用光ファイバ31のコア部に前記励起光が
入射されると該コア部にドーピングされたEr3+が基底準
位4I15/2から励起光の波長0.98μｍに相当する励起準位
4I11/2に励起され最終的に準安定状態の励起準位4I13/2
に遷移する。そうすると励起準位4I13/2と基底準位4I
15/2との間に反転分布が生じて誘導放出が起こる。これ
により励起準位4I13/2と基底準位4I15/2間の電子遷移エ
ネルギーに相当する波長1.535μｍの光信号が増幅され
るのである。因みに送信部１内の光アイソレータ13は光
増幅器３内の励起光源33からの励起光が信号光源11内に
侵入して共振を起こさせないようにするためのものであ
る。受信部２内のフィルター23は光増幅器３内の励起光
源33からの励起光が光検出器21に侵入しないようにする
ためのものである。また送信部１には信号光源11用の電
源12が、受信部２には光検出器21用の電源22が、光増幅
器３には励起光源用の電源34がそれぞれ設置されてい
る。
図中１は送信部、２は受信部、３は光増幅器、４、５は
通信用光ファイバである。送信部１と受信部２は通信用
光ファイバ４、光増幅器３及び通信用光ファイバ５を介
して接続されている。送信部１は信号光源11、電源12及
び光アイソレータ13とから成る。受信部２は光検出器2
1、電源22及びフィルター23から成る。光増幅器３は光
信号増幅用光ファイバ31、合波器32、励起光源33及び電
源34から成る。光信号増幅用光ファイバ31は石英系ガラ
スのコア部とクラッド部からなり、前記コア部には希土
類元素イオンであるEr3+がドーピングされている。光フ
ァイバ４、５は石英系ガラスのコア部とクラッド部から
なる。送信部１の信号光源11で発生した光信号は通信用
光ファイバ４を経て光増幅器３で増幅され、通信用光フ
ァイバ５を経て受信部２の光検出器21で検出される。光
信号の波長としては石英系ガラスからなる通信用光ファ
イバ内での損失が最も小さい1.535μｍが採用される。
この時光増幅器３の励起光源33で発生した波長0.98μｍ
の励起光が合波器32で前記光信号と合波される光信号増
幅用光ファイバ31内に入射されると前記光信号は増幅さ
れる。次に光増幅器３で光信号が増幅される理由をさら
にEr3+のエネルギー準位を示す第６図を加えて説明す
る。光信号増幅用光ファイバ31のコア部に前記励起光が
入射されると該コア部にドーピングされたEr3+が基底準
位4I15/2から励起光の波長0.98μｍに相当する励起準位
4I11/2に励起され最終的に準安定状態の励起準位4I13/2
に遷移する。そうすると励起準位4I13/2と基底準位4I
15/2との間に反転分布が生じて誘導放出が起こる。これ
により励起準位4I13/2と基底準位4I15/2間の電子遷移エ
ネルギーに相当する波長1.535μｍの光信号が増幅され
るのである。因みに送信部１内の光アイソレータ13は光
増幅器３内の励起光源33からの励起光が信号光源11内に
侵入して共振を起こさせないようにするためのものであ
る。受信部２内のフィルター23は光増幅器３内の励起光
源33からの励起光が光検出器21に侵入しないようにする
ためのものである。また送信部１には信号光源11用の電
源12が、受信部２には光検出器21用の電源22が、光増幅
器３には励起光源用の電源34がそれぞれ設置されてい
る。
しかしながら、上記した従来の光信号増幅方式にあっ
ては、送信部１及び受信部２は電源供給が容易な屋内に
設置することが可能であるが、光増幅器３は伝送路の途
中に設置されることになるので、電源供給が困難な屋外
に設置されることが多い。その場合には遠方の送信部１
または受信部２の電源装置から電源を供給しなければな
らず電源ケーブルが長くなるとともにその敷設工事が面
倒になる。また光増幅器３内の各機器は一応筐体に収納
されているが屋内ではないので周囲の環境例えば温度変
化、湿度変化あるいは振動等によって影響を受ける。そ
のためそれら各機器の信頼性が低下する。
ては、送信部１及び受信部２は電源供給が容易な屋内に
設置することが可能であるが、光増幅器３は伝送路の途
中に設置されることになるので、電源供給が困難な屋外
に設置されることが多い。その場合には遠方の送信部１
または受信部２の電源装置から電源を供給しなければな
らず電源ケーブルが長くなるとともにその敷設工事が面
倒になる。また光増幅器３内の各機器は一応筐体に収納
されているが屋内ではないので周囲の環境例えば温度変
化、湿度変化あるいは振動等によって影響を受ける。そ
のためそれら各機器の信頼性が低下する。
本発明の目的は光増幅器に電源を必要とせず、かつ該
