JP3288965B2 - 光ファイバ増幅器および光増幅方法 - Google Patents
光ファイバ増幅器および光増幅方法Info
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Description
増幅器および光増幅方法に関し、さらに詳しくは、1.
570〜1.600μmまたは1.565〜1.600
μm波長域にある信号光を増幅する1.58μm帯光フ
ァイバ増幅器およびこれを用いた広帯域な光増幅方法に
関する。
は、通信用光ファイバの伝送損失が最小となる1.55
μm帯での光増幅が可能であり、偏波依存性がなく、通
信用光ファイバと低損失で接続できる等の特徴をもって
いる。そのため、1.55μm帯光通信システムにおけ
る光増幅器として開発がすすめられており、例えば、デ
ィジタル信号を伝送する幹線伝送系やアナログ信号を伝
送する光CATV等に幅広く適用されている。
は、さらに通信容量の増加を目指し、信号波長の異なる
複数の信号光からなる波長多重(WDM)信号の伝送が
試みられている。このため、光ファイバ増幅器には、広
い増幅帯域を有するとともに、WDM信号における波長
の異なる各信号光を利得偏差なく増幅する特性が要求さ
れている。
媒体に用いる、 (2)光増幅器の後段に波長等化器を付加する、 (3)Er添加フッ化物系ファイバを増幅媒体に用いる (4)利得スペクトルの異なる2つのEr添加光ファイ
バをカスケード接続するなどの方法が提案されてきた。
DM信号の利得偏差を0.2以下にできることが報告さ
れている(S.Yoshida,et al.,"Gain-flattened FDFA wit
h high Al concentration for multistage repeatered
WDM transmission systems",Electron.Lett.,vol.31,p
p.1765-1767,1995)。(2)および(3)では、1.5
32〜1.56μmのWDM信号の利得偏差を1.5d
B以下にできることが報告されている(R.Kashyap.et a
l.,"Wideband gain flattened erbium fiber amplifier
using a photoscnsitive fiber blazed grating", Ele
ctron.Lett.,vol.29.pp.154-156,1993 および M.Yamad
a,et al.,"Fluoride-based erbium-doped fiber amplif
ier with inherently flat gain spectrum",IEEE Photo
nics Technol.Lett.,vol.8,pp,882-884,1996) 。さら
に、(4)では、Al共添加Er添加石英系ファイバと
P共添加Er添加石英系ファイバをカスケード接続する
ことにより、1.54〜1.56μmのWDM信号の利
得偏差を1.3dB以下(T.kashiwada et al.,"Gain fl
attening for fiber amplifiers",OFC'95,paper TuPl,1
995)に、Al共添加Er石英系ファイバとP共添加Er
石英系ファイバをカスケード接続することにより、1.
54〜1.56μmのWDM信号の利益偏差を1.3dB 以
下(T.kashiwada et al.,"A low-noise and gain-flatte
ned amplifier composed of a silica-based and a flu
oride-based Er3+-doped fiber amplifierin a casca
de configuration",OFC'95,paper TuPl,1995)に、ま
た、Al共添加Er添加石英系ファイバとP共添加Er
添加石英系ファイバをカスケード接続することにより、
1.53〜1.56μmのWDM信号の利益偏差を1.
