JP2870235B2 - 光ファイバ増幅装置 - Google Patents

光ファイバ増幅装置

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JP2870235B2 JP3180271A JP18027191A JP2870235B2 JP 2870235 B2 JP2870235 B2 JP 2870235B2 JP 3180271 A JP3180271 A JP 3180271A JP 18027191 A JP18027191 A JP 18027191A JP 2870235 B2 JP2870235 B2 JP 2870235B2
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實 鹿田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類添加光ファイバ
中で信号光を光増幅する光ファイバ増幅装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバ通信用増幅器として、
信号光を光電変換することなく直接光のまま増幅する光
増幅器に関する研究が活発に行われている。光増幅器と
して、希土類の元素であるErを光ファイバに添加した
光増幅器(Er添加光ファイバ増幅器)は、光ファイバ
の最低損失波長域である波長1.55μm帯で、30d
B以上という高利得が得られること、利得の偏光依存性
が殆どないこと、+10dBm以上という高出力が得ら
れること、雑音特性に優れていること、40nmという
広増幅帯域幅を持つこと等の特長を有することから最近
活発な研究開発が行われている(例えば、応用物理学会
誌、第59巻(1990年)、1175−1192ペー
ジを参照)。
【0003】このEr添加光ファイバ増幅器の励起波長
として、高利得が得られ、励起光源として既に半導体レ
ーザが開発されていることから、0.98μm帯と1.
48μm帯が実用的であると考えられる。0.98μm
帯励起のEr添加光ファイバ増幅器では励起光波長と増
幅光波長が離れているために、理想的な3準位系を形成
でき、雑音指数として3dBという量子限界に達するこ
とができる。また、1.48μm帯励起では、励起光波
長と増幅光波長が近いため、雑音指数は4〜5dBと
0.98μm励起に較べ低雑音性においては劣るもの
の、70%以上の高い励起光パワーから増幅光パワーへ
の変換効率が得られる。
【0004】上記の特性から、このEr添加光ファイバ
増幅器の光ファイバ通信システムへの適用例として、高
出力性を積極的に利用して光ブースタ増幅器が、高利得
・低雑音性を利用して光受信器の前に配置する光前置増
幅器が、光ブースタ増幅器と光前置増幅器両方の特性を
持ち合わせた光中継器がある。光ブースタ増幅器では、
出力+20dBm以上という報告(J.F.Massicottet a
l.,"Efficient,High Power, High Gain, Er3+Doped Sil
ica Fiber Amplifier," Electronics Letters,1990,26,
pp.605-607)があり、光前置増幅器では、強度変調−直
接検波方式で150photons/bit以下という
高感度受信の報告(T.Saitoet al.,"HighReceiver Sensi
tivity at 10 Gb/s Using an Er-Doped Fiber Preampli
fier Pumped by A 0.98 μm Laser-Diode," 1991 Optic
al Fiber Communication Conference,Post-Deadline Pa
perPD-14)がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】希土類添加光ファイバ
増幅器を光通信などに適用する際、光増幅器の性能とし
て、利得が大きく、飽和出力が大きく、かつ低雑音であ
ることが望ましい。しかしながら、希土類添加光ファイ
バ増幅器では、その増幅過程で生じる自然放出光自体が
増幅され、これによって信号光の増幅が妨げられ、高利
得・高出力を得ることが困難になるという欠点がある。
また、自然放出光により出力が飽和すると雑音特性が劣
化するという欠点がある。さらに、このことは、光ファ
イバ増幅器に入射する信号光パワーが小さくなるほど顕
著になる。
【0006】本発明の目的は、信号利得と飽和出力が大
きく、かつ雑音が低い光ファイバ増幅装置を提供するこ
とにある。
【0007】
【0008】
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明の光ファイバ
増幅装置は、光学的に縦続接続された2本の希土類添加
