JP3012034B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

光ファイバ増幅器

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JP3012034B2 JP15669491A JP15669491A JP3012034B2 JP 3012034 B2 JP3012034 B2 JP 3012034B2 JP 15669491 A JP15669491 A JP 15669491A JP 15669491 A JP15669491 A JP 15669491A JP 3012034 B2 JP3012034 B2 JP 3012034B2
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紘幸 田中
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康郎 木村
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
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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、信号光と励起光とを光
カプラ(光合波器)で混合した後、Er(エルビウム)
などの希土類元素をドーピングした希土類ドープファイ
バに導いて、誘導放出効果により信号光を増幅するよう
にした光ファイバ増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、この種の従来の光ファイバ増幅
器を示す概略構成図である。
【0003】図において、2は信号光入射コネクタ、4
は信号光入射用光ファイバ、6はレーザダイオードLD
などの励起光源、8は励起光源6から出射され一定角度
に発散した励起光を平行化するコリメータレンズ、10
は平行光線束を集光する集光レンズ、12は励起光入射
用光ファイバ、14は信号光入射用光ファイバ4の一部
分に対して励起光入射用光ファイバ12の終端部を側面
接合することにより信号光と励起光とを混合する光カプ
ラ、16は反射光をほぼ完全に遮断して光を一方向にの
み通過させる光アイソレータ、18は誘導放出効果によ
って信号光を増幅する機能をもった希土類ドープファイ
バ、20も光アイソレータ、22は励起光の波長成分お
よび蛍光成分をカットして信号光の波長成分のみを通過
させるバンドパスフィルタ、24は信号光出射コネクタ
である。
【0004】希土類ドープファイバ18の代表例とし
て、希土類元素Er(エルビウム)をドーピングしたも
のがあるが、Nd(ネオジム)をドーピングする場合も
ある。ここでは、Erをドーピングしているものとす
る。Erドープファイバの場合、信号光は1.55μm
波長帯のものが最も増幅率が高いとされており、その場
合の励起光は1.48μm波長帯である。信号光の波長
帯と励起光の波長帯とは0.07μmの差のみで非常に
接近している。なお、光ファイバはコアとその外周のク
ラッドとからなるが、Erはコアの内部または外周面に
ドーピングされる。次に動作を説明する。
【0005】励起光源6から出射された1.48μm波
長帯の励起光は一定の角度で発散するが、コリメータレ
ンズ8によって一旦平行光線束にされ、集光レンズ10
によって一点に集光されて励起光入射用光ファイバ12
に入射する。そして、励起光入射用光ファイバ12、光
カプラ14および光アイソレータ16を介して希土類ド
ープファイバ18に入射される。希土類ドープファイバ
18にドーピングされているErは励起光によってポン
ピング(励起)される。
【0006】このようなErの励起状態で、変調された
1.55μm波長帯の信号光が図示しない伝送用光ファ
イバから信号光入射コネクタ2を介して信号光入射用光
ファイバ4に入射され、さらに光カプラ14で励起光と
混合された状態で光アイソレータ16を介して希土類ド
ープファイバ18に入射される。信号光は、希土類ドー
プファイバ18中を進行する過程で誘導放出効果によっ
て直接的に(電気信号への変換なく、光の状態のまま)
増幅される。その増幅された信号光および一部の励起光
は、光アイソレータ20を介してバンドパスフィルタ2
2に入る。このバンドパスフィルタ22で、励起光と蛍
光成分とがカットされ、信号光のみが通過し、その信号
光は信号光出射コネクタ24を介して図示しない伝送用
光ファイバへと導かれる。
【0007】希土類ドープファイバ18の前後一対の光
アイソレータ16,20は、希土類ドープファイバ18
内でのレーザ発振を防止するためのものである。希土類
ドープファイバ18内で増幅されるのは1.55μm波
長帯の信号光であり、主にこの増幅された信号光が接合
面間での往復反射を繰り返すためにレーザ発振を起こす
のである。
【0008】また、左側の光アイソレータ16は、増幅
されて反射してきた1.55μm波長帯の信号光が励起
光源6(レーザダイオードLDのチップ)に入射して、
このLDチップ6を焼損してしまうといったことが起こ
らないようにしている。
【0009】なお、この左側の光アイソレータ16は、
増幅された信号光が信号光入射コネクタ2側に戻るのも
防いでいるが、こちらは伝送用光ファイバにつながるも