1dB以下(M.yamada et al.,"Gain flattening for fi
ber amplifiers",IEEE PhotonicsTechnol.Lett.,vol.8,
pp.620-622,1996) にできることが報告されている。
ァイバ増幅器を用いた1Tbit/S、2.6Tbit/s等のWD
M伝送実験が報告されている。しかし、上記の方法を用
いても、平坦な増幅特性を示す帯域は図1に示すよう
に、約1530nmから1560nmに限られており
(山田 他、電子情報通信学会技術報告、LQE96-27, p
p.43-48)WDM伝送で使用する通信帯域をより一層広
げるためには、光ファイバ増幅器の帯域特性改善(広帯
域化および利得平坦化)が不可欠である。
3〜1.56μm(1.55μm帯)の増幅帯域の他
に、1.57〜1.61μm(1.58μm帯)の増幅
帯域を有することが報告されている。J.F. Massicott e
t al.,"High gain,broadband,1.6μm Er3+ doped sil
ica fiber amplifier",Electron.Lett.,vol.26,pp.1645
-1646,1990および、J.F. Massicott et al.,"Low noise
operation of Er3+ doped silica fiber amplifier
around 1.6μm",Electron.Lett.,vol.28,pp.1924-1925,
1992) 。図2は、この報告(J.F.Massicott et al.,"Hig
h gain,broadband,1.6m Er3+-doped silica fiber am
plifier",Electron.Lett.,vol.26,pp.1645-1646,1990)
にある1.58μm帯増幅帯域を示す。図2において実
験はファイバ長L=200m、破線はL=175m、一
点鎖線はL=150mの場合の信号利得曲線を示す。
いる従来の1.58μm帯光ファイバ増幅器では、次の
ような問題点がある。 1) 従来のEr添加光ファイバ増幅器の励起光源とし
て使用される0.98μm帯(Er添加石英系ファイバ
のErの 4I11/2準位励起)、0.97μm帯
(Er添加フッ化物系ファイバのErの 4I11/2
準位励起)、または1.48μm帯(各ファイバのEr
の 4I13/2準位励起)のものと異なり、高出力の
1.55μm帯の励起光源が必要となり、高価なものと
なる。 2) 1.58μm帯の増幅帯域を実現するためのEr
添加光ファイバのファイバ長その他に関する明確な設計
法が明らかになっていない。 3) 1.58μm帯におけるWDM信号の各信号波長
の利得を均一にする(利得偏差を小さくする)ことがで
きない。
m光ファイバ増幅器およびこれを用いた光増幅方法を提
供することである。
に、第1の発明は、コア部またはクラッド部の少なくと
も一方にエルビウムを添加したエルビウム添加ファイバ
と、該エルビウム添加ファイバを励起する励起光源と、
該励起光源からの励起光と1.58μm帯の波長域にあ
る信号光とを前記エルビウム添加ファイバに入射する光
学手段と、光アイソレータとを備えた光増幅器であっ
て、前記励起光源は、Erの4I11/2準位を励起する
0.97μm帯励起光源、Erの4I11/2準位を励起す
る0.98μm帯励起光源またはErの4I13/2準位を
励起する1.48μm帯励起光源のいずれかであり、前
記エルビウム添加ファイバは、ファイバ長(m)とエル
ビウム添加濃度(重量ppm)との積である等価的ファ
イバ長が、前記励起光源の波長において得られる信号利
得が所定の実用基準値以上の信号利得となる長さであ
り、前記励起光源は、1.58μm帯の波長多重信号が
利得平坦となるような、前記等価的ファイバ長に対応し
た所定の強度の励起光を供給する励起光源であることを
特徴とする。
バは、Er添加石英系ファイバ、Er添加多成分酸化物
系ガラスファイバ、Er添加フツリン酸ガラスファイ
バ、Er添加テルライト系ガラスファイバから選ばれ、
前記所定の強度の励起光は、1.570〜1.600μ
mの波長域にある異なる複数の信号光における最大波長
の信号利得と最小波長の信号利得の差を1dB以下とす
る励起光であることを特徴とする。
バは、Er添加フッ化物ファイバであり、前記所定の強
度の励起光は、1.565〜1.600μmの波長域に
ある異なる複数の信号光における最大波長の信号利得と
最小波長の信号利得の差を1dB以下とする励起光であ
ることを特徴とする。
バは、等価的ファイバ長が0.3×105 (m・重量
ppm)以上であるEr添加石英系ファイバであり、前
記励起光源はErの 4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源であることを特徴とする。
バは、等価的ファイバ長が0.6×105 (m・重量
ppm)以上であるEr添加石英系ファイバであり、前
記励起光源はErの 4I13/2準位を励起する1.
