JP3461358B2 - ドープされた活性光ファイバを有する光増幅器 - Google Patents
ドープされた活性光ファイバを有する光増幅器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、活性ファイバによる高
振幅率の光パワー増幅器に関する。
振幅率の光パワー増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを有する通信回線を介しての
長距離信号伝送では、同一信号が十分なレベルで受信ス
テーションに到達して確認と利用が可能なことが必要で
ある。光ファイバの伝搬には信号光の減衰があるので、
数十又は数百キロメータ離れた受信ステーションで十分
な信号レベルを得るためには、光ファイバに最初に導入
される信号ができる限り高いレベルでなければならな
い。
長距離信号伝送では、同一信号が十分なレベルで受信ス
テーションに到達して確認と利用が可能なことが必要で
ある。光ファイバの伝搬には信号光の減衰があるので、
数十又は数百キロメータ離れた受信ステーションで十分
な信号レベルを得るためには、光ファイバに最初に導入
される信号ができる限り高いレベルでなければならな
い。
【０００３】しかし、伝送信号の発生に用いられるレー
ザは、数mWを超えない程度に限定されたパワーを有す
る。ところが、より強力なレーザは、このような信号を
発生することができない。従って、我々にとってはパワ
ー増幅器を用い、レーザが発生した信号を受信し、かつ
所望のレベルまで増幅することが急務である。
ザは、数mWを超えない程度に限定されたパワーを有す
る。ところが、より強力なレーザは、このような信号を
発生することができない。従って、我々にとってはパワ
ー増幅器を用い、レーザが発生した信号を受信し、かつ
所望のレベルまで増幅することが急務である。
【０００４】特定の物質、例えば希土類のイオンにより
ドープされたコアを有する光ファイバは、光増幅器とし
て用いるのに適した誘導放出特性を示すことが知られて
いる。
ドープされたコアを有する光ファイバは、光増幅器とし
て用いるのに適した誘導放出特性を示すことが知られて
いる。
【０００５】実際において、このような光ファイバに
「ポンピング源」と呼ばれる光源からドーピング物質の
吸収スペクトルのピークに対応した特定の波長で光を送
り込むことができる。この波長はドーピング物質の原子
を励起エネルギ状態、即ちポンピング帯域に持って来る
ことができ、前記原子はこのエネルギ状態から非常に短
い時間でレーザ出力状態に自発的に消滅して、このレー
ザ出力状態で比較的に長い時間留まることができる。
「ポンピング源」と呼ばれる光源からドーピング物質の
吸収スペクトルのピークに対応した特定の波長で光を送
り込むことができる。この波長はドーピング物質の原子
を励起エネルギ状態、即ちポンピング帯域に持って来る
ことができ、前記原子はこのエネルギ状態から非常に短
い時間でレーザ出力状態に自発的に消滅して、このレー
ザ出力状態で比較的に長い時間留まることができる。
【０００６】放射レベルで励起状態にある多数の原子を
有する光ファイバがこのようなレーザ放出状態に対応す
る波長を有する信号光と交差すると、この信号光が励起
されている原子を，その信号光と同一波長を有する光を
放出して更に低いレベルに遷移させる。従って、この種
の光ファイバを光信号の増幅に用いることができる。レ
ーザ放射ドーパントとしてエルビウム用いた特殊な光増
幅器は、周知である。この光増幅器は、約1550nmの蛍光
を用いて光信号の減衰の観点から回線の光ファイバの最
良の伝送特性となる領域で信号を増幅する。
有する光ファイバがこのようなレーザ放出状態に対応す
る波長を有する信号光と交差すると、この信号光が励起
されている原子を，その信号光と同一波長を有する光を
放出して更に低いレベルに遷移させる。従って、この種
の光ファイバを光信号の増幅に用いることができる。レ
ーザ放射ドーパントとしてエルビウム用いた特殊な光増
幅器は、周知である。この光増幅器は、約1550nmの蛍光
を用いて光信号の減衰の観点から回線の光ファイバの最
良の伝送特性となる領域で信号を増幅する。
【０００７】エルビウムによりドープされた光ファイバ
を用いる光パワー増幅器は「1989年ECOC学会報告(光通
信に関するヨーロッパ学会）」の第42頁〜第43頁により
記載されている。このような文献は、ゲルマニウム及び
エルビウムによりドープされた石英ファイバを用い、53
