JP3325887B2 - 光導波体増幅器 - Google Patents
光導波体増幅器Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、光導波体増幅器に関し、特に第１の波長で
１次蛍光ピークに関係される３レベルのレーザ機構を供
給している活性材料によってドープされる光導波体を具
備している増幅器に関する。
１次蛍光ピークに関係される３レベルのレーザ機構を供
給している活性材料によってドープされる光導波体を具
備している増幅器に関する。
この明細書における用語“光”は、可視領域の各端部
の赤外線および紫外線領域の部分と共に可視領域として
一般的に知られ、光ファイバのような誘電性の光導波体
によって伝送される電磁スペクトルの部分に関するもの
である。
の赤外線および紫外線領域の部分と共に可視領域として
一般的に知られ、光ファイバのような誘電性の光導波体
によって伝送される電磁スペクトルの部分に関するもの
である。
３レベルレーザ機構は、顕著な熱的集群を有するエネ
ルギレベルあるいはそのようなレベルの帯域に近い状態
あるいはエネルギレベルである低いレーザレベルあるい
はレベル帯域（LLL）と、高いレーザレベルあるいはレ
ベル帯域（ULL）と、およびULLの底部よりも高いエネル
ギの１つ以上のポンプバンドを有する。このような機構
において、LLLバンドからULLバンドへの吸収は、反対方
向への転移によって得られる光量子の刺激された放射に
よる直接的な転移において生じる。
ルギレベルあるいはそのようなレベルの帯域に近い状態
あるいはエネルギレベルである低いレーザレベルあるい
はレベル帯域（LLL）と、高いレーザレベルあるいはレ
ベル帯域（ULL）と、およびULLの底部よりも高いエネル
ギの１つ以上のポンプバンドを有する。このような機構
において、LLLバンドからULLバンドへの吸収は、反対方
向への転移によって得られる光量子の刺激された放射に
よる直接的な転移において生じる。
レーザ転移に関連され、ポンプバンドに対応している
蛍光よりも短い波長の光ポンプを有するこのような増幅
器のポンピングは、LLLの原子分布の減少およびULLの原
子分布の増加を既知の形式によって生成する。ULLの部
分的原子分布はポンプパワーに依存し、与えられた信号
波長に対する増幅器の相対利得率はN2σ２（λ）−N1σ
１（λ）に比例し、ここでN1およびN2はLLLおよびULLの
部分的原子分布密度であり、σ１およびσ２は吸収およ
び放射断面である。
蛍光よりも短い波長の光ポンプを有するこのような増幅
器のポンピングは、LLLの原子分布の減少およびULLの原
子分布の増加を既知の形式によって生成する。ULLの部
分的原子分布はポンプパワーに依存し、与えられた信号
波長に対する増幅器の相対利得率はN2σ２（λ）−N1σ
１（λ）に比例し、ここでN1およびN2はLLLおよびULLの
部分的原子分布密度であり、σ１およびσ２は吸収およ
び放射断面である。
３レベルレーザ機構の導波体増幅器は蛍光スペクトル
の長波長尾部における波長で信号に利得を供給するが、
利得ピーク波長で増幅された自発性放射（ASE）と関連
される問題が存在する。
の長波長尾部における波長で信号に利得を供給するが、
利得ピーク波長で増幅された自発性放射（ASE）と関連
される問題が存在する。
この問題を解決するために、第１の波長で１次蛍光ピ
ークに関係される３レベルのレーザ転移を行う活性材料
によってドープされた光導波体を具備している光導波体
増幅器が開発され、それにおいては光導波体に第１の波
長よりも長い第２の波長で光ポンプパワーを供給するた
めに少なくとも第１の光ポンプソースが設けられる。
ークに関係される３レベルのレーザ転移を行う活性材料
によってドープされた光導波体を具備している光導波体
増幅器が開発され、それにおいては光導波体に第１の波
長よりも長い第２の波長で光ポンプパワーを供給するた
めに少なくとも第１の光ポンプソースが設けられる。
このように１次蛍光ピークの波長よりも長い波長で光
増幅器をポンピングすることによって、このピークの波
長における利得を低下させ、結果的におよびASEを減少
させることができる。
増幅器をポンピングすることによって、このピークの波
長における利得を低下させ、結果的におよびASEを減少
させることができる。
しかしながら、このような光増幅器では雑音を十分に
減少することが困難であることが認められた。
減少することが困難であることが認められた。
本発明の目的は、利得ピークで成長されるASEを抑制
するための能力を維持しながらそれらの優れた雑音減少
特性を有する光導波体電増幅器を提供することである この目的は、本発明の光導波体電増幅器によって達成
される。本発明は、第１の波長で１次蛍光ピークに関連
した３レベルレーザ転移を行う活性材料によってドープ
されている光導波体を具備する光導波体増幅器におい
て、光導波体は、前記第１の波長よりも長い第２の波長
の光ポンプパワーを供給するように構成されている第１
の光ポンプソースと、第１の波長よりも短い第３の波長
の光ポンプパワーを供給するように構成されている第２
の光ポンプソースとに結合されていることを特徴とす
る。
するための能力を維持しながらそれらの優れた雑音減少
特性を有する光導波体電増幅器を提供することである この目的は、本発明の光導波体電増幅器によって達成
される。本発明は、第１の波長で１次蛍光ピークに関連
した３レベルレーザ転移を行う活性材料によってドープ
されている光導波体を具備する光導波体増幅器におい
て、光導波体は、前記第１の波長よりも長い第２の波長