48μm帯励起光源であることを特徴とする。
バは、等価的ファイバ長が0.1×105 (m・重量
ppm)以上であるEr添加フッ化物系ファイバであ
り、前記励起光源はErの 4I11/2準位を励起す
る0.97μm帯励起光源であることを特徴とする。
バは、等価的ファイバ長が0.2×105 (m・重量
ppm)以上であるEr添加フッ化物系ファイバであ
り、前記励起光源はErの 4I13/2準位を励起す
る1.48μm帯励起光源であることを特徴とする。
バは、等価的ファイバ長が0.005×105 (m・
重量ppm)以上であるEr添加テルライトガラス系フ
ァイバであり、前記励起光源はErの 4I11/2準
位を励起する0.98μm帯励起光源であることを特徴
とする。
バは、等価的ファイバ長が0.01×105 (m・重
量ppm)以上であるEr添加テルライトガラス系ファ
イバであり、前記励起光源はErの 4I13/2準位
を励起する1.48μm帯励起光源であることを特徴と
する。
イバは、等価的ファイバ長が0.008×105 (m
・重量ppm)以上であるEr添加多成分酸化物ガラス
系ファイバであり、前記励起光源はErの 4I
11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源である
ことを特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.015×105 (m
・重量ppm)以上であるEr添加多成分酸化物ガラス
系ファイバであり、前記励起光源はErの 4I
13/2準位を励起する1.48μm帯励起光源である
ことを特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.01×105 (m・
重量ppm)以上であるEr添加カルコゲナイドガラス
系ファイバであり、前記励起光源はErの 4I
11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源である
ことを特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.02×105 (m・
重量ppm)以上であるEr添加カルコゲナイドガラス
系ファイバであり、前記励起光源はErの 4I
13/2準位を励起する1.48μm帯励起光源である
ことを特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.008×105 (m
・重量ppm)以上であるEr添加フツリン酸ガラス系
ファイバであり、前記励起光源はErの 4I11/2
準位を励起する0.98μm帯励起光源であることを特
徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.015×105 (m
・重量ppm)以上であるEr添加フツリン酸ガラス系
ファイバであり、前記励起光源はErの 4I13/2
準位を励起する1.48μm帯励起光源であることを特
徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.3×105 (m・重
量ppm)以上であるEr添加石英系ファイバであり、
前記励起光源はErの 4I11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源とErの 4I13/2準位を
励起する1.48μm帯励起光源の両者を用いることを
特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.1×105 (m・重
量ppm)以上であるEr添加フッ化物系ファイバであ
り、前記励起光源はErの 4I11/2準位を励起す
る0.97μm帯励起光源とErの 4I13/2準位
を励起する1.48μm帯励起光源の両者を用いること
を特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.005×105 (m
・重量ppm)以上であるEr添加テルライトガラス系
ファイバであり、前記励起光源はErの 4I11/2
準位を励起する0.98μm帯励起光源とErの 4I
13/2準位を励起する1.48μm帯励起光源の両者
を用いることを特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.008×105 (m
・重量ppm)以上であるEr添加酸化物多成分ガラス
系ファイバであり、前記励起光源はErの 4I
11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源とEr
の 4I13/2準位を励起する1.48μm帯励起光
源の両者を用いることを特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.01×105 (m・
重量ppm)以上であるEr添加カルコゲナイドガラス
系ファイバであり、前記励起光源はErの 4I
11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源とEr
の 4I13/2準位を励起する1.48μm帯励起光
源の両者を用いることを特徴とする。
イバは、等価的ファイバ長が0.008×105 (m
・重量ppm)以上であるEr添加フツリン酸ガラス系
ファイバであり、前記励起光源はErの 4I11/2
準位を励起する0.98μm帯励起光源とErの 4I
13/2準位を励起する1.48μm帯励起光源の両者
を用いることを特徴とする。
の少なくとも一方にエルビウムを添加したエルビウム添
加ファイバを、該エルビウム添加ファイバの励起に用い
る励起光源からの励起光により励起して、1.58μm
帯の波長域にある信号光を増幅する光増幅方法であっ
て、ファイバ長(m)とエルビウム添加濃度(重量pp
m)との積である等価的ファイバ長が、前記励起光源の
波長において得られる信号利得が所定の実用基準値以上
の信号利得となる長さの前記エルビウム添加ファイバ
を、Erの 4 I 11/2 準位を励起する0.97μm帯励起
光源、Erの 4 I 11/2 準位を励起する0.98μm帯励
起光源またはErの 4 I 13/2 準位を励起する1.48μ
m帯励起光源のいずれかの前記励起光源の励起光であっ
て、1.58μm帯の波長多重信号が利得平坦となるよ
うな、前記等価的ファイバ長に対応した所定の強度の励
起光により励起して、前記信号光を増幅することを特徴
とする。
強度は、前記1.58μm帯の波長域にある複数の信号
光における最大波長の信号利得と最小波長の信号利得の
差が1dB以下となるように調整することを特徴とす
る。
域が1.57〜1.60μmの波長域であることを特徴
とする。
域が1.565〜1.60μmの波長域であることを特
徴とする。
μm帯光ファイバ増幅器の基本構成を示す。
5は双方向励起系の各構成を示す。増幅媒体であるEr
添加光ファイバ1は、例えば、Er添加石英系ファイ
バ、Er添加フッ化物系ファイバ、Er添加テルライト
ガラス系ファイバ、Er添加カルコゲナイドガラス系フ
ァイバ、Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、また
は、Er添加フツリン酸ガラス系ファイバを用いる。励
起光源2A,2Bは、Er添加光ファイバ1へ入射する
0.98μm帯または1.48μm帯(Er添加石英系
ファイバ、Er添加テルライトガラス系ファイバ、Er
添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、Er添加酸化物
多成分ガラス系ファイバまたはEr添加フツリン酸ガラ
ス系ファイバ、0.97μm帯または1.48μm帯
(Er添加フッ化物系ファイバ)の励起光を発生する。
合波器3A,3Bは信号光と励起光を合波してEr添加
光ファイバ1に入射する。光アイソレータ4A,4B
は、光ファイバ増幅器の発振を抑えるために配置され
る。
の特徴は、Er添加光ファイバ1のファイバ長とEr添
加濃度の積を規定するところにある。以下、ファイバ長
について説明する。
強度に対する増幅帯域の変化の一例を示す。Er添加石
英系ファイバのファイバ長は20m、比屈折率差は1.