光ファイバと、この希土類添加光ファイバの吸収波長に
対応する波長で発光する励起光源と、信号光と前記励起
光源から出力される励起光を合波して前記希土類添加光
ファイバに同一方向から入射させる第1の光合分波手段
と、前記励起光を前記希土類添加光ファイバの信号光出
射側から入射させるとともに、増幅された信号光を前記
励起光と分離して取り出す第2の光合分波手段を含む光
ファイバ増幅装置において、前記信号光波長を通過させ
るとともに、両側から入射する前記励起光を全反射し再
び前記希土類添加光ファイバに入射させ、かつ自然放出
光を除去する光フィルタを前記希土類添加光ファイバ相
互の間に挿入したことを特徴とする。
【0010】
【作用】信号光の増幅過程の途中で、それまでに生じ、
増幅された自然放出光を光フィルタで除去し再び増幅す
ることによって、自然放出光の存在による飽和出力の制
限を緩和でき高出力が得られる。
【0011】
【0012】
【0013】本発明は、このことに注目し、第1の発明
では、光学的に縦続接続された2本の希土類添加光ファ
イバを使用し、この希土類添加光ファイバの間に、信号
光を通し、自然放出光を除去する帯域通過型の光フィル
タを備えたものである。たたし、光フィルタか励起光も
遮断してしまうと励起効率の低下になるため、信号光波
長帯は通過し、励起光波長帯は高い効率で反射する特性
を持つようにしたところに本発明の特徴がある。
【0014】
【実施例】次に、図面を参照して、本発明の光ファイバ
増幅装置について詳細に説明する。図1は、本発明の基
本原理を示すブロック図である。光増幅は以下の手順で
行われる。まず、信号光は、波長1.48μmで発振す
るInGaAs/InPファブリペロ型半導体レーザで
ある励起光源4から出射される励起光と、それぞれが同
じ方向に光ファイバ中を伝幡するように光ファイバ型の
光合分波器21によつて合波され、損失1dBの偏光無
依存型光アイソレータ11を通過後、内付け化学的気相
析出法(MCVD法)によって製作したコア径5μm、
Erイオン濃度1000ppm、長さ50mのEr添加
単一モード光ファイバ1に入射される。Er添加光ファ
イバ1中で増幅された信号光とEr添加光ファイバ1に
吸収されなかった励起光は、信号光波長帯と励起波長帯
を通過させる特性を持ち、信号光波長帯域ではその中心
波長が信号光波長と一致し帯域幅3nmを有するTiO2
/SiO2からなる50層の干渉膜型フィルタを用いた光
フィルタ3を通過後、再び損失1dBの偏光無依存型光
アイソレータ12を通過し、Er添加光ファイバ1と同
種で長さ50mのEr添加光ファイバ2に入射され信号
光は増幅される。Er添加光ファイバ2の出力は光合分
波器22によって励起光と分波されて出力される。
【0015】まず、通常の増幅と同様な特性を得るため
に、光フィルタ3を取り除き、波長が1.55μm、光
パワーが−40dBmの信号光を光合分波器21に入射
させ、励起光パワーを100mWとしたところ、信号利
得40dB、信号出力約0dBm、雑音指数10dBが
得られた。そこで、Er添加光ファイバ間に光フィルタ
3を挿入した。その結果、信号利得60dB、信号出力
約10dBmという高利得・高出力が得られ、雑音指数
も5dBという低雑音が得られた。
【0016】図2は、図1で用いた光フィルタの通過特
性を示した図である。1.55μmの信号光波長帯と
1.48μmの励起波長帯を通過させる特性を持ち、信
号光波長帯域では帯域幅3nmを有する。
【0017】図3は、第1の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。光増幅は以下の手順で行われる。まず、
信号光は、波長1.48μmで発振するInGaAs/
InPファブリペロ型半導体レーザである励起光源4か
ら出射される励起光と、それぞれが同じ方向に光ファイ
バ中を伝幡するように光ファイバ型の光合分波器21に
よって合波され、内付け化学的気相析出法(MCVD
法)によって製作したコア径5μm、Erイオン濃度1
000ppm、長さ50mのEr添加単一モード光ファ
イバ1に入射される。一方、波長1.48μmで発振す
るInGaAs/InPファブリペロ型半導体レーザで
ある励起光源5から出射される励起光は、信号光と反対
方向に光ファイバ中を伝幡するように光ファイバ型の光
合分波器22によって合波され、Er添加光ファイバ1
と同種で長さ50mのEr添加光ファイバ2に入射され
る。Er添加光ファイバ1中で増幅された信号光は、信
号光波長帯域でその中心波長が信号光波長と一致し帯域
幅3nmを有する干渉膜型光フィルタを用いた光フィル
タ3を通過後、Er添加光ファイバ2に入射され信号光
は増幅される。Er添加光ファイバ1に吸収されなかっ
た励起光は、励起光波長を反射させる特性も備えている
光フィルタ3で反射され、再びEr添加光ファイバ1に