ので、伝送用光ファイバは非常に長尺であるため、戻り
光はやがて減衰する。したがって、信号光入射コネクタ
2側への戻り光を阻止する必要は特にはなくて、上手側
の光アイソレータ16を光カプラ14より右側ではな
く、LDチップ6から光カプラ14に至るまでの励起光
伝送系(例えば励起光入射用光ファイバ12の途中)に
介在することも多い。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、左側の
光アイソレータ16の存在は、その位置はともかくとし
て、LDチップ6から希土類ドープファイバ18へ導入
すべき1.48μm波長帯の励起光を減衰してしまうと
いう不都合を伴っている。励起光が減衰すると、希土類
ドープファイバ18内でのErに対するポンピング作用
が不充分となり、結局、信号光に対する増幅機能の低下
をもたらす。
【0011】光アイソレータ16を除去すれば、励起光
の減衰が無くなりErのポンピングが強力になる。しか
し、光アイソレータ16の除去は、希土類ドープファイ
バ18でのレーザ発振を引き起こし、結局、信号光に対
する高利得化の妨げになるとともに、LDチップ6の焼
損を招くことになる。
【0012】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、信号光の高利得化,高出力化を可能
にしながらも、励起光源の損傷を防止できるようにする
ことを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、励起光源から
励起光伝送系を介して導かれた励起光と外部から導入さ
れた信号光とを光カプラで混合し、その混合光を希土類
ドープファイバに導いて誘導放出効果により信号光を増
幅し、増幅信号光および励起光を通過させるように構成
された光ファイバ増幅器であって、前記励起光源と光カ
プラとを結ぶ励起光伝送系の途中に、コリメートレンズ
と集光レンズとを配置するとともに、両レンズの間に、
励起光波長成分は通過し前記希土類ドープファイバから
戻ってくる信号光波長成分をカットする波長選択フィル
タを介在させたことを特徴とするものである。
【0014】
【作用】励起光伝送系中に介在された波長選択フィルタ
は、光アイソレータとは異なり、励起光を減衰させるも
のではない。したがって、希土類ドープファイバへの励
起光の導入を充分なものとして、希土類元素に対するポ
ンピング作用を強力なものにする。したがって、信号光
に対する増幅機能も強力なものとなる。一方、上記の波
長選択フィルタは信号光波長成分をカットするものであ
るから、この波長選択フィルタまで戻ってきた増幅信号
光が希土類ドープファイバ側に反射することはない。し
たがって、希土類ドープファイバ内でのレーザ発振は生
じない。
【0015】さらに、波長選択フィルタによる信号光波
長成分のカットにより、希土類ドープファイバからの増
幅信号光が励起光源側へ戻ろうとしても、この波長選択
フィルタにおいてカットされ励起光源への戻りが阻止さ
れる。
【0016】
【実施例】図1は、本発明の一実施例に係る光ファイバ
増幅器を示す概略構成図である。
【0017】図示しない伝送用光ファイバより1.55
μm波長帯の信号光を導入する信号光入射コネクタ2か
ら信号光入射用光ファイバ4が導出されている。レーザ
ダイオードLDのチップで構成され1.48μm波長帯
の励起光を出射する励起光源6の前方に、コリメータレ
ンズ8とこれに対向する集光レンズ10とが配置されて
いる。コリメータレンズ8の焦点は励起光源6の出射点
に一致し、コリメータレンズ8と集光レンズ10の光軸
は互いに一致し、集光レンズ10の焦点は励起光入射用
光ファイバ12の入射端面に一致している。
【0018】励起光入射用光ファイバ12の終端部は信
号光入射用光ファイバ4の一部分に対して側面接合され
て光カプラ14を構成している。励起光源6から光カプ
ラ14に至るまでの経路が励起光伝送系30を構成して
いる。
【0019】信号光入射用光ファイバ4における光カプ
ラ14よりも下手側の端面には、希土類元素としてEr
(エルビウム)がドーピングされた希土類ドープファイ
バ18の一端が接合されている。従来例とは異なり、こ
の希土類ドープファイバ18の入射端と光カプラ14と
の間には光アイソレータは設けられていない。希土類ド
ープファイバ18の射出端側には光アイソレータ20が
設けられ、それに続く通常の光ファイバ中に信号光中心
波長付近の1.55μm波長成分のみを通過させるバン
ドパスフィルタ22が介在され、最終端に信号光出射コ
ネクタ24が設けられている。
【0020】以上の構成において、光カプラ14側の光
アイソレータ16が省略されている点で従来例と異なる
が、さらに、本実施例においては、図2に拡大して示す
ように、励起光伝送系30の途中であるコリメータレン
ズ8と集光レンズ10との間に、信号光の中心波長であ
る1.55μm付近の波長成分を反射によってカット
し、励起光の中心波長である1.48μm波長帯は通過
させる波長選択フィルタ26が介在されている。この波
長選択フィルタ26は、雑音指数NFの改善も兼ねたも
ので、誘電体多層膜フィルタをもって1.55μmのロ
ングウェイブカットフィルタ(LWCF)に構成された
ものを光軸に対して傾斜姿勢で挿入したものである。
【0021】
【0022】また、信号光入射コネクタ2につながる伝
送用光ファイバへの増幅信号光の戻りを防止するために
