JP2963187B2 - アクティブファイバー型光増幅器 - Google Patents
アクティブファイバー型光増幅器Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- G02F1/35—Non-linear optics
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- G—PHYSICS
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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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、光ファイバー遠距離通信ライン用の光増幅
器に関し、特に入力ポンピングパワー及び低ノイズ指数
に関して高いゲイン効率を有する光前置増幅器に関す
る。
器に関し、特に入力ポンピングパワー及び低ノイズ指数
に関して高いゲイン効率を有する光前置増幅器に関す
る。
従来の技術 遠距離通信ラインの分野において、近年光ファイバー
が使用され、ファイバー内に変調された光信号が入力さ
れる。この光学システムは、光ファイバーがきわめて小
さな減衰量で遠距離に信号を伝達することができるため
に、特に有利である。
が使用され、ファイバー内に変調された光信号が入力さ
れる。この光学システムは、光ファイバーがきわめて小
さな減衰量で遠距離に信号を伝達することができるため
に、特に有利である。
信号通信距離をさらに増加するための光増幅器が公知
であり、これは、アクティブファイバーの内部に信号よ
りも低い波長の光ポンピングエネルギーを供給すること
により、アクティブファイバー内部に存在するドーパン
トがレーザーエミッション状態に遷移させる。レーザエ
ミッション状態に相当する波長を有する信号が存在する
と、ドーパント原子はレーザ状態からベース状態に減衰
させ、これにより信号に一致した光エミッションがなさ
れるので信号が増幅される。
であり、これは、アクティブファイバーの内部に信号よ
りも低い波長の光ポンピングエネルギーを供給すること
により、アクティブファイバー内部に存在するドーパン
トがレーザーエミッション状態に遷移させる。レーザエ
ミッション状態に相当する波長を有する信号が存在する
と、ドーパント原子はレーザ状態からベース状態に減衰
させ、これにより信号に一致した光エミッションがなさ
れるので信号が増幅される。
この光学装置により、電子装置を使用せずに信号の増
幅が可能になる。電子装置を用いると、信号を光から電
気に変換して電気的に増幅し、その後、光信号に変換す
る必要があるため、電子装置に付随する制限が遠距離通
信ラインに加えられる。特に通信周波数が制限されてし
まう。
幅が可能になる。電子装置を用いると、信号を光から電
気に変換して電気的に増幅し、その後、光信号に変換す
る必要があるため、電子装置に付随する制限が遠距離通
信ラインに加えられる。特に通信周波数が制限されてし
まう。
作動のためには、光増幅器は通信波長より短い特定波
長のポンピング光源を必要とする。ポンピング光は、ダ
イクロイックカップラー又は光マルチプレクサを経て信
号搬送ファイバー内に導入され、ファイバー内で光パワ
ーを減衰しつつアクティブファイバー内で拡散する。ポ
ンピング光は、主としてレーザエミッション状態に励起
されたドーパントにエネルギーを伝達して減衰する。
長のポンピング光源を必要とする。ポンピング光は、ダ
イクロイックカップラー又は光マルチプレクサを経て信
号搬送ファイバー内に導入され、ファイバー内で光パワ
ーを減衰しつつアクティブファイバー内で拡散する。ポ
ンピング光は、主としてレーザエミッション状態に励起
されたドーパントにエネルギーを伝達して減衰する。
増幅器のゲインを左右する光ポンピングパワーは、ア
クティブファイバー内でゆるやかに減少するので、アク
ティブファイバー特性の利用率は長さとともに順次減少
する。
クティブファイバー内でゆるやかに減少するので、アク
ティブファイバー特性の利用率は長さとともに順次減少
する。
ある増幅ゲインが得られるように、アクティブファイ
バーの各部で要求される最小の光のパワーは、反転分布
が生じる値、すなわち、励起されたレーザエミッション
状態にある原子の数が、ベース状態にある原子よりも多
く、そのため、信号の光子がレーザ光エミッション状態