の光ポンプパワーを供給するように構成されている第１
の光ポンプソースと、第１の波長よりも短い第３の波長
の光ポンプパワーを供給するように構成されている第２
の光ポンプソースとに結合されていることを特徴とす
る。
本発明は、光ファイバ通信ネットワークを通って伝送
される光信号の増幅を行う場合に特に有効である。二酸
化珪素をベースとする光ファイバが使用される通信ネッ
トワークで使用する場合に、本発明の光導波体増幅器は
このようなネットワークに容易に組込まれるような二酸
化珪素をベースとする光ファイバを光導波体電として使
用することが好ましく、その光ファイバは希土類イオン
によってドープされる。例えば、Er3+イオンによってド
ープされるSiO2−Al2O3−GeO2光ファイバは、1.55μｍ
の通信窓における利得を与える。このような光増幅器
は、1.57μｍ乃至1.61μｍの最大有効スペクトル帯域幅
を達成している1.55μｍのポンプ波長に対してほぼ1.60
μｍ程度の波長領域において有効な利得を与えることが
認められている。
される光信号の増幅を行う場合に特に有効である。二酸
化珪素をベースとする光ファイバが使用される通信ネッ
トワークで使用する場合に、本発明の光導波体増幅器は
このようなネットワークに容易に組込まれるような二酸
化珪素をベースとする光ファイバを光導波体電として使
用することが好ましく、その光ファイバは希土類イオン
によってドープされる。例えば、Er3+イオンによってド
ープされるSiO2−Al2O3−GeO2光ファイバは、1.55μｍ
の通信窓における利得を与える。このような光増幅器
は、1.57μｍ乃至1.61μｍの最大有効スペクトル帯域幅
を達成している1.55μｍのポンプ波長に対してほぼ1.60
μｍ程度の波長領域において有効な利得を与えることが
認められている。
第１の波長よりも短い波長で光ポンプパワーを供給す
る第２の光ポンプソースを設けることによって、優れた
雑音低下特性が得られて、しかも、蛍光ピーク波長でAS
Eが増加するのを阻止する能力を維持することができ
る。二酸化珪素をベースとしたEr+3でドープされた光フ
ァイバ増幅器では、第２の光ポンプソースは約1.47μｍ
でポンプパワーを供給する半導体レーザであることが好
ましい。
る第２の光ポンプソースを設けることによって、優れた
雑音低下特性が得られて、しかも、蛍光ピーク波長でAS
Eが増加するのを阻止する能力を維持することができ
る。二酸化珪素をベースとしたEr+3でドープされた光フ
ァイバ増幅器では、第２の光ポンプソースは約1.47μｍ
でポンプパワーを供給する半導体レーザであることが好
ましい。
本発明は、特定な二酸化珪素をベースとするEr3+ドー
プレーザ機構に対する適用に限定されない。３レベルレ
ーザ機構を使用している他のドープされた導波体は、例
えば適当なドーパントによってドープされる平坦な二酸
化珪素あるいはニオブ酸リチウム導波体を使用すること
ができる。同様に、フッ化物ファイバのような別の光フ
ァイバホストあるいは例えばイッテルビウムのような別
の適当なドーパントが、本発明のポンピング機構に使用
されることができる。
プレーザ機構に対する適用に限定されない。３レベルレ
ーザ機構を使用している他のドープされた導波体は、例
えば適当なドーパントによってドープされる平坦な二酸
化珪素あるいはニオブ酸リチウム導波体を使用すること
ができる。同様に、フッ化物ファイバのような別の光フ
ァイバホストあるいは例えばイッテルビウムのような別
の適当なドーパントが、本発明のポンピング機構に使用
されることができる。
本発明による光導波体増幅器はまた、前記のように構
成されている第１の光導波体増幅器と第２の光導波体増
幅器とを組合わせて構成されることができる。その場合
に、第２の光導波体増幅器は第１の光導波体増幅器と同
じ活性材料によってドープされた導波体を具備し、第１
の波長よりも短い波長で光ポンプパワーを供給する第３
の光ポンプソースを備えている。この光導波体増幅器は
また第１および第２の光導波体増幅器のそれぞれに光信
号を結合する光結合手段と、第１および第２の光導波体
増幅器から出力される光信号を結合する光結合手段とを
備えている。
成されている第１の光導波体増幅器と第２の光導波体増
幅器とを組合わせて構成されることができる。その場合
に、第２の光導波体増幅器は第１の光導波体増幅器と同
じ活性材料によってドープされた導波体を具備し、第１
の波長よりも短い波長で光ポンプパワーを供給する第３
の光ポンプソースを備えている。この光導波体増幅器は
また第１および第２の光導波体増幅器のそれぞれに光信
号を結合する光結合手段と、第１および第２の光導波体
増幅器から出力される光信号を結合する光結合手段とを
備えている。
このような増幅器は、活性材料によってドープされる
単一のファイバ増幅器よりも広い帯域幅を有している複
合増幅器を提供する。
単一のファイバ増幅器よりも広い帯域幅を有している複
合増幅器を提供する。
本発明の別の特徴によれば、本発明による前述のよう
な光導波体増幅器を備えた光伝送システムが提供され、
そのシステムに対して第２の波長よりも長い波長を有す
る光信号ソースが結合される。
な光導波体増幅器を備えた光伝送システムが提供され、
そのシステムに対して第２の波長よりも長い波長を有す
る光信号ソースが結合される。
さらに別の本発明の特徴によれば、前述のような光導
波体増幅器を使用する光信号の増幅方法がていきょうさ
れる。その方法においては、本発明による光導波体増幅
器へ第１の波長で光信号を結合し、それと共に光ポンプ
ソースからポンプパワーを供給し、それにおいて、第１