2nmに対して周波数が2倍のレーザNd-YAGにより励起され
たパワー増幅器を説明している。
を用いる光パワー増幅器は「1989年ECOC学会報告(光通
信に関するヨーロッパ学会）」の第42頁〜第43頁により
記載されている。このような文献は、ゲルマニウム及び
エルビウムによりドープされた石英ファイバを用い、53
2nmに対して周波数が2倍のレーザNd-YAGにより励起され
たパワー増幅器を説明している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような増
幅器は、最大理論効率から掛け離れた20％にも満たない
非常に低い増幅効率（供給された励起パワーと出力にお
ける伝送信号のパワーとの間の比を考えたときに）しか
示さない。
幅器は、最大理論効率から掛け離れた20％にも満たない
非常に低い増幅効率（供給された励起パワーと出力にお
ける伝送信号のパワーとの間の比を考えたときに）しか
示さない。
【０００９】ヨーロッパ特許公開公報第0345957号は公
知である。この場合に、光の案内に適した屈折率プロフ
ァイルを得るために用いるドーパントは、Al2O3であ
る。この光ファイバは514.5nmで励起された光増幅器に
適している。
知である。この場合に、光の案内に適した屈折率プロフ
ァイルを得るために用いるドーパントは、Al2O3であ
る。この光ファイバは514.5nmで励起された光増幅器に
適している。
【００１０】前記ヨーロッパ特許出願第0345957号によ
れば、AL/Er型の光ファイバは、指摘された514.5nmの波
長で励起されると、従来のGe/Er光ファイバにとり好ま
しい結果となる。何故ならば、 励起状態において、Ge/
Er光ファイバ内にこのような波長で発生する吸収現象が
避けられるためである。
れば、AL/Er型の光ファイバは、指摘された514.5nmの波
長で励起されると、従来のGe/Er光ファイバにとり好ま
しい結果となる。何故ならば、 励起状態において、Ge/
Er光ファイバ内にこのような波長で発生する吸収現象が
避けられるためである。
【００１１】一方、高い増幅効率を得るために、比較的
に高い励起波長を用いるのが都合が良く、特に980nmの
波長が有用である。なぜならば、パワー増幅器における
増幅効率はほぼ励起波長に比例しているからである。
に高い励起波長を用いるのが都合が良く、特に980nmの
波長が有用である。なぜならば、パワー増幅器における
増幅効率はほぼ励起波長に比例しているからである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、比較的
に高い励起波長、ほぼ520nm以上に対応して高い増幅効
率を有するパワー増幅器を提供することにある。
に高い励起波長、ほぼ520nm以上に対応して高い増幅効
率を有するパワー増幅器を提供することにある。
【００１３】本発明は、光ファイバにより通信回線に接
続されると共に、関連するダイクロイック・カップラー
を介して励起レーザから光が送り込まれ、蛍光ドーパン
トとして屈折率を修正するドーパント及びエルビウムを
含むドープされた活性光ファイバを有し、蛍光ドーパン
トの誘導放出用の飽和条件で動作に適した光パワー増幅
器に関し、前記活性光ファイバの屈折率変更ドーパント
がAl2O3であることを特徴とする。
続されると共に、関連するダイクロイック・カップラー
を介して励起レーザから光が送り込まれ、蛍光ドーパン
トとして屈折率を修正するドーパント及びエルビウムを
含むドープされた活性光ファイバを有し、蛍光ドーパン
トの誘導放出用の飽和条件で動作に適した光パワー増幅
器に関し、前記活性光ファイバの屈折率変更ドーパント
がAl2O3であることを特徴とする。
【００１４】前記活性ファイバに接続された励起レーザ
の波長は、ほぼ520nmより長く、好ましいものとして520
nmに等しい。
の波長は、ほぼ520nmより長く、好ましいものとして520
nmに等しい。
【００１５】光ファイバにおけるエルビウムの濃度は、
Er2O3の重量で表わすと、30ppmと2000ppmとの間にあ
り、好ましいものとして30ppmと1000ppmとの間である。
Er2O3の重量で表わすと、30ppmと2000ppmとの間にあ
り、好ましいものとして30ppmと1000ppmとの間である。
【００１６】活性光ファイバの全部分内で高い励起パワ
ーを得るために、励起波長ではない伝送信号の波長のと
きに活性光ファイバを単一モード状態にすることができ
る。他の実施例として、ダイクロイック・カップラーに
