JP3259105B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

光ファイバ増幅器

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JP3259105B2 JP21994892A JP21994892A JP3259105B2 JP 3259105 B2 JP3259105 B2 JP 3259105B2 JP 21994892 A JP21994892 A JP 21994892A JP 21994892 A JP21994892 A JP 21994892A JP 3259105 B2 JP3259105 B2 JP 3259105B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Erをドープした光フ
ァイバに信号光と励起光とを入射して信号光を増幅する
光ファイバ増幅器に関する。信号光を直接的に増幅する
光増幅器は、(a)希土類元素のEr(エルビウム),
Nd(ネオジム),Pr(プラセオジム)等をドープし
た光ファイバからなる光ファイバ増幅器と、(b)希土
類元素をドープした半導体レーザ増幅器と、(c)光フ
ァイバの非線形効果の例えば誘導ラマン散乱,誘導ブリ
ルアン散乱を利用した光増幅器が知られている。これら
の光増幅器の中の(a)の光ファイバ増幅器は、偏波依
存性がなく、低雑音であり、且つ光伝送路の光ファイバ
との接続損が小さい利点があり、光通信システムに於け
る伝送中継距離の飛躍的増大又は信号光の多分岐が可能
となるから、実用化が進められている。特に、Erドー
プ光フイァバ増幅器は、1.5μm帯の信号光を増幅す
ることができ、又光伝送路としての光ファイバは、1.
5μm帯で低損失となるから、Ndドープ光ファイバ増
幅器(1.06μm帯及び1.3μm帯)又はPrドー
プ光ファイバ増幅器(1.3μm帯)に比較して実用化
が可能である。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ増幅器は、希土類ドープファ
イバに信号光と励起光とを入射するものであり、信号光
に対する励起光の伝播方向により、前方向励起方式,後
方向励起方式,双方向励起方式等がある。図3は後方向
励起方式のErドープファイバを用いた光ファイバ増幅
器についての説明図であり、入射端36からアイソレー
タ34を介してErドープファイバ31に信号光を入射
し、励起光源32からの励起光を合波器33を介してE
rドープファイバ31に入射し、励起光によって励起さ
れたEr原子が信号光により低いエネルギ準位に遷移
し、誘導放出が生じることにより信号光が増幅されて、
合波器33からアイソレータ35を介して出射端37か
ら増幅信号光が出力される。
【0003】Erドープファイバ31は、Erの吸収及
び蛍光特性により、利得特性に信号光の波長依存性があ
り、1.536μmと1.55μmとに利得特性のピー
クがあり、又1.54μm近傍に利得の落ち込みがあ
る。なお、1.5μm帯の光ファイバ増幅器としての励
起光は、1.48μm又は0.98μmの波長のレーザ
光が用いられている。
【0004】前述のErドープファイバ31の利得特性
の1.54μm近傍の落ち込みを補償して、利得特性の
平坦化を図る為に、Erと共にAl(アルミニウム)を
ドープした構成が知られている。図4はAlをコアの中
心部にドープした従来例の説明図であり、41はErの
みをドープした領域を示し、42はErとAlとをドー
プした領域を示す。又43は信号光のモードフィールド
径の一例を示す。コア全体にErをドープし、コアの中
心部にのみAlをドープした構成であり(例えば、特開
平4−86728号公報参照)、波長1.53μmの蛍
光が減少し、更に、コア内の励起光の閾値以下のEr分
布が増幅に寄与せずに、波長1.536μm付近の吸収
損失の作用が生じる。それにより、利得特性の平坦化を
図ることができる。
【0005】図5は利得特性曲線図であり、Erドープ
ファイバ(点線曲線)とEr−Alドープファイバ(実
線曲線)との利得特性を示し、Erのみをドープした場
合、前述のように、1.54μm近傍に利得の落ち込み
が生じるものであったが、図4に示すように、コアの中
心部にAlをドープすることにより、この利得の落ち込
みを補償して、利得特性を平坦化することができる。
【0006】このようなコアにErをドープし、そのコ
アの中心部にAlを更にドープした構成とした場合、ク
ラッドに於ける自然放出光がコア内の励起されたErに
より増幅され、信号光を増幅すべきErが使用されてし
まうから、信号光の増幅効率を低下させることになる。
そこで、Erをクラッドの一部或いは全部にドープし、
Erの損失特性を利用して、自然放出光を吸収すること
により、更に利得特性の平坦化を図ることが提案され
た。
【0007】図6はErの損失特性曲線図であり、1.