から光エミッションベース状態への遷移を引き起こし、
これによりゲインを高くする値を超えるしきい値のパワ
ーとして設計される。
バーの各部で要求される最小の光のパワーは、反転分布
が生じる値、すなわち、励起されたレーザエミッション
状態にある原子の数が、ベース状態にある原子よりも多
く、そのため、信号の光子がレーザ光エミッション状態
から光エミッションベース状態への遷移を引き起こし、
これによりゲインを高くする値を超えるしきい値のパワ
ーとして設計される。
反対に光パワーがしきい値のパワーよりも低いとき
は、ベース状態の原子数が多く、信号光子は原子を励起
状態に遷移させるようになり、ゲインではなく信号減衰
が生じる。
は、ベース状態の原子数が多く、信号光子は原子を励起
状態に遷移させるようになり、ゲインではなく信号減衰
が生じる。
低いゲインであるとき、すなわち、しきい値パワーよ
りもわずかに高いポンピングパワーであるとき、ノイズ
と定義される、信号とは独立した光放射を伴う励起状態
からベース状態へ自然減衰の確率が存在するので、通信
品質を害する低い信号対ノイズ比となる。実際に、ポン
ピングパワー値がしきい値に近い場合、すなわち、反転
分布が減少している場合には、多数の原子が、ゲインに
起源を与える誘導遷移が生じるそれらについて自然減衰
に従う。この結果、信号対ノイズ比は悪化する。
りもわずかに高いポンピングパワーであるとき、ノイズ
と定義される、信号とは独立した光放射を伴う励起状態
からベース状態へ自然減衰の確率が存在するので、通信
品質を害する低い信号対ノイズ比となる。実際に、ポン
ピングパワー値がしきい値に近い場合、すなわち、反転
分布が減少している場合には、多数の原子が、ゲインに
起源を与える誘導遷移が生じるそれらについて自然減衰
に従う。この結果、信号対ノイズ比は悪化する。
この現象のため、アクティブファイバーは、ポンピン
グパワーが、その端部においてしきい値パワーのレベル
に達する長さよりもかなり短い長さをもつように選択さ
れる。
グパワーが、その端部においてしきい値パワーのレベル
に達する長さよりもかなり短い長さをもつように選択さ
れる。
このため、ポンピングパワーの一部は使用されること
がなく、増幅器の効率は制限され、さらに、このパワー
は増幅器の下流の通信ファイバー内で拡散するため、特
に、上述の増幅器が通信ラインの端部の前置増幅器であ
り、受信電子装置に接続される場合には、このことは欠
点となる。
がなく、増幅器の効率は制限され、さらに、このパワー
は増幅器の下流の通信ファイバー内で拡散するため、特
に、上述の増幅器が通信ラインの端部の前置増幅器であ
り、受信電子装置に接続される場合には、このことは欠
点となる。
そのため、低ノイズ指数、すなわち出力信号対ノイズ
比が最大であり、増幅器出力において未使用のポンピン
グパワーを除去することができる光増幅器が必要とされ
る。
比が最大であり、増幅器出力において未使用のポンピン
グパワーを除去することができる光増幅器が必要とされ
る。
発明の概要 本発明の目的は、アクティブファイバー型の光増幅器
を提供することにある。
を提供することにある。
本発明は、光遠距離通信システム内で光ファイバーに
接続されるアクティブファイバー型の光増幅器であっ
て、該光増幅器が、光遠距離通信ファイバーに接続され
て通信波長でそこから光を受けるとともに、通信波長よ
り低いポンピング波長でレーザ光源から光を受け、この
ポンピング光を吸収するが、その長さは直接に入力され
るポンピング光の一部が吸収される程度であるアクティ
ブファイバーと、前記アクティブファイバーの下流に設
けられ、ポンピング波長で光を反射し通信波長で光を透
過させる選択鏡素子とを含み、前記選択鏡素子は、前記
選択鏡素子において通信波長の光の一部が反射されるた
めにこの反射波と通信波長の光との間で生じる干渉現象
を防止するように、通信波長に対してより低い反射特性
を有し、前記ポンピング波長においてより高い反射特性
を有することを特徴とする。
接続されるアクティブファイバー型の光増幅器であっ
て、該光増幅器が、光遠距離通信ファイバーに接続され
て通信波長でそこから光を受けるとともに、通信波長よ
り低いポンピング波長でレーザ光源から光を受け、この
ポンピング光を吸収するが、その長さは直接に入力され
るポンピング光の一部が吸収される程度であるアクティ
ブファイバーと、前記アクティブファイバーの下流に設
けられ、ポンピング波長で光を反射し通信波長で光を透