8%、カットオフ波長は1.13μm、Al添加濃度は
40000wt.ppm、Er添加濃度は1000w
t.ppm、励起波長は1.48μm帯、励起系は図3
に示す前方励起系を用いた。なお、Er添加石英系ファ
イバのファイバ長20mは、通常の1.55μm帯光フ
ァイバ増幅器に用いられる長さである。
W程度のときに1.57〜1.60μmの波長域で利得
が平坦になることが分かる。しかし、これらのファイバ
長では、1.57〜1.60μmの波長域で実用的な信
号利得(15dB以上)が得られない。すなわち、通常
の1.55μm帯光ファイバ増幅器に用いられるファイ
バ長では、実用的な1.58μm帯光ファイバ増幅器を
構成することができない。
おいて、ファイバ長に対する増幅帯域の変化の一例を示
す。なお、励起光強度は1.58μm帯の波長域で利得
が平坦になる値に設定した。図7に示すように、ファイ
バ長を長くすることにより、1.58μm帯の信号利得
が増加することがわかる。すなわち、実用的な1.58
μm帯光ファイバ増幅器を実現するためには、Er添加
光ファイバ長が重要なパラメータになることがわかる。
長は、Er添加光ファイバのEr添加濃度に大きく依存
する。このため、Er添加光ファイバの等価的なファイ
バ長を示すパラメータとして、Er添加光ファイバのフ
ァイバ長(m)とEr添加濃度(wt.ppm)の積を
用いる。
1.58μm帯が利得平坦時の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示す。図8は0.98μm帯
の励起光を用いた場合、図9は1.48μm帯の励起光
を用いた場合である。
ァイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得と〔フ
ァイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図10は0.
97μm帯の励起光を用いた場合、図11は1.48μ
m帯の励起光を用いた場合である。
ス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得
と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図12
は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図13は1.
48μm帯の励起光を用いた場合である。
ラス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利
得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図1
4は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図15は
1.48μm帯の励起光を用いた場合である。
ガラス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号
利得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図
16は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図17は
1.48μm帯の励起光を用いた場合である。
ス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得
と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図17
は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図18は1.
48μm帯の励起光を用いた場合である。
ス系ファイバで1.58μm帯が利得平坦時の信号利得
と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の関係を示す。図19
は0.98μm帯の励起光を用いた場合、図20は1.
48μm帯の励起光を用いた場合である。
では、通常15dB以上の信号利得が要求される。この
信号利得を実現するには、各図に示す直線と信号利得1
5dBの直線との交点によって求められる〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の値が、それ以上であればよい。すな
わち、1.58μm帯光ファイバ増幅器において、信号
利得15dB以上を得るための〔ファイバ長×Er添加
濃度〕は、 Er添加石英系ファイバ、0.98μm帯励起の場合 … 0.3×105 以上 Er添加石英系ファイバ、1.48μm帯励起の場合 … 0.6×105 以上 Er添加フッ化物系ファイバ、0.97μm帯励起の場合 … 0.1×105 以上 Er添加フッ化物系ファイバ、1.48μm帯励起の場合 … 0.2×105 以上 Er添加テルライトガラス系ファイバ、0.98μm帯励起の場合 … 0.005×105 以上 Er添加テルライトガラス系ファイバ、1.48μm帯励起の場合 … 0.01×105 以上 Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、0.98μm帯励起の場合 … 0.008×105 以上 Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、0.98μm帯励起の場合 … 0.015×105 以上 Er添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、0.98μm帯励起の場合 … 0.01×105 以上 Er添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、1.48μm帯励起の場合 … 0.02×105 以上 Er添加フツリン酸ガラス系ファイバ、0.98μm帯励起の場合 … 0.008×105 以上 Er添加フツリン酸ガラス系ファイバ、1.48μm帯励起の場合 … 0.015×105 以上 となる。これらの関係は、本発明によって初めて明確に