の光ポンプソースから第１の波長よりも長い第２の波長
の光ポンプパワーを供給し、第２の光ポンプソースから
第１の波長よりも短い第３の波長の光ポンプパワーを供
給する。
波体増幅器を使用する光信号の増幅方法がていきょうさ
れる。その方法においては、本発明による光導波体増幅
器へ第１の波長で光信号を結合し、それと共に光ポンプ
ソースからポンプパワーを供給し、それにおいて、第１
の光ポンプソースから第１の波長よりも長い第２の波長
の光ポンプパワーを供給し、第２の光ポンプソースから
第１の波長よりも短い第３の波長の光ポンプパワーを供
給する。
本発明およびその動作は、添付図面に関する単なる例
示としての実施例によって説明されている。
示としての実施例によって説明されている。
図１は、研究された増幅形態を許容するように構成さ
れている光Er+3ドープファイバ増幅器の概略図であり、 図２は、図１のドープされたファイバの関連する吸収
および放射断面のグラフであり、 図３は、0.35の部分的反転に対する図１のドープされ
たファイバの相対利得スペクトルのグラフであり、 図４は、図１のファイバ増幅器における様々な長さの
ドープされたファイバの小信号利得スペクトルのグラフ
であり、 図５は、図１のファイバ増幅器における150mの長さの
ドープされたファイバの小信号利得のポンプパワーの依
存性を示しているグラフであり、 図６は、図１のファイバ増幅器における150mの長さの
ドープされたファイバの信号入力パワーに対する信号出
力パワーのグラフであり、 図７は、別のファイバ増幅器の概略図であり、 図８は、本発明の実施例のファイバ増幅器の概略図で
ある。
れている光Er+3ドープファイバ増幅器の概略図であり、 図２は、図１のドープされたファイバの関連する吸収
および放射断面のグラフであり、 図３は、0.35の部分的反転に対する図１のドープされ
たファイバの相対利得スペクトルのグラフであり、 図４は、図１のファイバ増幅器における様々な長さの
ドープされたファイバの小信号利得スペクトルのグラフ
であり、 図５は、図１のファイバ増幅器における150mの長さの
ドープされたファイバの小信号利得のポンプパワーの依
存性を示しているグラフであり、 図６は、図１のファイバ増幅器における150mの長さの
ドープされたファイバの信号入力パワーに対する信号出
力パワーのグラフであり、 図７は、別のファイバ増幅器の概略図であり、 図８は、本発明の実施例のファイバ増幅器の概略図で
ある。
図１を参照すると、光導波体増幅器２は、直径5.5μ
ｍのコアを有し、吸収ピーク（図２参照）が1.53μｍで
5.5dB/mの吸収に対応しているレベルまでEr3+イオンに
よってドープされている0.015のΔｎを有するSiO2−Al2
O3−GeO2光ファイバ４を含む。それは、0.01dB/m以下の
1.1μｍで測定される背景損失を有している。
ｍのコアを有し、吸収ピーク（図２参照）が1.53μｍで
5.5dB/mの吸収に対応しているレベルまでEr3+イオンに
よってドープされている0.015のΔｎを有するSiO2−Al2
O3−GeO2光ファイバ４を含む。それは、0.01dB/m以下の
1.1μｍで測定される背景損失を有している。
図２は、1.53μｍの蛍光ピークと関係した３レベルレ
ーザ転移機構に対する反転分布ではない（すなわち、ポ
ンピングされないファイバ）状態および十分な反転分布
状態における波長の関数としての相対吸収および放射断
面を示す。
ーザ転移機構に対する反転分布ではない（すなわち、ポ
ンピングされないファイバ）状態および十分な反転分布
状態における波長の関数としての相対吸収および放射断
面を示す。
“High−gain,broad spectral bandwidth erbium−do
ped fibre amplifire pumped near 1.5μｍ”と題され
るC.G.Atkins氏、J.F.Massicott氏、J.R.Armitage氏、
R.Wyatt氏、B.J.Ainslie氏およびS.P.Craig−Ryan氏ら
による1989年７月６日のエレクトロニクス・レター第25
巻、第14号の910乃至911頁の記述において論議されたよ
うに、任意の波長における強力なポンピングに対する最
大反転分布はポンプ波長における等しい吸収および放射
率を仮定している吸収および放射断面から計算される。
不完全な反転分布は、任意の与えられたファイバ長に対
して得られる利得のピーク値および利得スペクトルの形
の両方に影響を及ぼす。
ped fibre amplifire pumped near 1.5μｍ”と題され
るC.G.Atkins氏、J.F.Massicott氏、J.R.Armitage氏、
R.Wyatt氏、B.J.Ainslie氏およびS.P.Craig−Ryan氏ら
による1989年７月６日のエレクトロニクス・レター第25
巻、第14号の910乃至911頁の記述において論議されたよ
うに、任意の波長における強力なポンピングに対する最
大反転分布はポンプ波長における等しい吸収および放射
率を仮定している吸収および放射断面から計算される。
不完全な反転分布は、任意の与えられたファイバ長に対
して得られる利得のピーク値および利得スペクトルの形
の両方に影響を及ぼす。
本発明は、このような光ファイバ増幅器が適当な低い
部分的反転分布状態にあるとき、光ファイバ増幅器の動
作がピーク波長の利得を抑制しながらレーザ推移の蛍光
スペクトルの長い波長の尾部における波長の利得を与え
ることを発見し、特に、これは蛍光ピーク波長よりも長
い第２の波長で導波体をポンピングすることによって得
られることを発見した。この場合にピーク波長における