過させる選択鏡素子とを含み、前記選択鏡素子は、前記
選択鏡素子において通信波長の光の一部が反射されるた
めにこの反射波と通信波長の光との間で生じる干渉現象
を防止するように、通信波長に対してより低い反射特性
を有し、前記ポンピング波長においてより高い反射特性
を有することを特徴とする。
好ましくは、前記選択鏡素子の反射特性は、通信波長
において−40dBよりも低く、ポンピング波長において−
10dBよりも高くする。
において−40dBよりも低く、ポンピング波長において−
10dBよりも高くする。
好ましくは、前記選択鏡素子は、通信波長に対してよ
り低い反射特性を有し、前記ポンピング波長においてよ
り高い反射特性を有するダイクロイック鏡と、前記アク
ティブファイバーから前記ダイクロイック鏡へ光を送る
レンズ焦点部材とを備える。
り低い反射特性を有し、前記ポンピング波長においてよ
り高い反射特性を有するダイクロイック鏡と、前記アク
ティブファイバーから前記ダイクロイック鏡へ光を送る
レンズ焦点部材とを備える。
好ましくは、前記選択鏡素子は、１個以上の一体の光
ファイバー素子から成る。
ファイバー素子から成る。
好ましくは、前記選択鏡素子は、前記アクティブファ
イバーの端部に接続されてひとつのファイバー内に重畳
された通信波長とポンピング波長を受ける入力ファイバ
ーと、２本の出力ファイバーとを含み、通信波長を一方
の出力ファイバーに送るとともにポンピング波長を他方
の出力ファイバー送ることにより両者を分離し、前記波
長を搬送する出力ファイバーは通信ファイバーに接続さ
れている光デマルチプレクサと、前記ポンピング波長を
搬送する出力ファイバーの端部に設けられ、少なくとも
ポンピング波長を反射する鏡とを備える。
イバーの端部に接続されてひとつのファイバー内に重畳
された通信波長とポンピング波長を受ける入力ファイバ
ーと、２本の出力ファイバーとを含み、通信波長を一方
の出力ファイバーに送るとともにポンピング波長を他方
の出力ファイバー送ることにより両者を分離し、前記波
長を搬送する出力ファイバーは通信ファイバーに接続さ
れている光デマルチプレクサと、前記ポンピング波長を
搬送する出力ファイバーの端部に設けられ、少なくとも
ポンピング波長を反射する鏡とを備える。
好ましくは、前記鏡は、信号波長で−20dB以下の反射
特性を有し、ポンピング波長で−5dB以上の反射特性を
有するダイクロイック鏡である。
特性を有し、ポンピング波長で−5dB以上の反射特性を
有するダイクロイック鏡である。
好ましくは、前記デマルチプレクサは、通信波長とポ
ンピング波長との間で−10dBよりも高い絶縁とする。
ンピング波長との間で−10dBよりも高い絶縁とする。
実施例 本発明の好適な実施例を図面を用いて説明する。
比較のために、まず、従来の光増幅器について説明す
る。
る。
第１図はアクティブファイバー型の光増幅器の構造を
示す。遠距離通信光ファイバー１には、波長λｓの伝達
信号Stが伝送される。この信号はある程度の距離を伝搬
すると減衰するため、これを増幅する目的で既知のダイ
クロイックカップラー即ち光マルチプレクサ２の入力に
送られる。一方、ポンピングレーザエミッタ３の発生す
る波長λｐのポンピング光Lpは、ファイバー４を経てカ
ップラー２の入力に送られる。光デマルチプレクサ２の
出力である同じファイバー５に結合した両波長はアクテ
ィブファイバー６に入力される。
示す。遠距離通信光ファイバー１には、波長λｓの伝達
信号Stが伝送される。この信号はある程度の距離を伝搬
すると減衰するため、これを増幅する目的で既知のダイ
クロイックカップラー即ち光マルチプレクサ２の入力に
送られる。一方、ポンピングレーザエミッタ３の発生す
る波長λｐのポンピング光Lpは、ファイバー４を経てカ
ップラー２の入力に送られる。光デマルチプレクサ２の
出力である同じファイバー５に結合した両波長はアクテ
ィブファイバー６に入力される。
アクティブファイバー６において、光ポンピングパワ
ーが存在するので波長λｓで刺激されることにより光エ
ミッションが生じ、伝達信号Stが増幅される。伝達信号
は伝達ファイバー７に導入されて目的地、すなわち光ケ
ーブルの他の部分又は端子の受信装置に向かう。
ーが存在するので波長λｓで刺激されることにより光エ
ミッションが生じ、伝達信号Stが増幅される。伝達信号
は伝達ファイバー７に導入されて目的地、すなわち光ケ
ーブルの他の部分又は端子の受信装置に向かう。
ファイバ７が光ファイバーの他の部分又は他の増幅器