されたものである。
濃度〕の関係は、ファイバパラメータ(比屈折率差、カ
ットオフ波長)、Al添加濃度(Er添加石英系ファイ
バのみ)、コア/クラッド構造形成のためのドーパント
(Er添加石英系ファイバのみ)、ガラス組成(Er添
加フッ化物系ファイバのみ)、励起方法(前方励起、後
方励起、双方向励起)等により若干変動する。したがっ
て、励起方法やファイバパラメータ等によっては、信号
利得15dB以上を達成する〔ファイバ長×Er添加濃
度〕の最小値を上記の値以上に設定する必要がある。
光源2Aとして0.98または0.97μm帯の励起光
を発生する励起光源、励起光源2Bとして1.48μm
帯の励起光を発生する励起光源を用いる場合、または、
励起光源2Aとして1.48μm帯の励起光を発生する
励起光源、励起光源2Bとして0.98または0.97
μm帯の励起光を発生する励起光源を用いる場合では、
0.98μm帯あるいは0.97μm帯励起光源が主の
励起光源となり、1.48μm帯励起光源が副励起光源
となる場合があるため、Er添加石英系ファイバ、Er
添加フッ化物系ファイバ、Er添加テルライトガラス系
ファイバ、Er添加酸化物多成分ガラス系ファイバ、E
r添加カルコゲナイドガラス系ファイバ、Er添加フツ
リン酸ガラス系ファイバにおける1.58μm帯光ファ
イバ増幅器における信号利得15dB以上を得るための
〔ファイバ長×Er添加濃度〕は、各々のファイバにお
ける0.98μmあるいは0.97μm帯励起の条件に
準ずる。
た1.58μm帯光ファイバ増幅器における8波WDM
信号の各信号波長に対する信号利得を示す。各信号波長
は、1.570、1.574、1.578、1.58
2、1.586、1.594、1.600μmである。
ファイバ長は200m、比屈折率差は1.8%、カット
オフ波長は1.13μm、Al添加濃度は40000w
t.ppm、Er添加濃度は1000wt.ppm、励
起波長は1.48μm帯、励起系は図5に示す双方向励
起系を用いた。〔ファイバ長(m)×Er添加濃度(w
t.ppm)〕の値は2×105 である。
用いて構成した1.58μm帯光ファイバ増幅器におけ
る8波WDM信号の各信号波長に対する信号利得を示
す。各信号波長は、1.565、1.570、1.57
5、1.580、1.585、1.590、1.59
5、1.600μmである。ファイバ長は40m、比屈
折率差が2.5%、カットオフ波長は1.0μm、Er
添加濃度は1000wt.ppm、励起波長は1.48
μm帯、励起系は図5に示す双方向励起系を用いた。
〔ファイバ長(m)×Er添加濃度(wt.ppm)〕
の値は0.4×105である。
の利得偏差(WDM信号の各信号利得における最大信号
利得と最小信号利得の差)は、励起光強度を調整するこ
とにより小さくできることが分かる。また、いくつかの
WDM信号の増幅実験により、WDM信号における最大
波長の信号利得と最小波長の信号利得の差X(dB)
と、WDM信号の利得偏差Y(dB)との間には、 Y≒X+1 …(1) の関係があることが分かった。この関係は、Er添加テ
ルライトガラス系ファイバ、Er添加酸化物多成分ガラ
ス系ファイバ、Er添加カルコゲナイドガラス系ファイ
バ、Er添加フツリン酸ガラス系ファイバにおいても同
様に成り立つ。
石英系ファイバまたはEr添加フッ化物系ファイバを用
いた光ファイバ増幅器において、WDM信号の利得偏差
Yが2dB以内になるようにするには、WDM信号にお
ける最大波長の信号利得と最小波長の信号利得の差Xが
1dB以内になるように励起光強度を調整すればよいこ
とが分かる。すなわち、1.58μm帯光ファイバ増幅
器において、WDM信号における最大波長の信号利得と
最小波長の信号利得の差を1dB以下で使用すれば、利
得偏差が2dB以下となる実用的な1.58μm帯光フ
ァイバ増幅器を実現することができる。なお、本使用方
法は、Er添加石英系ファイバを用いた光ファイバ増幅
器では1.57〜1.60μmの波長域のWDM信号に
対して適用でき、Er添加フッ化物系ファイバを用いた
光ファイバ増幅器では1.565〜1.600μmの波
長域のWDM信号に対して適用でき、Er添加テルライ
トガラス系ファイバでは1.57〜1.60μmの波長
域のWDM信号に対して適用でき、Er添加酸化物多成
分ガラス系ファイバでは1.565〜1.60μmの波
長域のWDM信号に対して適用でき、Er添加カルコゲ
ナイドガラス系ファイバでは1.57〜1.60μmの
波長域のWDM信号に対して適用でき、Er添加フツリ
ン酸ガラス系ファイバでは1.57〜1.60μmの波
長域のWDM信号に対して適用できる。
よび利得偏差が実用レベルにある具体例を示す。ただ
し、これは例示であり、本発明の範囲を限定するもので
はない。
mの範囲で4〜8波のWDM信号を用いた。励起光源に
は、発振波長が0.98μm、0.97μm、1.48
μmの半導体レーザモジュールを用い、図3〜図5に示
す各励起系を用いた。WDM信号と励起光を合波する合
波器には、励起光波長が0.98μm、0.97μmの
場合にはファイバ型カプラを用い、1.48μmの場合