ASEを避けるための実際の部分的原子分布は、特定な導
波体およびドーパントに依存する。
部分的反転分布状態にあるとき、光ファイバ増幅器の動
作がピーク波長の利得を抑制しながらレーザ推移の蛍光
スペクトルの長い波長の尾部における波長の利得を与え
ることを発見し、特に、これは蛍光ピーク波長よりも長
い第２の波長で導波体をポンピングすることによって得
られることを発見した。この場合にピーク波長における
ASEを避けるための実際の部分的原子分布は、特定な導
波体およびドーパントに依存する。
図１を再び参照すると、NaCl:OHの結晶によって動作
し、1.45μｍ乃至1.65μｍに同調できる安定したNd:YAG
のカラーセンターレーザ６は、ドープされたファイバ導
波体４をポンピングするための光ポンプパワーを供給す
る。1.56μｍ乃至1.65μｍで同調できる外部空洞半導体
レーザ８は増幅される信号を供給するために使用され、
その信号（プローブ信号）はファイバ結合およびスプラ
イス接続によって結合された偏光に感応しない光アイソ
レータ12によって後続される正確な光減衰器10を通過さ
れる。ポンプおよびプローブ信号は、1.55μｍで生じる
最大のポンプ伝送および1.6μｍで生じる最大の信号伝
送の２色性のファイバカプラ14によって結合される。結
合されたポンプおよびプローブ信号は、モニタフォトダ
イオード18によってファイバ４の入力におけるポンプお
よびプローブパワーレベルの監視を可能にする予め較正
された１％のカプラタップ16によってドープされたファ
イバ４に結合される。
し、1.45μｍ乃至1.65μｍに同調できる安定したNd:YAG
のカラーセンターレーザ６は、ドープされたファイバ導
波体４をポンピングするための光ポンプパワーを供給す
る。1.56μｍ乃至1.65μｍで同調できる外部空洞半導体
レーザ８は増幅される信号を供給するために使用され、
その信号（プローブ信号）はファイバ結合およびスプラ
イス接続によって結合された偏光に感応しない光アイソ
レータ12によって後続される正確な光減衰器10を通過さ
れる。ポンプおよびプローブ信号は、1.55μｍで生じる
最大のポンプ伝送および1.6μｍで生じる最大の信号伝
送の２色性のファイバカプラ14によって結合される。結
合されたポンプおよびプローブ信号は、モニタフォトダ
イオード18によってファイバ４の入力におけるポンプお
よびプローブパワーレベルの監視を可能にする予め較正
された１％のカプラタップ16によってドープされたファ
イバ４に結合される。
ファイバ４からの出力信号は30dBの固定減衰率のファ
イバ減衰器20を通過し、光スペクトル分析器22において
測定される。
イバ減衰器20を通過し、光スペクトル分析器22において
測定される。
1.54μｍ乃至1.57μｍの範囲のポンプ波長の予備的な
最適化は、1.57乃至1.61μｍの最大のスペクトル帯域幅
を得るための最良の妥協として1.55μｍを示した。これ
は、以下の全ての測定に使用された。固定されたプロー
ブ波長を必要とする測定のために、1.6μｍが選択され
た。ファイバ４中に放射される最大のポンプパワーおよ
び信号パワーは、それぞれ160mWおよび0.1mW（−10dB
m）であった。残りのポンプパワーは常に10mWよりも小
さい。
最適化は、1.57乃至1.61μｍの最大のスペクトル帯域幅
を得るための最良の妥協として1.55μｍを示した。これ
は、以下の全ての測定に使用された。固定されたプロー
ブ波長を必要とする測定のために、1.6μｍが選択され
た。ファイバ４中に放射される最大のポンプパワーおよ
び信号パワーは、それぞれ160mWおよび0.1mW（−10dB
m）であった。残りのポンプパワーは常に10mWよりも小
さい。
図４は、140mWでポンピングされた150m、175mおよび2
00mのファイバに対して得られる小信号利得スペクトル
を示す。入力信号レベルは−28dBmに一定に保たれた。1
50mのファイバ４に関して、25dBより多い広帯域利得応
答が31dBの最大値を有して1.57μｍ乃至1.6μｍの範囲
で測定された。ファイバが短くなるときの短い波長にお
ける利得スペクトルのシフトは、ファイバにおける高い
部分的反転分布に一致している。しかしながら、予測さ
れたものよりも鋭い1.6μｍの波長における利得におけ
る長さに無関係なカットオフが認められ、励起された状
態の吸収測定に一致している。
00mのファイバに対して得られる小信号利得スペクトル
を示す。入力信号レベルは−28dBmに一定に保たれた。1
50mのファイバ４に関して、25dBより多い広帯域利得応
答が31dBの最大値を有して1.57μｍ乃至1.6μｍの範囲
で測定された。ファイバが短くなるときの短い波長にお
ける利得スペクトルのシフトは、ファイバにおける高い
部分的反転分布に一致している。しかしながら、予測さ
れたものよりも鋭い1.6μｍの波長における利得におけ
る長さに無関係なカットオフが認められ、励起された状
態の吸収測定に一致している。
図５は、150mの長さのファイバ４の小信号利得のポン
プパワーの依存性を示す。曲線は、80mWよりも大きい発
射されたポンプパワーに対して直線から外れる。これ
は、増幅された自発性の放射による利得飽和の結果であ
る。この最適点において、ポンプの1mWにつき0.33dBの
利得が得られる。
プパワーの依存性を示す。曲線は、80mWよりも大きい発
射されたポンプパワーに対して直線から外れる。これ
は、増幅された自発性の放射による利得飽和の結果であ
る。この最適点において、ポンプの1mWにつき0.33dBの
利得が得られる。