に接続される第１の場合には、増幅器はライン増幅器と
呼ばれ、ファイバー７が端末装置に接続される第２の場
合には、組立体は前置増幅器、すなわち電気信号に変換
される前に伝達ラインの端部で光信号の強度を増加する
装置、と呼ばれる。
に接続される第１の場合には、増幅器はライン増幅器と
呼ばれ、ファイバー７が端末装置に接続される第２の場
合には、組立体は前置増幅器、すなわち電気信号に変換
される前に伝達ラインの端部で光信号の強度を増加する
装置、と呼ばれる。
第２図に示す通り、アクティブファイバー内の光ポン
ピングパワーＰは、ファイバー６の長さの増加ととも
に、入力値Piからほぼ直線状に減少する。これはファイ
バー６によって吸収されるためであり、内部のドーパン
トはレーザエミッション状態となる。
ピングパワーＰは、ファイバー６の長さの増加ととも
に、入力値Piからほぼ直線状に減少する。これはファイ
バー６によって吸収されるためであり、内部のドーパン
トはレーザエミッション状態となる。
アクティブファイバーの部分esを通過後に内部のポン
ポングパワーは飽和力値Psに達し、この値においてファ
イバー内のエネルギー分布は伝達信号を増幅しない、す
なわちゲインを生じないようになり、かえって、ファイ
バーの活性物質の励起状態に対する遷移により、信号光
エネルギー自体に損失を受けて信号に減衰を生ずる。
ポングパワーは飽和力値Psに達し、この値においてファ
イバー内のエネルギー分布は伝達信号を増幅しない、す
なわちゲインを生じないようになり、かえって、ファイ
バーの活性物質の励起状態に対する遷移により、信号光
エネルギー自体に損失を受けて信号に減衰を生ずる。
ゲイン６のアクティブファイバーの長さに応じた量的
変化を第２図に示す。図示の通り、飽和長esに近いファ
イバーの長さに対してゲインは極めて小さな増加を示し
つつ値Gmaxに達し、長さesより長いファイバー長さに対
してはゲインは減少する。
変化を第２図に示す。図示の通り、飽和長esに近いファ
イバーの長さに対してゲインは極めて小さな増加を示し
つつ値Gmaxに達し、長さesより長いファイバー長さに対
してはゲインは減少する。
それゆえ実際上の目的のためには、esより小さいファ
イバー長さeuを使用して信号に対する十分なゲインGuを
得るとともに、レーザエミッション状態からベース状態
への瞬間的転移によって生ずるノイズの発生を最小限に
する。
イバー長さeuを使用して信号に対する十分なゲインGuを
得るとともに、レーザエミッション状態からベース状態
への瞬間的転移によって生ずるノイズの発生を最小限に
する。
実際には、ノイズは上部レーザレベル内に存在する原
子数に比例し、ポンピングパワーがファイバー自体の内
部で減少する際にファイバーに沿ってゲインが減少する
よりも速くない速度で減少する。
子数に比例し、ポンピングパワーがファイバー自体の内
部で減少する際にファイバーに沿ってゲインが減少する
よりも速くない速度で減少する。
第２図の線図に示す通り、アクティブファイバーにお
いて、ファイバーの長さ単位当たりの最大到達ゲインを
定める最大ポンピングパワーはファイバー自体の初期部
分のみで生じ、そのためにその後はポンピングパワーが
著しく低くなり、第２図のゲイン線図に示す通り、増幅
目的として利用可能なアクティブファイバー長さの利用
可能性が減少する。
いて、ファイバーの長さ単位当たりの最大到達ゲインを
定める最大ポンピングパワーはファイバー自体の初期部
分のみで生じ、そのためにその後はポンピングパワーが
著しく低くなり、第２図のゲイン線図に示す通り、増幅
目的として利用可能なアクティブファイバー長さの利用
可能性が減少する。
光増幅器が光ラインの端部の受信及び光対電気信号変
換部のすぐ上流の位置の増幅器として使用される場合に
は、前置増幅器のノイズが受信装置のノイズより低い場
合には受信の信頼性を増加することができる。
換部のすぐ上流の位置の増幅器として使用される場合に
は、前置増幅器のノイズが受信装置のノイズより低い場
合には受信の信頼性を増加することができる。
増幅器ノイズはそのゲインに比例するため、両方のノ
イズの寄与が同じであるゲイン値が存在する。そのよう
なゲイン値は、受信の信頼性を良くするために前置増幅
器で使用すべき最大ゲイン値である。
イズの寄与が同じであるゲイン値が存在する。そのよう
なゲイン値は、受信の信頼性を良くするために前置増幅
器で使用すべき最大ゲイン値である。