4μm〜1.6μmの範囲に於ける損失〔dB/m〕を
示し、波長1.536μm付近に1.0〔dB/m〕を
超える損失が生じる。従って、1.536μm付近の自
然放出光を減衰させることができる。又図4及び先に提
案された光ファイバ増幅器に於いては、Er及びAlを
ドープする範囲及び濃度を、1.53μm帯と1.55
μm帯との信号光の閾値以下の光の吸収を起こさせるに
ように設定し、1.54μm帯の信号光の利得と同じ値
となるように最適化する。
【0008】
【発明が解決しようとする問題点】Erドープファイバ
31を用いて、波長1.55μmの信号光を増幅する為
に、励起光の波長は1.48μm又は0.98μmとす
るものであるが、0.98μmの励起光を用いる場合、
利得効率が良く、又分波器や合波器の構成が容易となる
利点がある。その場合、信号光と励起光との波長が異な
ることにより、モードフィールド径がかなり異なること
になり、前述のようにErと共にAlをドープした構成
のみでは充分な利得特性の平坦化を図ることができなか
った。本発明は、光ファイバ増幅器の利得特性を更に平
坦化することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ増幅
器は、図1を参照して説明すると、Erをドープした光
ファイバに信号光と0.98μmの波長の励起光を入
射して、前記信号光を増幅する光ファイバ増幅器に於い
て、光ファイバ1のコア2の信号光のモードフィールド
径と前記励起光のモードフィールド径とが重なる中心部
ErとAlとを共にドープし、コア2の信号光のモ
ードフィールド径と励起光のモードフィールド径とが重
ならない周辺部にErのみをドープした構成を備えてい
る。なお、3はクラッドを示す。
【0010】又ErとAlとをドープしたコア2の中心
部と。Erのみをドープしたコア2の周辺部との間に、
ノンドープの領域を設けた構成を備えている。
【0011】又光ファイバ1のコア2の中心部にドープ
したEr濃度より、コア2の周辺部にドープしたEr濃
度を小さくした構成を備えている。
【0012】
【作用】光ファイバ1のコア2の中心部のAlにより、
1.536μm付近の蛍光を減少させて、Erのみによ
る利得特性の落ち込みを補償する。又コア2の中心部の
Erは励起光により励起されて、基底状態に落ちる時に
信号光の誘導放出を起こして信号光の増幅を行う。又コ
ア2の周辺部のErは、コア内の自然放出光を吸収し
て、Erによる増幅作用を、信号光のみが利用して、自
然放出光が利用しないようにし、利得効率の向上と共に
利得特性の平坦化を図ることができる。
【0013】1.55μm帯の信号光のモードフィール
ド径に比較して、0.98μm帯の励起光のモードフィ
ールド径は小さいものであり、これらのモードフィール
ド径が重なるコア2の中心部にErとAlとをドープし
て、Erによる信号光の増幅を行わせ、且つAlによる
利得特性の平坦化を図り、コア2内に発生した自然放出
光を、コア2の周辺部のErにより吸収する。従って、
利得効率が向上し、且つ利得特性の平坦化を図ることが
できる。又コア2の周辺部のErは、自然放出光の吸収
を行う程度の濃度で済むものである。
【0014】
【実施例】図2は本発明の実施例の説明図であり、信号
光の波長を1.55μm、励起光の波長を0.98μm
とした時の信号光のモードフィールド径を21、励起光
のモードフィールド径を22により示し、コアの中心部
のErとAlとのドープ領域を23、コアの周辺部のE
rのドープ領域を24により示す。又屈折率は、コアが
クラッドより大きいことを示している。又領域23に於
けるEr濃度より領域24に於けるEr濃度は低くする
ものである。
【0015】1.55μm帯の信号光のモードフィール
ド径と、0.98μmの励起光のモードフィールド径
は、波長の相違に対応して異なるものであり、コアの中
心部のErとAlとをドープした領域23は、信号光の
モードフィールド径21と励起光のモードフィールド径
22とが重なった領域とする。又コアの周辺部のErの
みをドープした領域24は、信号光のモードフィールド
径21と励起光のモードフィールド径22とが重ならな
い領域とする。従って、領域23,24間にはノンドー
プ領域が存在するものである。
【0016】波長1.55μmの信号光のモードフィー
ルド径21は7μm±1μm、波長0.98μmの励起
光のモードフィールド径22は4μm±1μmで、この
場合にコア径は5.5μmに選定することができる。そ
して、領域23に於けるAlの濃度は5000ppm±
1000ppm、Erの濃度は500ppm±200p
pm、領域24に於けるErの濃度は50ppm〜25
0ppmに選定することができる。又領域23の径を例
えば3μm、領域24の幅は0.5μmとすると、ノン
ドープの領域の幅は0.5μmとなる。
【0017】前述のような構成の光ファイバは、既に知
られている各種の方法で製造することができるものであ
り、VAD(Vaporphase Axial Deposition )法
や、MCVD(Modified Chemical Vapor Deposit
ion )等により、コアの周辺部への所定の濃度のErの
ドープ及びコアの中心部への所定の濃度のErとAlと
のドープを行うことができる。
【0018】前述の構成の光ファイバに信号光と励起光