光増幅器の信頼性を向上させることのできる光信号増幅
方式を提供することにある。
光増幅器の信頼性を向上させることのできる光信号増幅
方式を提供することにある。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、通信用光ファイバを介して送信部から受信部へ光信
号を伝送する伝送システムにおける前記通信用光ファイ
バの長手方向の任意の箇所に、稀土類元素が少なくとも
コア部にドーピングされてなる光信号増幅用光ファイバ
を介在させ、送信部からの光信号を前記光信号増幅用光
ファイバを通過させ受信部に伝送させる時に送信部側ま
たは受信部側から前記通信用光ファイバを経由して前記
光信号増幅用光ファイバ内に励起光を入射させることを
特徴とするものである。
で、通信用光ファイバを介して送信部から受信部へ光信
号を伝送する伝送システムにおける前記通信用光ファイ
バの長手方向の任意の箇所に、稀土類元素が少なくとも
コア部にドーピングされてなる光信号増幅用光ファイバ
を介在させ、送信部からの光信号を前記光信号増幅用光
ファイバを通過させ受信部に伝送させる時に送信部側ま
たは受信部側から前記通信用光ファイバを経由して前記
光信号増幅用光ファイバ内に励起光を入射させることを
特徴とするものである。
本発明の光信号増幅方式は通信用光ファイバを経由し
て励起光を光増幅器の光信号増幅用光ファイバに入射さ
せる方式であるため従来光増幅器内に設置されていた励
起光源、合波器等の機器を送信部または受信部等が設置
されている屋内に設置することが可能となる。そこでは
当然電源の供給が容易である。従って屋外での信頼性が
問題となる前記機器等を光増幅器内に必要としないため
光増幅器全体として信頼性が向上する。なお、前記励起
光源、合波器等の機器は送信部または受信部内に限ら
ず、電源供給が容易で機器の信頼性を損なう事のない環
境を維持できる所であればどこでも設置可能である。因
みに、光信号増幅用光ファイバ自体は信頼性が高いので
これだけは屋外に設置しても問題はない。
て励起光を光増幅器の光信号増幅用光ファイバに入射さ
せる方式であるため従来光増幅器内に設置されていた励
起光源、合波器等の機器を送信部または受信部等が設置
されている屋内に設置することが可能となる。そこでは
当然電源の供給が容易である。従って屋外での信頼性が
問題となる前記機器等を光増幅器内に必要としないため
光増幅器全体として信頼性が向上する。なお、前記励起
光源、合波器等の機器は送信部または受信部内に限ら
ず、電源供給が容易で機器の信頼性を損なう事のない環
境を維持できる所であればどこでも設置可能である。因
みに、光信号増幅用光ファイバ自体は信頼性が高いので
これだけは屋外に設置しても問題はない。
以下本発明の実施例を第１図乃至第４図に基づいて詳
細に説明する。第１図は光増幅器を光信号増幅用光ファ
イバだけで構成し、励起光を送信部側から通信用光ファ
イバを経由して前記光増幅器に入射させる光信号増幅方
式を示すブロック図である。図中１は送信部、２は受信
部、３は光増幅器、４、５は通信用光ファイバであり、
送信部１と受信部２は通信用光ファイバ４、光増幅器３
及び通信用光ファイバ５を介して接続されている。送信
部１には信号光源11、電源12及び光アイソレータ13の他
に励起光源33及び合波器32が設置されており、信号光源
11から光アイソレータ13を経た信号光と励起光源33から
の励起光が合波器32で合波され通信用光ファイバ４に送
出される。なお電源12は信号光源11及び励起光源33に共
用される。光増幅器３は稀土類元素が少なくともコア部
にドーピングされた光信号増幅用光ファイバ31だけから
成る。受信部２は光検出器21、電源22及びフィルター23
から成る。前記通信用光ファイバ４に送出された光信号
と励起光との合波が前記光信号増幅用光ファイバ31に入
射されると前記稀土類元素が前記励起光によって準安定
状態以上の励起準位に励起され、そこから最終的に前記
準安定状態に遷移した後、基底準位との間に反転分布を
生じて誘導放出が起こり、その誘導放出により前記光信
号が増幅される。増幅された光信号は残存する励起光と
ともに受信部２に入射する。フィルター23で前記残存す
る励起光が吸収されて前記増幅された光信号だけが光検
出器21に到達する。前記通信用光ファイバ４としてコア
径10μｍ、クラッド径125μｍ、長さ10kmの石英系光フ
ァイバ、通信用光ファイバ５としてコア径10μｍ、クラ
ッド径125μｍ、長さ15kmの石英系光ファイバを用い、
光信号増幅用光ファイバ31としてコア部にEr3+を1019個