他方、高い前置増幅器ゲインを採用することは種々の
理由から便利であり、例えば、信号受信の信頼性に悪影
響を与えることなく前置増幅器の下流に安価な装置を使
用することができるようになる。
理由から便利であり、例えば、信号受信の信頼性に悪影
響を与えることなく前置増幅器の下流に安価な装置を使
用することができるようになる。
そのため、光増幅器を前置増幅器として使用するとき
は、ファイバー端において全体のゲインの増加が信頼性
の増加と同じレベルとなるポンピングパワーＰを供給し
得るファイバー長を使用する。
は、ファイバー端において全体のゲインの増加が信頼性
の増加と同じレベルとなるポンピングパワーＰを供給し
得るファイバー長を使用する。
次に、本発明の好適の実施例について説明する。
第３図は本発明による増幅ユニットを示し、ダイクロ
イックカップラー２、ポンピングレーザ３、アクティブ
ファイバー６を含み、選択（またはダイクロイック）性
鏡素子８をアクティブファイバー６の下流に設けてい
る。選択性鏡素子８はポンピング波長λｐを反射すると
ともに、通信波長λｓに変化を与えることなくそのまま
通過させる。鏡素子８の出力に接続された通信ファイバ
ー７は、増幅された信号を伝送して目的地に送信する。
イックカップラー２、ポンピングレーザ３、アクティブ
ファイバー６を含み、選択（またはダイクロイック）性
鏡素子８をアクティブファイバー６の下流に設けてい
る。選択性鏡素子８はポンピング波長λｐを反射すると
ともに、通信波長λｓに変化を与えることなくそのまま
通過させる。鏡素子８の出力に接続された通信ファイバ
ー７は、増幅された信号を伝送して目的地に送信する。
第５図に示すように、鏡素子８は、アクティブファイ
バー６の一部の端部epに存在する残存ポンピングパワー
Prを、アクティブファイバー内の反対方向に反射する。
反射したパワーPrifは、レーザ３から直接放射されたポ
ンピングパワーPdirに加算されるのでアクティブファイ
バー内のポンピングパワーの値が高くなる。合計のパワ
ーは、図の鎖線Ptotに示す通り、使用されるアクティブ
ファイバーの全長にわたってほぼ一定又は緩い傾斜で減
少する。
バー６の一部の端部epに存在する残存ポンピングパワー
Prを、アクティブファイバー内の反対方向に反射する。
反射したパワーPrifは、レーザ３から直接放射されたポ
ンピングパワーPdirに加算されるのでアクティブファイ
バー内のポンピングパワーの値が高くなる。合計のパワ
ーは、図の鎖線Ptotに示す通り、使用されるアクティブ
ファイバーの全長にわたってほぼ一定又は緩い傾斜で減
少する。
そのため、全体のファイバー内に高い密度反転値を保
つことができ、増幅器によって発生するノイズは同じで
あるにもかかわらず、ゲインは向上する。
つことができ、増幅器によって発生するノイズは同じで
あるにもかかわらず、ゲインは向上する。
鏡素子８は、レンズ焦点部材等を備え、ポンピング波
長のみを反射するように処理した板で形成された選択鏡
を用いることによりマイクロ光学的に製造できる。レン
ズ焦点部材は、光ファイバーから鏡素子へ光を伝達し、
鏡から、反射された波長について鏡の上流の光ファイバ
ー６へ戻し、そのまま通過されるべき波長について鏡の
下流の光ファイバー７へ戻すように適合される。あるい
は、同じ通信光ファイバー又は数本の光ファイバーを使
用して、一体形式で鏡要素を製造することもできて、こ
れは組立体の安定性の見地から有利である。
長のみを反射するように処理した板で形成された選択鏡
を用いることによりマイクロ光学的に製造できる。レン
ズ焦点部材は、光ファイバーから鏡素子へ光を伝達し、
鏡から、反射された波長について鏡の上流の光ファイバ
ー６へ戻し、そのまま通過されるべき波長について鏡の
下流の光ファイバー７へ戻すように適合される。あるい
は、同じ通信光ファイバー又は数本の光ファイバーを使
用して、一体形式で鏡要素を製造することもできて、こ
れは組立体の安定性の見地から有利である。
本発明の好適な例を第４図に示す。鏡素子８は、第２
のダイクロイックカップラー９、または光デマルチプレ
クサ、入力ファイバー10、出力ファイバー11,12を含
み、通信波長λｓとポンピング波長λｐはそれぞれ分離
される。
のダイクロイックカップラー９、または光デマルチプレ
クサ、入力ファイバー10、出力ファイバー11,12を含
み、通信波長λｓとポンピング波長λｐはそれぞれ分離
される。
出力ファイバー11の増幅器の下流に通信光ファイバー