140mWのポンプパワーの入力パワーに対する信号出力
が図６に示される。利得飽和は、−18dBmの信号入力レ
ベルで生じ始める。入射された最大の信号に対して利得
は25dBであり、160mWの増加したポンプパワーに対して4
5mWの出力信号が得られた。
が図６に示される。利得飽和は、−18dBmの信号入力レ
ベルで生じ始める。入射された最大の信号に対して利得
は25dBであり、160mWの増加したポンプパワーに対して4
5mWの出力信号が得られた。
上記の特性は、1.55μｍでポンピングすることによっ
て1.57μｍ乃至1.61μｍの間の25dB以上の小信号利得を
得る1.6μｍの広帯域増幅器としてEr3+でドープされた
二酸化珪素ファイバの使用を示している。
て1.57μｍ乃至1.61μｍの間の25dB以上の小信号利得を
得る1.6μｍの広帯域増幅器としてEr3+でドープされた
二酸化珪素ファイバの使用を示している。
図７を参照すると、光ファイバ増幅器は、図１の光導
波体電増幅器におけるような1.55μｍの光ポンプソース
によってポンピングされるEr3+でドープされた二酸化珪
素をベースとした光ファイバ増幅器32と並列な既知の方
法によって1.55μｍの増幅に最適化されたEr3+でドープ
された二酸化珪素をベースとした光ファイバ増幅器30を
備えている。光信号ソース34は、光ファイバカプラ36に
よって増幅器30および32に結合されている。各増幅器30
および32によって増幅される信号は光カプラ38によって
結合され、カプラ38に接続されるファイバ40に沿って伝
送される。図７の装置は、波長分割多重化システムにお
ける増幅に適当な約70nmの帯域幅を提供する。
波体電増幅器におけるような1.55μｍの光ポンプソース
によってポンピングされるEr3+でドープされた二酸化珪
素をベースとした光ファイバ増幅器32と並列な既知の方
法によって1.55μｍの増幅に最適化されたEr3+でドープ
された二酸化珪素をベースとした光ファイバ増幅器30を
備えている。光信号ソース34は、光ファイバカプラ36に
よって増幅器30および32に結合されている。各増幅器30
および32によって増幅される信号は光カプラ38によって
結合され、カプラ38に接続されるファイバ40に沿って伝
送される。図７の装置は、波長分割多重化システムにお
ける増幅に適当な約70nmの帯域幅を提供する。
上述したような光導波体増幅器は、一般に最適な雑音
特性を有していない。準安定の上部レーザレベルに直接
ポンピングされる３レベルの転移機構の雑音指数はポン
プ波長に依存する。最小値は次式における高いポンプパ
ワーに対して得られる。
特性を有していない。準安定の上部レーザレベルに直接
ポンピングされる３レベルの転移機構の雑音指数はポン
プ波長に依存する。最小値は次式における高いポンプパ
ワーに対して得られる。
Fmin＝2/（１−（Rpump/Rsignal）） ここでRpumpおよびRsignalは、それぞれポンプおよび
信号波長における吸収断面の放射率である。
信号波長における吸収断面の放射率である。
1.47μｍのＲ値は、図１のSiO2−Al2O3−GeO2におい
ては、1.55μｍでは典型的に0.34であり、1.55μｍでは
典型的に1.7であり、1.58μｍでは典型的に３である。
1.55μｍの信号を増幅する1.47μｍでポンピングされた
増幅器に対して雑音指数の式を使用すると、3.9dBの理
論的に最小の雑音指数が得られ、1.58μｍの信号を増幅
する1.55μｍポンピングされた増幅器を得る場合、6.6d
Bの値が得られ、この場合は明らかに悪化している。こ
れは、信号波長に対するポンプ波長の非常に近く接近し
ているためである。この接近は前述のような光導波体電
増幅器においては適当な調整された利得スペクトルを得
ることを可能にするが、それと同時に利得ピークに近い
レーザ作用およびASEを抑制することが必要である。1.4
7μｍポンピングされた1.58μｍ増幅器は、利得ピーク
でASEの効果を抑制する方法が発見される場合、3.3dBの
雑音指数にすることができる。
ては、1.55μｍでは典型的に0.34であり、1.55μｍでは
典型的に1.7であり、1.58μｍでは典型的に３である。
1.55μｍの信号を増幅する1.47μｍでポンピングされた
増幅器に対して雑音指数の式を使用すると、3.9dBの理
論的に最小の雑音指数が得られ、1.58μｍの信号を増幅
する1.55μｍポンピングされた増幅器を得る場合、6.6d
Bの値が得られ、この場合は明らかに悪化している。こ
れは、信号波長に対するポンプ波長の非常に近く接近し
ているためである。この接近は前述のような光導波体電
増幅器においては適当な調整された利得スペクトルを得
ることを可能にするが、それと同時に利得ピークに近い
レーザ作用およびASEを抑制することが必要である。1.4
7μｍポンピングされた1.58μｍ増幅器は、利得ピーク
でASEの効果を抑制する方法が発見される場合、3.3dBの
雑音指数にすることができる。
利得ピークで成長されるASEを抑制するための能力を
維持しながらそれらの優れた雑音特性を有する短いポン
ピング波長の利益を得るために本発明は上述のような光
導波体電増幅器において２つのポンプ波長を利用するこ
とを特徴としている。例えば1.47μｍの第１のポンプは
強力なポンプであり、1.58μｍの信号に対して数dBの低
い雑音利得を与える。第２のポンプは約1.55μｍであ
り、ファイバ入力において0.1mW乃至1mWのパワーを有す
る。３レベルレーザ機構の蛍光ピークよりも短い波長の
1.47μｍのポンプは、ファイバが1.58μｍ信号の利得よ