/cm3ドーピングしたコア径８μｍ、クラッド径125μ
ｍ、長さ2mの石英系光ファイバを用いた。信号光の波長
は1.535μｍ、励起光の波長は1.49μｍとした。また光
信号増幅用光ファイバ31と通信用光ファイバ４、５との
接続は融着接続した。以上の条件で励起光の入力強度を
変化させて信号光の増幅度を測定したところ、第２図に
示すようなグラフが得られた。実線は理論値を示す。こ
の実験結果によれば励起光の入力強度が約13dBm（20m
W）以上の時に正の利得を示した。比較例として前記の
条件のうち通信用光ファイバ４の長さを0mとした場合に
同様の測定をしたところ第３図に示すようなグラフが得
られた。実線は理論値を示す。この実験結果によれば励
起光の入力強度が約10dBm（10mW）以上の時に正の利得
を示した。この実験の結果励起光を10kmの長さに通信用
光ファイバを経由して光信号増幅用光ファイバに入射さ
せても光信号の利得にあまり大きな相違はみられない。
従って励起光源33からの励起光を通信用光ファイバ４を
経由させて光信号増幅用光ファイバ31に入射させても従
来とほとんど変わらない利得を得ることができた。これ
は励起光の波長1.49μｍが通信用光ファイバ４の低損失
帯に入っているためであり、励起光の波長として0.98μ
ｍを用いた場合は波長1.49μｍを用いた場合に比べて通
信用光ファイバ４内での損失が増加するので利得も低下
することになる。一般に、Er3+がドーピングされ光信号
増幅用光ファイバの利得特性は励起光の入力強度に対し
てEr3+のドーピング量や光信号増幅用光ファイバの長さ
に応じた一定の関係を持ち、利得が±０になる励起光強
度Ithを持つ。従って、I0・exp（−αｐ×Ｌ）＞Ithを
満足するようなI0とＬを決めることができる。但し、I0
は励起光源から出射したばかりの励起光強度、Ｌは通信
用光ファイバの長さ、αｐは通信用光ファイバの単位長
さ当たりの損失である。なお、光信号増幅用光ファイバ
と通信用光ファイバとの接続は融着接続以外にコネクタ
接続も可能である。
細に説明する。第１図は光増幅器を光信号増幅用光ファ
イバだけで構成し、励起光を送信部側から通信用光ファ
イバを経由して前記光増幅器に入射させる光信号増幅方
式を示すブロック図である。図中１は送信部、２は受信
部、３は光増幅器、４、５は通信用光ファイバであり、
送信部１と受信部２は通信用光ファイバ４、光増幅器３
及び通信用光ファイバ５を介して接続されている。送信
部１には信号光源11、電源12及び光アイソレータ13の他
に励起光源33及び合波器32が設置されており、信号光源
11から光アイソレータ13を経た信号光と励起光源33から
の励起光が合波器32で合波され通信用光ファイバ４に送
出される。なお電源12は信号光源11及び励起光源33に共
用される。光増幅器３は稀土類元素が少なくともコア部
にドーピングされた光信号増幅用光ファイバ31だけから
成る。受信部２は光検出器21、電源22及びフィルター23
から成る。前記通信用光ファイバ４に送出された光信号
と励起光との合波が前記光信号増幅用光ファイバ31に入
射されると前記稀土類元素が前記励起光によって準安定
状態以上の励起準位に励起され、そこから最終的に前記
準安定状態に遷移した後、基底準位との間に反転分布を
生じて誘導放出が起こり、その誘導放出により前記光信
号が増幅される。増幅された光信号は残存する励起光と
ともに受信部２に入射する。フィルター23で前記残存す
る励起光が吸収されて前記増幅された光信号だけが光検
出器21に到達する。前記通信用光ファイバ４としてコア
径10μｍ、クラッド径125μｍ、長さ10kmの石英系光フ
ァイバ、通信用光ファイバ５としてコア径10μｍ、クラ
ッド径125μｍ、長さ15kmの石英系光ファイバを用い、
光信号増幅用光ファイバ31としてコア部にEr3+を1019個
/cm3ドーピングしたコア径８μｍ、クラッド径125μ
ｍ、長さ2mの石英系光ファイバを用いた。信号光の波長
は1.535μｍ、励起光の波長は1.49μｍとした。また光
信号増幅用光ファイバ31と通信用光ファイバ４、５との
接続は融着接続した。以上の条件で励起光の入力強度を
変化させて信号光の増幅度を測定したところ、第２図に
示すようなグラフが得られた。実線は理論値を示す。こ
の実験結果によれば励起光の入力強度が約13dBm（20m
W）以上の時に正の利得を示した。比較例として前記の
条件のうち通信用光ファイバ４の長さを0mとした場合に
同様の測定をしたところ第３図に示すようなグラフが得
られた。実線は理論値を示す。この実験結果によれば励