７が接続され、鏡13はファイバー12の端部に取り付けら
れる。
７が接続され、鏡13はファイバー12の端部に取り付けら
れる。
既知の通り、デマルチプレクサという用語は、１本の
入力ファイバー上に２種類の異なる波長の光を受けて同
じ波長を２本の出力ファイバーに分離放射する光素子と
いう意味である。
入力ファイバー上に２種類の異なる波長の光を受けて同
じ波長を２本の出力ファイバーに分離放射する光素子と
いう意味である。
実際の光デマルチプレクサ又はデカップリング装置
は、マルチプレクサ又はダイクロイックカップラーと同
様に出力波長間にある程度の分離があり、したがって、
デマルチプレクサの分岐12上に通信信号のわずかな部分
が存在する。この信号は鏡13で反射したときは同様に増
幅されて通信信号と干渉問題を生ずるため、通信ライン
及び光ファイバーに有害でありえる。
は、マルチプレクサ又はダイクロイックカップラーと同
様に出力波長間にある程度の分離があり、したがって、
デマルチプレクサの分岐12上に通信信号のわずかな部分
が存在する。この信号は鏡13で反射したときは同様に増
幅されて通信信号と干渉問題を生ずるため、通信ライン
及び光ファイバーに有害でありえる。
それゆえ、複数の波長の間の低い絶縁度、すなわち20
dBより低い絶縁度を備えるデマルチプレクサを備える場
合には、デマルチプレクサ９及びダイクロイック鏡13を
備えるこの実施例で形成される鏡要素において、複数の
波長の間の全体の絶縁度が、波長λｓで少なくとも40dB
であるように、ダイクロイック型鏡13、すなわち通信波
長で反射率を−20dBより低くした鏡が用いられる。
dBより低い絶縁度を備えるデマルチプレクサを備える場
合には、デマルチプレクサ９及びダイクロイック鏡13を
備えるこの実施例で形成される鏡要素において、複数の
波長の間の全体の絶縁度が、波長λｓで少なくとも40dB
であるように、ダイクロイック型鏡13、すなわち通信波
長で反射率を−20dBより低くした鏡が用いられる。
波長λｓの光が反射前後に２回デマルチプレクサを通
ることに注意すべきである。これによってデマルチプレ
クサの絶縁は２回作用し、鏡によって反射された波長λ
ｓの光パワーは限定されてファイバー６の入力に、すな
わち通信ラインに入る。
ることに注意すべきである。これによってデマルチプレ
クサの絶縁は２回作用し、鏡によって反射された波長λ
ｓの光パワーは限定されてファイバー６の入力に、すな
わち通信ラインに入る。
もし、デマルチプレクサの絶縁が20dB以上とすれば、
デマルチプレクサはライン内の通信波長の反射ノイズを
なくするに十分であり、鏡13は使用波長全体を反射させ
てもよい。
デマルチプレクサはライン内の通信波長の反射ノイズを
なくするに十分であり、鏡13は使用波長全体を反射させ
てもよい。
好適には、鏡13を得るにはファイバー12の端部をへき
開等の既知の技法で切断して鍍金し、所要の特性を有す
るファイバー12の反射面又は部分を形成する。
開等の既知の技法で切断して鍍金し、所要の特性を有す
るファイバー12の反射面又は部分を形成する。
第４図に示す実施例の構造は、完全に光ファイバーで
作られ、したがって、小型化した焦点装置等の受ける振
動や変形に対して強固で経時的は影響を受けにくいとい
う理由、及び、デマルチプレクサの絶縁特性とダイクロ
イック鏡の選択反射特性との組み合わせは、特定の用途
に対して最も適切な結果を得るための設計段階での自由
度が高いという理由の両方により、特に有用である。特
に、この実施例によれば、通信波長の反射を最小としな
がら、ポンピング波長での反射を最大とすることができ
る。
作られ、したがって、小型化した焦点装置等の受ける振
動や変形に対して強固で経時的は影響を受けにくいとい
う理由、及び、デマルチプレクサの絶縁特性とダイクロ
イック鏡の選択反射特性との組み合わせは、特定の用途
に対して最も適切な結果を得るための設計段階での自由
度が高いという理由の両方により、特に有用である。特
に、この実施例によれば、通信波長の反射を最小としな
がら、ポンピング波長での反射を最大とすることができ
る。
本発明による具体的な増幅ユニットが第４図に従って
作られるとともに、反射部材13を備えない、つまり第１
図に従った２つ目の増幅ユニットが比較のために作られ
た。
作られるとともに、反射部材13を備えない、つまり第１
図に従った２つ目の増幅ユニットが比較のために作られ
た。
両方の実施例において、1536nmの波長の信号Stをもつ