りも高い利得を有するこの1.55μｍの第２のポンピング
のためのポンプとして動作する。ファイバの下流の距離
に従って、増幅された1.55μｍの２次ポンプは１次ポン
プからのパワーを消耗させ、利得ピークのASEの増加を
阻止する。２次ポンプへのパワーの転移は非常に効果的
で、増幅された1.55μｍの光は1.58μｍの信号の新しい
１次ポンプとして動作する。この信号は高いレベルにあ
るため、近接したポンプ波長からの雑音ペナルティは影
響が小さい。このポンピング機構は、組込まれた低雑音
の前置増幅器として1.47μｍでポンピングされるファイ
バの前端部を効果的に利用する。この方法によって低雑
音で高利得の結合された利益が得られる。
維持しながらそれらの優れた雑音特性を有する短いポン
ピング波長の利益を得るために本発明は上述のような光
導波体電増幅器において２つのポンプ波長を利用するこ
とを特徴としている。例えば1.47μｍの第１のポンプは
強力なポンプであり、1.58μｍの信号に対して数dBの低
い雑音利得を与える。第２のポンプは約1.55μｍであ
り、ファイバ入力において0.1mW乃至1mWのパワーを有す
る。３レベルレーザ機構の蛍光ピークよりも短い波長の
1.47μｍのポンプは、ファイバが1.58μｍ信号の利得よ
りも高い利得を有するこの1.55μｍの第２のポンピング
のためのポンプとして動作する。ファイバの下流の距離
に従って、増幅された1.55μｍの２次ポンプは１次ポン
プからのパワーを消耗させ、利得ピークのASEの増加を
阻止する。２次ポンプへのパワーの転移は非常に効果的
で、増幅された1.55μｍの光は1.58μｍの信号の新しい
１次ポンプとして動作する。この信号は高いレベルにあ
るため、近接したポンプ波長からの雑音ペナルティは影
響が小さい。このポンピング機構は、組込まれた低雑音
の前置増幅器として1.47μｍでポンピングされるファイ
バの前端部を効果的に利用する。この方法によって低雑
音で高利得の結合された利益が得られる。
この２重のポンピング機構を利用している本発明の実
施例は図８に示され、それにおけるEr3+でドープされた
SiO2−Al2O3−GeO2の光ファイバ52は1.55μｍおよび1.4
7μｍのソース54および56の両方によってポンピングさ
れ、その出力は光ファイバカプラ58によって結合され
る。結合された出力および光信号ソース62は、別の光フ
ァイバカプラ60によってファイバに結合される。誘電体
の２色性ビーム結合器は、増加された挿入損失のかなり
の費用で平坦なパスバンドを得るためにカプラ58および
60の代りに使用されることができる。
施例は図８に示され、それにおけるEr3+でドープされた
SiO2−Al2O3−GeO2の光ファイバ52は1.55μｍおよび1.4
7μｍのソース54および56の両方によってポンピングさ
れ、その出力は光ファイバカプラ58によって結合され
る。結合された出力および光信号ソース62は、別の光フ
ァイバカプラ60によってファイバに結合される。誘電体
の２色性ビーム結合器は、増加された挿入損失のかなり
の費用で平坦なパスバンドを得るためにカプラ58および
60の代りに使用されることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイアット、リチャード イギリス国、アイピー11・９イージェ イ、サフォーク、フェリックスストウ、 マーガレット・ストリート 42 (72)発明者 マシコット、ジェニファー・フランセー ズ イギリス国、アイピー４・１エヌゼッ ト、サフォーク、イプスウイッチ、グロ ーブ・レーン 89ビー (56)参考文献 特開 平３−217063（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30
Claims (6)
- 【請求項１】最大の蛍光ピークの波長である第１の波長
で、その蛍光ピークに関連した３レベルレーザ転移を行
う活性材料によってドープされている光導波体を具備す
る光導波体増幅器において、 前記光導波体は、 （ｉ）前記第１の波長よりも長い第２の波長の光ポンプ
パワーを供給するように構成されている第１の光ポンプ
ソースと、 （ii）第１の波長よりも短い第３の波長の光ポンプパワ
ーを供給するように構成されている第２の光ポンプソー
スとに結合されていることを特徴とする光導波体増幅
器。 - 【請求項２】光導波体がドープされたSiO2−Al2O3−GeO
2光ファイバにより構成され、活性材料がEr3+である請
求項１記載の光導波体増幅器。 - 【請求項３】第１の光ポンプソースが約1.55μｍの波長
のポンプパワーを供給する半導体レーザであり、第２の
光ポンプソースが約1.47μｍの波長のポンプパワーを供
給する半導体レーザである請求項１または２記載の光導
波体増幅器。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項記載の構成
を備えている第１の光導波体増幅器と、 この第１の光導波体増幅器と同じ活性材料によってドー
プされている光導波体を備え、第１の波長よりも短い波
長の光ポンプパワーを供給する第３の光ポンプソースを
含んでいる第２の光導波体増幅器と、 第１および第２の光導波体増幅器のそれぞれ１つに光信
号の一部分を結合する光カプラ手段と、 第１および第２の光導波体増幅器に沿った伝播後に光信
号の両部分を結合する光結合手段とを具備している光導
波体増幅器。 - 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項記載の光導