入射される。同様に、Er添加光ファイバ2に吸収され
なかった励起光は、光フィルタ3で反射され、再びEr
添加光ファイバ2に入射される。Er添加光ファイバ2
の出力は光合分波器22によって励起光と分波されて出
力される。
【0018】まず、通常の増幅と同様な特性を得るため
に、光フィルタ3を取り除き、波長が1.55μm、光
パワーが−40dBmの信号光を光合分波器21に入射
させ、2つの励起光パワーをそれぞれ100mWとした
ところ、信号利得55dB、信号出力約5dBm、雑音
指数11dBが得られた。そこで、Er添加光ファイバ
間に光フィルタ3を挿入した。その結果、信号利得65
dB、信号出力約15dBmという高利得・高出力が得
られ、雑音指数も5dBという低雑音が得られた。
【0019】図4は、この実施例で用いた光フィルタの
構造を示した図である。光ファイバ6から出射される信
号光101と励起光102は、レンズ31で平行光線に
される。信号光波長は透過し励起光波長は反射するとい
う特性を有している光フィルタ41に入射され、この光
フィルタ41で、信号光101は透過されるが、励起光
102は反射されてレンズ31で集光され、光ファイバ
6に入射される。光フィルタ41を透過した信号光10
1は、中心波長が信号光波長と一致した帯域幅3nmの
光フィルタ42で自然放出光が除去され、光フィルタ4
1と同様な特性を有する光フィルタ43を透過されレン
ズ32で集光されて光ファイバ7に入射される。一方、
光ファイバ7から出射される励起光103は、レンズ3
1で平行光線にされ、光フィルタ43で全反射され、レ
ンズ32で集光され、光ファイバ7に入射される。な
お、光フィルタ41,42,43はそれぞれTiO2
SiO2 の酸化薄膜を多層化した干渉膜型のフィルタで
ある。
【0020】本発明にはこの他にも様々な変形例があ
る。信号光として、信号光波長は1.55μmに限るこ
となく、1.53μm等Er添加光ファイバ増幅器の増
幅帯域内の波長であれば良い。
【0021】励起光源の波長は、1.48μmに限るこ
となく、0.8μm,0.98μmなどのEr添加光フ
ァイバの吸収波長に合致するものであれば良く、使用す
るレーザはいかなるレーザでも良い。また、信号光と励
起光の光合波手段は、光ファイバ型のものに限らず、ダ
イクロイックミラーなどを用いても良く、その性能を有
する限りいかなる素子、要素であっても良い。
【0022】光フィルタは、干渉膜型のものに限らず、
回折格子、ファブリ・ペロ型干渉計を用いたものでも良
く、その他のものでも良い。また、光フィルタの信号光
通過帯の帯域幅は3nmに限らず、これ以上の4nmで
も、これ以下の1nmでも良い。Er添加光ファイバの
Er濃度やサイズ、及び縦続接続される本数等も本実施
例に限定されない。
【0023】
【発明の効果】以上に説明した様に本発明によれば、高
利得・高出力かつ低雑音の希土類添加光ファイバ増幅装
置を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】第1の発明の実施例における光フィルタの通過
特性を示す図である。
【図3】第3の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図4】第3の発明の実施例における光フィルタの構造
図である。
【符号の説明】 1,2 Er添加光ファイバ 3,41,42,43 光フィルタ 4,5 励起光源 6,7 光ファイバ 11,12 光アイソレータ 21,22 光合分波器 31,32 レンズ 101 信号光 102,103 励起光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/07 G02F 1/35 501 H01S 3/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学的に縦続接続された2本の希土類添
    加光ファイバと、この希土類添加光ファイバの吸収波長
    に対応する波長で発光する励起光源と、信号光と前記励
    起光源から出力される励起光を合波して前記希土類添加
    光ファイバに同一方向から入射させる第1の光合分波手
    段と、前記励起光を前記希土類添加光ファイバの信号光
    出射側から入射させるとともに、増幅された信号光を前
    記励起光と分離して取り出す第2の光合分波手段を含む
    光ファイバ増幅装置において、前記信号光波長を通過さ
    せるとともに、両側から入射する前記励起光を全反射し
    再び前記希土類添加光ファイバに入射させ、かつ自然放
    出光を除去する光フィルタを前記希土類添加光ファイバ
    相互の間に挿入したことを特徴とする光ファイバ増幅装
    置。
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