には誘電体多層膜により構成されたバルク型カプラを用
いた。光アイソレータには、逆方向挿入損が60dBの
ものを用いた。また、Er添加光ファイバは、次のもの
を用いた。 ファイバ1: Er添加石英系ファイバ 比屈折率差1.8%、カットオフ波長1.13μm、 Al添加濃度40000wt.ppm、 Er添加濃度1000wt.ppm ファイバ2: Er添加石英系ファイバ 比屈折率差0.7%、カットオフ波長0.8μm、 Al添加濃度10000wt.ppm、 Er添加濃度2000wt.ppm ファイバ3: Er添加フッ化物系ファイバ ガラス組成…Zr系フッ化物系ガラス (ZrF4 −HfF4 −BaF2 −PbF2 − LaF3 −YF3 −LiF−NaF) 比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.0μm、 Er添加濃度1000wt.ppm ファイバ4: Er添加フッ化物系ファイバ ガラス組成…In系フッ化系ガラス (InF3 −GaF3 −ZnF2 −BaF2 − SrF2 −PbF2 −LaF3 −YF3 −LiF NaF) 比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.1μm、 Er添加濃度500wt.ppm ファイバ5: Er添加フッ化物ファイバ ガラス組成…GaF3 /InF3 系フッ化物ガラス (GaF3 −InF3 −ZnF2 −PbF2 − LaF3 −YF3 ) 比屈折率差3.7%、カットオフ波長1.1μm、 Er添加濃度500wt.ppm ファイバ6: Er添加アルミノ珪酸塩ガラスファイバ 比屈折率差0.7%、カットオフ波長1.1μm、 Er添加濃度10000wt.ppm ファイバ7: Er添加リン酸塩ガラスファイバ 比屈折率差0.7%、カットオフ波長1.27μm、 Er添加濃度10000wt.ppm ファイバ8: Er添加フツリン酸ガラスファイバ 比屈折率差0.29%、カットオフ波長1.0μm、 Er添加濃度3300wt.ppm ファイバ9: Er添加テルライトガラスファイバ 比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.3μm、 Er添加濃度1000wt.ppm ファイバ10: Er添加カルコゲナイドガラスファイバ 比屈折率差3.7%、カットオフ波長1.1μm、 Er添加濃度2000wt.ppm
ファイバを用いた光ファイバ増幅器では、1.57〜
1.60μmの波長域にあるWDM信号について、Er
添加フッ化物系ファイバを用いた光ファイバ増幅器で
は、1.565〜1.60μmの波長域にあるWDM信
号について、Er添加酸化物多成分ガラスファイバ(E
r添加アルミノ珪酸塩ガラスファイバ、Er添加リン酸
塩ガラスファイバ)では、1.57〜1.60μmの波
長域にあるWDM信号について、Er添加フツリン酸ガ
ラスファイバでは、1.57〜1.60μmの波長域に
あるWDM信号について、Er添加カルコゲナイドガラ
スファイバでは、1.57〜1.60μmの波長域にあ
るWDM信号について、Er添加テルライトガラスファ
イバでは、1.565〜1.60μmの波長域にあるW
DM信号について、信号利得が15dB以上でかつ利得
偏差が2dB以内の実用レベルを実現することができ
る。すなわち、本発明の1.58μm帯光ファイバ増幅
器では、その波長域のWDM信号を平坦に増幅すること
ができる。
レーザを用いた例を示したが、チタンサファイヤレー
ザ、F−センタレーザの個体レーザ、Yb添加ファイバ
レーザ、Tm添加ファイバレーザを使用しても同様の効
果が得られた。また、Er添加フッ化物系ファイバのガ
ラス組成として、他のZr系、In系、GaF3 /I
nF3 系フッ化物ガラスを用いてもよい。
バ長(m)とエルビウム添加濃度(重量ppm)との積
である等価的ファイバ長が、前記励起光源の波長におい
て得られる信号利得が所定の実用基準値以上の信号利得
となる長さであるエルビウム添加ファイバを用いたの
で、広帯域化および利得平坦化が可能となる。
る。
イバ増幅器における1.58μm帯の増幅帯域を示すグ
ラフである。
本構成(前方励起系)を示すブロック図である。
本構成(後方励起系)を示すブロック図である。
本構成(双方向励起系)を示すブロック図である。
増幅帯域の変化の一例を示すグラフである。
増幅帯域の変化の一例を示すグラフである。
した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の
関係を示すグラフである。
した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃度〕の
関係を示すグラフである。
励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃
度〕の関係を示すグラフである。
励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×Er添加濃
度〕の関係を示すグラフである。
98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
0.98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
1.48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
0.98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