波体増幅器を具備し、さらに第２の波長よりも長い第４
の波長を有する光信号ソースが結合されているている光
伝送システム。 - 【請求項６】最大蛍光ピーク波長である第１の波長で、
その蛍光ピークに関連した３レベルレーザ転移を行う活
性材料によってドープされている光導波体を備え、この
光導波体が、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光
ポンプパワーを供給する第１の光ポンプソースと、第１
の波長よりも短い第３の波長の光ポンプパワーを供給す
る第２の光ポンプソースとに結合されている光導波体増
幅器に光信号を結合し、この結合される光信号は、第１
の光ポンプソースから供給される光ポンプパワーの波長
である第２の波長よりも長い波長を有している光信号の
増幅方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB909016181A GB9016181D0 (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Optical waveguide amplifier |
| GB9016181.1 | 1990-07-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05509202A JPH05509202A (ja) | 1993-12-16 |
| JP3325887B2 true JP3325887B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=10679541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51224791A Expired - Lifetime JP3325887B2 (ja) | 1990-07-24 | 1991-07-18 | 光導波体増幅器 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0540602B1 (ja) |
| JP (1) | JP3325887B2 (ja) |
| AT (1) | ATE133518T1 (ja) |
| AU (1) | AU644893B2 (ja) |
| CA (1) | CA2086549C (ja) |
| DE (1) | DE69116693T2 (ja) |
| ES (1) | ES2082215T3 (ja) |
| GB (1) | GB9016181D0 (ja) |
| HK (1) | HK110997A (ja) |
| WO (1) | WO1992002061A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05347449A (ja) * | 1992-06-12 | 1993-12-27 | Ando Electric Co Ltd | 信号光及び信号光と波長の違う連続光を増幅する光増幅器 |
| NL9500069A (nl) * | 1995-01-13 | 1996-08-01 | Nederland Ptt | Optisch transmissiesysteem. |
| JP4036489B2 (ja) * | 1995-08-23 | 2008-01-23 | 富士通株式会社 | 波長多重信号を光増幅する光増幅器を制御するための方法と装置 |
| US6212310B1 (en) | 1996-10-22 | 2001-04-03 | Sdl, Inc. | High power fiber gain media system achieved through power scaling via multiplexing |
| US6122298A (en) * | 1996-11-01 | 2000-09-19 | Tyco Submarine Systems Ltd. | Multi-wavelength optical pump |
| US5936763A (en) * | 1996-11-15 | 1999-08-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical fiber amplifier, semiconductor laser module for pumping and optical signal communication system |
| EP0848463A3 (en) * | 1996-12-11 | 1999-07-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical fibre amplifier and optical amplification method |
| US6052393A (en) * | 1996-12-23 | 2000-04-18 | The Regents Of The University Of Michigan | Broadband Sagnac Raman amplifiers and cascade lasers |
| JP4063908B2 (ja) * | 1997-01-29 | 2008-03-19 | 富士通株式会社 | 光源装置、光増幅器及び光通信システム |
| US5847865A (en) * | 1997-02-18 | 1998-12-08 | Regents Of The University Of Minnesota | Waveguide optical amplifier |