通信ライン、及び、10mWのパワーで980nmの波長のポン
ピングレーザーダイオード３が用いられた。
通信ライン、及び、10mWのパワーで980nmの波長のポン
ピングレーザーダイオード３が用いられた。
980nmで90％のカップリングで15dBのアイソレーショ
ンの980から1536nmの光マルチプレクサ又はカップラー
２を使用した。
ンの980から1536nmの光マルチプレクサ又はカップラー
２を使用した。
両方のテストにおいて、Er3+イオンでドープされたス
テップインデックス型のSi/Geアクティブファイバー６
を使用した。
テップインデックス型のSi/Geアクティブファイバー６
を使用した。
第１図に示す増幅ユニットにおいて9m長さのアクティ
ブファイバーを使用したが、第３図の増幅ユニットでは
7m長さのアクティブファイバーを使用した。
ブファイバーを使用したが、第３図の増幅ユニットでは
7m長さのアクティブファイバーを使用した。
第４図の増幅器では、980から1536nmのデマルチプレ
クサ９は、980nmで90％のカップリングであり、1536nm
で90％のカップリングである。両方の出力ブランチで30
dBの絶縁である。
クサ９は、980nmで90％のカップリングであり、1536nm
で90％のカップリングである。両方の出力ブランチで30
dBの絶縁である。
デマルチプレクサファイバーの端部を金鍍金して鏡13
を得る。
を得る。
第１図に示す構成では9m長さのアクティブファイバー
で20dBのゲインG1が得られ、ノイズ指数は（S/N）i/（S
/N）ｏ＝5dBである。
で20dBのゲインG1が得られ、ノイズ指数は（S/N）i/（S
/N）ｏ＝5dBである。
第３図に示す構成では7m長さのアクティブファイバー
で20dBのゲインG2が得られ、これは第１図のゲインと同
じゲインであり、ノイズ指数は（S/N）i/（S/N）ｏ＝3d
Bであり、ノイズ指数は2dBの減少となる。
で20dBのゲインG2が得られ、これは第１図のゲインと同
じゲインであり、ノイズ指数は（S/N）i/（S/N）ｏ＝3d
Bであり、ノイズ指数は2dBの減少となる。
本発明によって、増幅器から通信ラインに導入される
ノイズが減少するため、通信信号の品質について重要な
改良が得られた。
ノイズが減少するため、通信信号の品質について重要な
改良が得られた。
更に、デマルチプレクサの存在によりポンピング波長
をライン７から除去するので、フィルタ等の装置の使用
が不要である。
をライン７から除去するので、フィルタ等の装置の使用
が不要である。
本発明の増幅器によって、ポンピングパワーを増加す
ることなく受信装置の応答性を改善することができる。
ポンピングパワーを増加しようとすると強力なレーザダ
イオード又は２個の結合ダイオードを必要とするが、前
者のダイオードは高価で利用困難であり、後者の結合ダ
イオードは損傷故障が多い。
ることなく受信装置の応答性を改善することができる。
ポンピングパワーを増加しようとすると強力なレーザダ
イオード又は２個の結合ダイオードを必要とするが、前
者のダイオードは高価で利用困難であり、後者の結合ダ
イオードは損傷故障が多い。
一般的に、本発明による増幅器は各々の用途に応じた
要求によって、同じ出力で通信のノイズを減少したり、
または高いゲインを得ることができる。作用するポンピ
ングパワーは同じままで、または得られるゲインを変更
することなく、低出力のポンピング光パワーを使用でき
る。
要求によって、同じ出力で通信のノイズを減少したり、
または高いゲインを得ることができる。作用するポンピ
ングパワーは同じままで、または得られるゲインを変更
することなく、低出力のポンピング光パワーを使用でき
る。
本発明を光前置増幅器について説明したが、ライン増
幅器等の装置に使用して使用光ファイバーの全長につい
て高いポンピングパワーレベルを達成することもでき
る。
幅器等の装置に使用して使用光ファイバーの全長につい
て高いポンピングパワーレベルを達成することもでき
る。
本発明を好適な実施例について説明したが、実施例並
びに図面は例示であって発明を限定するものではない。
びに図面は例示であって発明を限定するものではない。
第１図は公知の光増幅器を示す図、第２図は第１図の増
幅器のアクティブファイバー長に関してポンピングパワ
ーと増幅ゲインの変化を示す図、第３図は本発明の実施
例による反射ユニットを有する光増幅器を示す図、第４
図は、第３図の増幅器の別の実施例を示す図、第５図