1.48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長
×Er添加濃度〕の関係を示すグラフである。
98μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
48μm帯励起した場合の信号利得と〔ファイバ長×E
r添加濃度〕の関係を示すグラフである。
m帯光ファイバ増幅器における8波WDM信号の各信号
波長に対する信号利得を示すグラフである。
μm帯光ファイバ増幅器における8波WDM信号の各信
号波長に対する信号利得を示すグラフである。
Claims (25)
- 【請求項1】 コア部またはクラッド部の少なくとも一
方にエルビウムを添加したエルビウム添加ファイバと、
該エルビウム添加ファイバを励起する励起光源と、該励
起光源からの励起光と1.58μm帯の波長域にある信
号光とを前記エルビウム添加ファイバに入射する光学手
段と、光アイソレータとを備えた光増幅器であって、 前記励起光源は、Erの4I11/2準位を励起する0.9
7μm帯励起光源、Erの4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源またはErの4I13/2準位を励起す
る1.48μm帯励起光源のいずれかであり、 前記エルビウム添加ファイバは、ファイバ長(m)とエ
ルビウム添加濃度(重量ppm)との積である等価的フ
ァイバ長が、前記励起光源の波長において得られる信号
利得が所定の実用基準値以上の信号利得となる長さであ
り、前記励起光源は、1.58μm帯の波長多重信号が利得
平坦となるような、前記等価的ファイバ長に対応した所
定の強度の励起光を供給する励起光源である ことを特徴
とする光増幅器。 - 【請求項2】 前記エルビウム添加ファイバは、Er添
加石英系ファイバ、Er添加多成分酸化物系ガラスファ
イバ、Er添加フツリン酸ガラスファイバ、Er添加テ
ルライト系ガラスファイバから選ばれ、前記所定の強度
の励起光は、1.570〜1.600μmの波長域にあ
る異なる複数の信号光における最大波長の信号利得と最
小波長の信号利得の差を1dB以下とする励起光である
ことを特徴とする請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項3】 前記エルビウム添加ファイバは、Er添
加フッ化物ファイバであり、前記所定の強度の励起光は、 1.565〜1.600μ
mの波長域にある異なる複数の信号光における最大波長
の信号利得と最小波長の信号利得の差を1dB以下とす
る励起光であることを特徴とする請求項1記載の光増幅
器。 - 【請求項4】 前記エルビウム添加ファイバは、等価的
ファイバ長が0.3×105 (m・重量ppm)以上で
あるEr添加石英系ファイバであり、前記励起光源はE
rの 4I11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源で
あることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項5】 前記エルビウム添加ファイバは、等価的
ファイバ長が0.6×105(m・重量ppm)以上で
あるEr添加石英系ファイバであり、前記励起光源はE
rの4I13/2準位を励起する1.48μm帯励起光源で
あることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項6】 前記エルビウム添加ファイバは、等価的
ファイバ長が0.1×105(m・重量ppm)以上で
あるEr添加フッ化物系ファイバであり、前記励起光源
はErの4I11/2準位を励起する0.97μm帯励起光
源であることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項7】 前記エルビウム添加ファイバは、等価的
ファイバ長が0.2×105(m・重量ppm)以上で
あるEr添加フッ化物系ファイバであり、前記励起光源
はErの4I13/2準位を励起する1.48μm帯励起光
源であることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項8】 前記エルビウム添加ファイバは、等価的
ファイバ長が0.005×105(m・重量ppm)以
上であるEr添加テルライトガラス系ファイバであり、
前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する0.98
μm帯励起光源であることを特徴とする請求項1記載の
光増幅器。 - 【請求項9】 前記エルビウム添加ファイバは、等価的
ファイバ長が0.01×105(m・重量ppm)以上
であるEr添加テルライトガラス系ファイバであり、前
記励起光源はErの4I13/2準位を励起する1.48μ
m帯励起光源であることを特徴とする請求項1記載の光
増幅器。 - 【請求項10】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.008×105(m・重量ppm)
以上であるEr添加多成分酸化物ガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源であることを特徴とする請求項1記
載の光増幅器。 - 【請求項11】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.015×105(m・重量ppm)
以上であるEr添加多成分酸化物ガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I13/2準位を励起する1.