とを入射し、その場合の信号光の波長を1.53μm又
は1.55μmとすると、コアの中心部の領域23のE
rは、0.98μmの励起光により励起され、基底状態
に落ちる時に信号光の誘導放出を起こすから信号光の増
幅が行われる。又コアの周辺部の領域24のErは、励
起光により励起されないから、コア内を伝播する自然放
出光や1.53μm,1.55μmの信号光等を吸収す
るように作用し、信号光の波長に於ける利得を抑える作
用が生じる。
【0019】又信号光が1.54μmの場合は、コアの
中心部の領域23のErは前述と同様に信号光の増幅作
用に寄与し、又コアの周辺部の領域24のErは前述と
同様に励起されないから、1.53μm帯と1.55μ
m帯との自然放出光を吸収し、自然放出光の伝播を抑圧
することができる。その為、誘導放出に利用する励起光
パワーを、信号光の増幅の為に利用することができるこ
とになり、1.54μmの信号光の利得を増加すること
ができる。それによって、波長1.53μm,1.54
μm,1.55μmの利得特性を平坦化することができ
る。なお、他の信号光の波長帯域についても、同様に利
得特性の平坦化を図ることができ、広帯域特性の光ファ
イバ増幅器を構成することができる。
【0020】前述の実施例のErをドープした光ファイ
バを用いて、図3に示す後方向励起方式の光ファイバ増
幅器を構成することができる。同様に、前方向励起方式
や両方向励起方式或いは反射形励起方式等の光ファイバ
増幅器に適用することができる。又0.98μmの励起
光の光源としては、各種の半導体レーザを用いることが
できるが、例えば、InGaAs歪量子井戸レーザを用
いることができる。又本発明は、前述の実施例に限定さ
れるものではなく、例えば、信号光の波長等に対応して
Er,Alのドープ範囲やドープ濃度を最適化し、所望
の帯域内の利得特性を平坦化することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光ファ
イバ1のコア2の中心部にErとAlとをドープし、コ
ア2の周辺部にErのみをドープした構成を用いるもの
で、中心部のErが0.98μmの励起光により励起さ
れて信号光の増幅が行われ、又AlによりErのみによ
る利得特性の落ち込みを補償し、コア2内の自然放出光
等をコア2の周辺部のErにより吸収することができる
から、励起光により励起されたErによる増幅作用を信
号光に対して作用することができ、利得効率を向上する
ことができると共に、利得特性の平坦化を図ることがで
きる。又自然放出光の吸収により雑音指数の向上を期待
できる利点がある。
【0022】又コア2の周辺部にドープしたErの濃度
は、自然放出光等を吸収する為のものであり、従って、
自然放出光等の強度に対応して設定することになる。又
コア2の中心部のErとAlとをドープした領域と、コ
ア2の周辺部のErのみをドープした領域との間のノン
ドープ領域は、信号光と励起光とのモードフィールド径
のパターンに対応した大きさとなり、最小は零に近いも
のとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】本発明の実施例の説明図である。
【図3】光ファイバ増幅器の説明図である。
【図4】従来例の説明図である。
【図5】利得特性曲線である。
【図6】損失特性曲線図である。
【符号の説明】
1 光ファイバ 2 コア 3 クラッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−291972(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 G02F 1/35 G02B 6/02 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Erをドープした光ファイバに信号光と
    0.98μmの波長の励起光とを入射して、前記信号光
    を増幅する光ファイバ増幅器に於いて、 前記光ファイバコアの前記信号光のモードフィールド
    径と前記励起光のモードフィールド径とが重なる中心部
    にErとAlとを共にドープし、前記コアの前記信号光
    のモードフィールド径と前記励起光のモードフィールド
    径とが重ならない周辺部にErのみをドープした構成を
    備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
  2. 【請求項2】 ErとAlとをドープした前記コアの中
    心部と、Erのみをドープした前記コアの周辺部との間
    に、ノンドープの領域を設けた構成を備えたことを特徴
    とする請求項1記載の光ファイバ増幅器。
  3. 【請求項3】 前記光ファイバ前記コア中心部にド
    ープしたEr濃度より、前記コア周辺部にドープした
    Er濃度を小さくした構成を備えたことを特徴とする請
    求項1又は2記載の光ファイバ増幅器。
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KR100392820B1 (ko) * 1995-09-26 2003-10-22 삼성전자주식회사 이득평탄용어븀도핑광섬유및그제조장치
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