起光の入力強度が約10dBm（10mW）以上の時に正の利得
を示した。この実験の結果励起光を10kmの長さに通信用
光ファイバを経由して光信号増幅用光ファイバに入射さ
せても光信号の利得にあまり大きな相違はみられない。
従って励起光源33からの励起光を通信用光ファイバ４を
経由させて光信号増幅用光ファイバ31に入射させても従
来とほとんど変わらない利得を得ることができた。これ
は励起光の波長1.49μｍが通信用光ファイバ４の低損失
帯に入っているためであり、励起光の波長として0.98μ
ｍを用いた場合は波長1.49μｍを用いた場合に比べて通
信用光ファイバ４内での損失が増加するので利得も低下
することになる。一般に、Er3+がドーピングされ光信号
増幅用光ファイバの利得特性は励起光の入力強度に対し
てEr3+のドーピング量や光信号増幅用光ファイバの長さ
に応じた一定の関係を持ち、利得が±０になる励起光強
度Ithを持つ。従って、I0・exp（−αｐ×Ｌ）＞Ithを
満足するようなI0とＬを決めることができる。但し、I0
は励起光源から出射したばかりの励起光強度、Ｌは通信
用光ファイバの長さ、αｐは通信用光ファイバの単位長
さ当たりの損失である。なお、光信号増幅用光ファイバ
と通信用光ファイバとの接続は融着接続以外にコネクタ
接続も可能である。
第４図は光増幅器を前記と同様に光信号増幅用光ファ
イバだけで構成し、励起光を受信部側から通信用光ファ
イバを経由して前記光増幅器に入射させる光信号増幅方
式を示すブロック図である。図中１は送信部、２は受信
部、３は光増幅器、４、５は通信用光ファイバであり、
送信部１と受信部２は通信用光ファイバ４、光増幅器３
及び通信用光ファイバ５を介して接続されている。送信
部１は信号光源11、電源12及び光アイソレータ13から成
る。信号光源11からの信号光は光アイソレータ13を経て
通信用光ファイバ４に送出される。光増幅器３は前記と
同様に稀土類元素が少なくともコア部にドーピングされ
た光信号増幅用光ファイバ31だけから成る。受信部２に
は光検出器21、電源22及びフィルター23の他に励起光源
33及び結合器35が設置されており、励起光源33からの励
起光は結合器35により光ファイバ５に入射され光検出器
21側には行かないようになっている。また通信用光ファ
イバ５から入射された光信号は光検出器21側に透過し励
起光源33側には行かないようになっている。なお電源22
は光検出器21及び励起光源33に共用される。前記通信用
光ファイバ４に送出された光信号は受信部２側から光信
号増幅用光ファイバ31に入射された励起光によって前記
と同様にして増幅された受信部２内の光検出器21に到達
する。
イバだけで構成し、励起光を受信部側から通信用光ファ
イバを経由して前記光増幅器に入射させる光信号増幅方
式を示すブロック図である。図中１は送信部、２は受信
部、３は光増幅器、４、５は通信用光ファイバであり、
送信部１と受信部２は通信用光ファイバ４、光増幅器３
及び通信用光ファイバ５を介して接続されている。送信
部１は信号光源11、電源12及び光アイソレータ13から成
る。信号光源11からの信号光は光アイソレータ13を経て
通信用光ファイバ４に送出される。光増幅器３は前記と
同様に稀土類元素が少なくともコア部にドーピングされ
た光信号増幅用光ファイバ31だけから成る。受信部２に
は光検出器21、電源22及びフィルター23の他に励起光源
33及び結合器35が設置されており、励起光源33からの励
起光は結合器35により光ファイバ５に入射され光検出器
21側には行かないようになっている。また通信用光ファ
イバ５から入射された光信号は光検出器21側に透過し励
起光源33側には行かないようになっている。なお電源22
は光検出器21及び励起光源33に共用される。前記通信用
光ファイバ４に送出された光信号は受信部２側から光信
号増幅用光ファイバ31に入射された励起光によって前記
と同様にして増幅された受信部２内の光検出器21に到達
する。
以上説明したように本発明の光信号増幅方式は通信用
光ファイバを介して送信部から受信部へ光信号を伝送す
る伝送システムにおける前記通信用光ファイバの長手方
向の任意の箇所に、稀土類元素が少なくともコア部にド
ーピングされてなる光信号増幅用光ファイバを介在さ
せ、送信部からの光信号を前記光信号増幅用光ファイバ
を通過させ受信部に伝送させる時に送信部側または受信
部側から前記通信用光ファイバを経由して前記光信号増
幅用光ファイバ内に励起光を入射させることにより光信
号を増幅する方式である。このため励起光源を電源の供
給が容易な屋内の場所に設置することが可能なことから