48μm帯励起光源であることを特徴とする請求項1記
載の光増幅器。 - 【請求項12】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.01×105(m・重量ppm)以
上であるEr添加カルコゲナイドガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源であることを特徴とする請求項1記
載の光増幅器。 - 【請求項13】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.02×105(m・重量ppm)以
上であるEr添加カルコゲナイドガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I13/2準位を励起する1.
48μm帯励起光源であることを特徴とする請求項1記
載の光増幅器。 - 【請求項14】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.008×105(m・重量ppm)
以上であるEr添加フツリン酸ガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源であることを特徴とする請求項1記
載の光増幅器。 - 【請求項15】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.015×105(m・重量ppm)
以上であるEr添加フツリン酸ガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I13/2準位を励起する1.
48μm帯励起光源であることを特徴とする請求項1記
載の光増幅器。 - 【請求項16】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.3×105(m・重量ppm)以上
であるEr添加石英系ファイバであり、前記励起光源は
Erの4I11/2準位を励起する0.98μm帯励起光源
とErの4I13/2準位を励起する1.48μm帯励起光
源の両者を用いることを特徴とする請求項1記載の光増
幅器。 - 【請求項17】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.1×105(m・重量ppm)以上
であるEr添加フッ化物系ファイバであり、前記励起光
源はErの4I11/2準位を励起する0.97μm帯励起
光源とErの4I13/2準位を励起する1.48μm帯励
起光源の両者を用いることを特徴とする請求項1記載の
光増幅器。 - 【請求項18】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.005×105(m・重量ppm)
以上であるEr添加テルライトガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源とErの4I13/2準位を励起する
1.48μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とす
る請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項19】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.008×105(m・重量ppm)
以上であるEr添加酸化物多成分ガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源とErの4I13/2準位を励起する
1.48μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とす
る請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項20】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.01×105(m・重量ppm)以
上であるEr添加カルコゲナイドガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する
0.98μm帯励起光源とErの4I13/2準位を励
起する1.48μm帯励起光源の両者を用いることを特
徴とする請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項21】 前記エルビウム添加ファイバは、等価
的ファイバ長が0.008×105(m・重量ppm)
以上であるEr添加フツリン酸ガラス系ファイバであ
り、前記励起光源はErの4I11/2準位を励起する0.
98μm帯励起光源とErの4I13/2準位を励起する
1.48μm帯励起光源の両者を用いることを特徴とす
る請求項1記載の光増幅器。 - 【請求項22】 コア部またはクラッド部の少なくとも
一方にエルビウムを添加したエルビウム添加ファイバ
を、該エルビウム添加ファイバの励起に用いる励起光源
からの励起光により励起して、1.58μm帯の波長域
にある信号光を増幅する光増幅方法であって、ファイバ長(m)とエルビウム添加濃度(重量ppm)
との積である等価的ファイバ長が、前記励起光源の波長
において得られる信号利得が所定の実用基準値以上の信
号利得となる長さの前記エルビウム添加ファイバを、 Erの 4 I 11/2 準位を励起する0.97μm帯励起光
源、Erの 4 I 11/2 準位を励起する0.98μm帯励起
光源またはErの 4 I 13/2 準位を励起する1.48μm
帯励起光源のいずれかの前記励起光源の励起光であっ
て、1.58μm帯の波長多重信号が利得平坦となるよ
うな、前記等価的ファイバ長に対応した所定の強度の励
起光 により励起して、前記信号光を増幅することを特徴
とする光増幅方法。 - 【請求項23】 前記励起光の前記所定の強度は、前記
1.58μm帯の波長域にある複数の信号光における最
大波長の信号利得と最小波長の信号利得の差が1dB以
下となるように調整することを特徴とする請求項22記
載の光増幅方法。 - 【請求項24】 前記1.58μ帯の波長域が1.57
〜1.60μmの波長域であることを特徴とする請求項
22記載の光増幅方法。 - 【請求項25】 前記1.58μmの波長域が1.56
5〜1.60μmの波長域であることを特徴とする請求
項22記載の光増幅方法。
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