| JP3860278B2 (ja) | 1997-03-13 | 2006-12-20 | 富士通株式会社 | 遠隔励起方式の波長多重光伝送システム |
| JP3808632B2 (ja) | 1998-06-18 | 2006-08-16 | 富士通株式会社 | 光増幅器及び光増幅方法 |
| US6344922B1 (en) | 1998-07-21 | 2002-02-05 | Corvis Corporation | Optical signal varying devices |
| US6839522B2 (en) | 1998-07-21 | 2005-01-04 | Corvis Corporation | Optical signal varying devices, systems and methods |
| US6556346B1 (en) | 1998-09-22 | 2003-04-29 | Corning O.T.I.Spa | Optical amplifying unit and optical transmission system |
| US6587261B1 (en) * | 1999-05-24 | 2003-07-01 | Corvis Corporation | Optical transmission systems including optical amplifiers and methods of use therein |
| KR100334789B1 (ko) | 1999-07-22 | 2002-05-02 | 윤종용 | 피드 백 루프를 이용한 광학 소자 측정용 광대역 광원 |
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| US6407853B1 (en) * | 1999-10-29 | 2002-06-18 | Corning Incorporated | Broadhead dual wavelength pumped fiber amplifier |
| WO2001064010A2 (en) | 2000-03-03 | 2001-09-07 | Optical Technologies Italia S.P.A | Optical amplifier and optical transmission system |
| US6344925B1 (en) | 2000-03-03 | 2002-02-05 | Corvis Corporation | Optical systems and methods and optical amplifiers for use therein |
| JP2001274494A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光増幅装置 |
| US6587633B2 (en) | 2000-03-30 | 2003-07-01 | Corning Oti, Inc. | Active optical fibre doped with rare earth elements |
| US6456637B1 (en) * | 2000-05-30 | 2002-09-24 | Lucent Technologies Inc. | Waveguide lasers and optical amplifiers having enhanced thermal stability |
| KR20010111163A (ko) * | 2000-06-08 | 2001-12-17 | 오길록 | 1530㎚ 파장대역의 광원으로 여기된 장파장대역 에르븀첨가 광섬유 증폭기 |
| US6816513B2 (en) | 2001-04-02 | 2004-11-09 | Apollo Instruments, Inc. | High power high efficiency cladding pumping fiber laser |
| US7038840B1 (en) * | 2003-06-17 | 2006-05-02 | Sprint Communications Company L.P. | Discrete Raman fiber oscillator |
| US7181119B2 (en) * | 2003-09-05 | 2007-02-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optically amplifying waveguide, optical amplifier module, and optical communication system |
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| US7940453B2 (en) | 2006-08-07 | 2011-05-10 | Pyrophotonics Lasers Inc. | Fiber amplifiers and fiber lasers with reduced out-of-band gain |
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-
1990
- 1990-07-24 GB GB909016181A patent/GB9016181D0/en active Pending
-
1991
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