は、信号光入射コネクタ2と光カプラ14との間におい
て信号光入射用光ファイバ4中に光アイソレータを介在
させておいた方が好ましいが、伝送用光ファイバは非常
に長尺で戻り光が充分減衰する場合は特には必要としな
い。なお、コリメータレンズ8、集光レンズ10の各端
面や励起光入射用光ファイバ12の入射端面に対してア
ンチリフレクションコート等無反射処理を施しておくこ
とが望ましい。
【0023】次に動作を説明する。
【0024】励起光源6から出射した励起光は、コリメ
ータレンズ8、波長選択フィルタ26、集光レンズ1
0、励起光入射用光ファイバ12、光カプラ14を介し
て希土類ドープファイバ18に入射され、希土類ドープ
ファイバ18中のErをポンピングする。信号光入射コ
ネクタ2から入射した信号光は信号光入射用光ファイバ
4を通り光カプラ14において励起光と混合された後、
希土類ドープファイバ18に入射して誘導放出効果によ
って増幅される。その増幅信号光は、光アイソレータ2
0を介してバンドパスフィルタ22に至る。バンドパス
フィルタ22に向かう増幅信号光は、光アイソレータ2
0の存在によって希土類ドープファイバ18に戻ること
が阻止される。増幅信号光は、バンドパスフィルタ22
において励起光波長成分と蛍光成分(ASE)とをカッ
トされ信号光波長成分のみを通過させて、信号光出射コ
ネクタ24から図示しない伝送用光ファイバへと出射す
る。希土類ドープファイバ18において生成された増幅
信号光の一部分は、光カプラ14から励起光入射用光フ
ァイバ12に戻るが、波長選択フィルタ26において
1.55μmの信号光波長成分は反射によってカットさ
れる。したがって、その戻り信号光は、希土類ドープフ
ァイバ18に再び戻ることがなく、希土類ドープファイ
バ18内でのレーザ発振が防止される。また、励起光源
6であるレーザダイオードLDチップに増幅信号光が入
射することも阻止され、そのチップを焼損等から保護す
る。
【0025】なお、上記実施例においては希土類ドープ
ファイバとしてEr(エルビウム)をドーピングしたも
のを例示したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ドーピング希土類元素としてはNd(ネオジム)で
あってもよい。その場合、信号光と励起光の各波長帯も
Er(エルビウム)とは異なるので、波長選択フィルタ
のカットオフ波長もそれに応じて調整するものとする。
【0026】
【0027】また、上記実施例においては、希土類ドー
プファイバの下手側に信号光成分のみを通過させるバン
ドパスフィルタ18を接続させているが、このバンドパ
スフィルタ18は必ずしも必要ではない。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、励起光伝送系中に介在
させた波長選択フィルタにより増幅信号光の反射をなく
してレーザ発振を防止するととともに、光アイソレータ
の除去によって励起光の減衰をなくし希土類ドープファ
イバ内でのポンピング作用を強力なものとできるため、
信号光の高利得化,高出力化を達成できる。また、波長
選択フィルタによって増幅信号光が励起光源に戻るのを
阻止するので、励起光源を焼損等から保護することがで
き、励起光源の信頼性向上と長寿命化とを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光ファイバ増幅器を示
す概略構成図である。
【図2】実施例における要部を拡大した構成図である。
【図3】従来の光ファイバ増幅器を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
4 信号光入射用光ファイバ 6 励起光源 8 コリメータレンズ 10 集光レンズ 12 励起光入射用光ファイバ 14 光カプラ 18 希土類ドープファイバ 22 バンドパスフィルタ 26 波長選択フィルタ 30 励起光伝送系
フロントページの続き (72)発明者 中沢 正隆 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 木村 康郎 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−277687(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起光源(6)から励起光伝送系(3
    0)を介して導かれた励起光と外部から導入された信号
    光とを光カプラ(14)で混合し、その混合光を希土類
    ドープファイバ(18)に導いて誘導放出効果により信
    号光を増幅し、増幅信号光および励起光を通過させるよ
    うに構成された光ファイバ増幅器であって、 前記励起光源(6)と光カプラ(14)とを結ぶ励起光
    伝送系(30)の途中に、コリメートレンズ(8)と集
    光レンズ(10)とを配置するとともに、両レンズ
    (8),(10)の間に、励起光波長成分は通過し前記
    希土類ドープファイバ(18)から戻ってくる信号光波
    長成分をカットする波長選択フィルタ(26)を介在さ
    せたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
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