は、第３図の増幅器のアクティブファイバー長に関して
ポンピングパワーと増幅ゲインの変化を示す図である。
幅器のアクティブファイバー長に関してポンピングパワ
ーと増幅ゲインの変化を示す図、第３図は本発明の実施
例による反射ユニットを有する光増幅器を示す図、第４
図は、第３図の増幅器の別の実施例を示す図、第５図
は、第３図の増幅器のアクティブファイバー長に関して
ポンピングパワーと増幅ゲインの変化を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−25985（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−306677（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221937（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−92828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−115948（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/06 H01S 3/10 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】光遠距離通信システム内で光ファイバーに
接続されるアクティブファイバー型の光増幅器であっ
て、 該光増幅器が、光遠距離通信ファイバーに接続されて通
信波長でそこから光を受けるとともに、通信波長より低
いポンピング波長でレーザ光源から光を受け、このポン
ピング光を吸収するが、その長さは直接に入力されるポ
ンピング光の一部が吸収される程度であるアクティブフ
ァイバーと、前記アクティブファイバーの下流に設けら
れ、ポンピング波長で光を反射し通信波長で光を透過さ
せる選択鏡素子とを含み、 前記選択鏡素子は、前記選択鏡素子において通信波長の
光の一部が反射されるためにこの反射波と通信波長の光
との間で生じる干渉現象を防止するように、通信波長に
おいて−40dBより低い反射特性を有し、前記ポンピング
波長において−10dBより高い反射特性を有することを特
徴とする光増幅器。 - 【請求項２】前記選択鏡素子は、通信波長に対してより
低い反射特性を有し、前記ポンピング波長においてより
高い反射特性を有するダイクロイック鏡と、前記アクテ
ィブファイバーから前記ダイクロイック鏡へ光を送るレ
ンズ焦点部材とを備える請求項１記載の光増幅器。 - 【請求項３】前記選択鏡素子は、１個以上の一体の光フ
ァイバー素子から成ることを特徴とする請求項１記載の
光増幅器。 - 【請求項４】前記選択鏡素子は、前記アクティブファイ
バーの端部に接続されてひとつのファイバー内に重畳さ
れた通信波長とポンピング波長を受ける入力ファイバー
と、２本の出力ファイバーとを含み、通信波長を一方の
出力ファイバーに送るとともにポンピング波長を他方の
出力ファイバー送ることにより両者を分離し、前記波長
を搬送する出力ファイバーは通信ファイバーに接続され
ている光デマルチプレクサと、前記ポンピング波長を搬
送する出力ファイバーの端部に設けられ、少なくともポ
ンピング波長を反射する鏡とを備えることを特徴とする
請求項３記載の光増幅器。 - 【請求項５】前記鏡は、信号波長で−20dB以下の反射特
性を有し、ポンピング波長で−5dB以上の反射特性を有
するダイクロイック鏡であることを特徴とする請求項４
記載の光増幅器。 - 【請求項６】前記デマルチプレクサは、通信波長とポン
ピング波長との間で−10dBよりも高い絶縁とすることを
特徴とする請求項４記載の光増幅器。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03166782A JPH03166782A (ja) | 1991-07-18 |
| JP2963187B2 true JP2963187B2 (ja) | 1999-10-12 |
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|---|---|---|---|
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-
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