電源ケーブルの敷設工事が極めて簡単になる。また従来
屋外の光増幅器内に光信号増幅用光ファイバと一緒に設
置されていた励起光源や合波器等の機器を屋内に設置す
ることが可能になるため、これらの信頼性を向上させる
ことができるとともにその保守点検が容易になる。また
光増幅器自体が光信号増幅用光ファイバのみで構成され
ることになるので、該光増幅器を小型化することがで
き、該光増幅器を電柱等に設置するための設置工事が簡
単になるとともに美観上非常に好ましいなどの効果を有
する。
光ファイバを介して送信部から受信部へ光信号を伝送す
る伝送システムにおける前記通信用光ファイバの長手方
向の任意の箇所に、稀土類元素が少なくともコア部にド
ーピングされてなる光信号増幅用光ファイバを介在さ
せ、送信部からの光信号を前記光信号増幅用光ファイバ
を通過させ受信部に伝送させる時に送信部側または受信
部側から前記通信用光ファイバを経由して前記光信号増
幅用光ファイバ内に励起光を入射させることにより光信
号を増幅する方式である。このため励起光源を電源の供
給が容易な屋内の場所に設置することが可能なことから
電源ケーブルの敷設工事が極めて簡単になる。また従来
屋外の光増幅器内に光信号増幅用光ファイバと一緒に設
置されていた励起光源や合波器等の機器を屋内に設置す
ることが可能になるため、これらの信頼性を向上させる
ことができるとともにその保守点検が容易になる。また
光増幅器自体が光信号増幅用光ファイバのみで構成され
ることになるので、該光増幅器を小型化することがで
き、該光増幅器を電柱等に設置するための設置工事が簡
単になるとともに美観上非常に好ましいなどの効果を有
する。
第１図は本発明の一実施例を示す光信号増幅方式のブロ
ック図、第２図及び第３図は本発明に係る利得特性図、
第４図は本発明の他の実施例を示す光信号増幅方式のブ
ロック図、第５図は従来の光信号増幅方式のブロック
図、第６図はEr3+のエネルギー準位を示すグラフであ
る。 １……送信部、２……受信部、３……光増幅器、４、５
……通信用光ファイバ、11……信号光源、12……電源、
13……光アイソレータ、21……光検出器、22……電源、
23……フィルター、31……光信号増幅用光ファイバ、32
……合波器、33……励起光源、35……結合器。
ック図、第２図及び第３図は本発明に係る利得特性図、
第４図は本発明の他の実施例を示す光信号増幅方式のブ
ロック図、第５図は従来の光信号増幅方式のブロック
図、第６図はEr3+のエネルギー準位を示すグラフであ
る。 １……送信部、２……受信部、３……光増幅器、４、５
……通信用光ファイバ、11……信号光源、12……電源、
13……光アイソレータ、21……光検出器、22……電源、
23……フィルター、31……光信号増幅用光ファイバ、32
……合波器、33……励起光源、35……結合器。
Claims (1)
- 【請求項１】通信用光ファイバを介して送信部から受信
部へ光信号を伝送する伝送システムにおける前記通信用
光ファイバの長手方向の任意の箇所に、稀土類元素が少
なくともコア部にドーピングされてなる光信号増幅用光
ファイバを介在させ、送信部からの光信号を前記光信号
増幅用光ファイバを通過させ受信部に伝送させる時に送
信部側または受信部側から前記通信用光ファイバを経由
して前記光信号増幅用光ファイバ内に励起光を入射させ
ることを特徴とする光信号増幅方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177466A JP2749645B2 (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 光信号増幅方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177466A JP2749645B2 (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 光信号増幅方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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-
1989
- 1989-07-10 JP JP1177466A patent/JP2749645B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (8)
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