よる励起レーザの接続損失を減少させるために、伝送信
号の波長及び励起波長で活性光ファイバを単一モードと
することができる。
ーを得るために、励起波長ではない伝送信号の波長のと
きに活性光ファイバを単一モード状態にすることができ
る。他の実施例として、ダイクロイック・カップラーに
よる励起レーザの接続損失を減少させるために、伝送信
号の波長及び励起波長で活性光ファイバを単一モードと
することができる。
【００１７】好ましい実施例において、本発明による光
パワー増幅器は、前記活性光ファイバに向けて励起レー
ザにより放射されたパワー光の入力方向に向けた各ダイ
クロイック・カップラーを介して前記活性光ファイバの
２端に接続された２つの励起レーザを備えている。
パワー増幅器は、前記活性光ファイバに向けて励起レー
ザにより放射されたパワー光の入力方向に向けた各ダイ
クロイック・カップラーを介して前記活性光ファイバの
２端に接続された２つの励起レーザを備えている。
【００１８】更に詳細については、添付された図面を参
照して、以下の本発明の説明から理解することができ
る。
照して、以下の本発明の説明から理解することができ
る。
【００１９】
【実施例】図１に概要的に示す光ファイバを備えた通信
回線は、伝送信号を送出するステーション１と、ステー
ション１に入力された信号を長距離伝送するのに適した
光ファイバ回線２と、信号が着信する受信ステーション
３とを備えている。
回線は、伝送信号を送出するステーション１と、ステー
ション１に入力された信号を長距離伝送するのに適した
光ファイバ回線２と、信号が着信する受信ステーション
３とを備えている。
【００２０】光ファイバ内の長い経路のために光ファイ
バ内で避けることができない減衰にも拘わらず、ステー
ション１から数十数百キロメートル遠方に配置された受
信ステーション３に到達させるのに十分な初期パワー・
レベルを有し、そこに配置された受信装置の感度にとっ
て受け入れ可能なパワー・レベルを有する光信号を光フ
ァイバ回線２に導入させるために、ステーション１内に
存在するレーザ放射器が発生した光信号は、パワー増幅
器４により便宜的に増幅される。
バ内で避けることができない減衰にも拘わらず、ステー
ション１から数十数百キロメートル遠方に配置された受
信ステーション３に到達させるのに十分な初期パワー・
レベルを有し、そこに配置された受信装置の感度にとっ
て受け入れ可能なパワー・レベルを有する光信号を光フ
ァイバ回線２に導入させるために、ステーション１内に
存在するレーザ放射器が発生した光信号は、パワー増幅
器４により便宜的に増幅される。
【００２１】実際には、光ファイバの伝送特性が最良と
なる波長、即ちほぼ１５００〜１６００ｎｍのいわゆる
第３の窓に対応する波長で動作する伝送信号を発生する
ために利用可能なレーザは、モジュール化が可能でかつ
良好なパフォーマンスを有する半導体レーザである。し
かし、このようなレーザは約3dB(約5mW)を超えることの
ない、いくらか低いレベルの出力信号レベルを有する。
このために、これらのレーザが発生する出力信号は適当
に高いレベル、例えば最大１５〜２０ｄＢｍまで増幅さ
れてから回線に導入される。
なる波長、即ちほぼ１５００〜１６００ｎｍのいわゆる
第３の窓に対応する波長で動作する伝送信号を発生する
ために利用可能なレーザは、モジュール化が可能でかつ
良好なパフォーマンスを有する半導体レーザである。し
かし、このようなレーザは約3dB(約5mW)を超えることの
ない、いくらか低いレベルの出力信号レベルを有する。
このために、これらのレーザが発生する出力信号は適当
に高いレベル、例えば最大１５〜２０ｄＢｍまで増幅さ
れてから回線に導入される。
【００２２】通信のために光ファイバを備えた回線に導
入される信号の光増幅を実現するために、光ファイバを
備えたパワー増幅器が用いられる。
入される信号の光増幅を実現するために、光ファイバを
備えたパワー増幅器が用いられる。
【００２３】光ファイバを有する増幅器の構造は、図２
に概要的に示されている。即ち、波長λsを有する伝送
信号はダイクロイック・カップラー５に送出される。ダ
イクロイック・カップラー５では、伝送信号が励起レー
ザ７が発生した波長λpの励起 信号と固有の出ファイ
バ６上で合流する。適当な長さの活性光ファイバ８は、
ダイクロイック・カップラー５を出て行くファイバ６に
接続されており、伝送信号の増幅器を構成している。即
ち、この伝送信号は、このように光ファイバ回線２に導
入されてその送信先へ送出される。
に概要的に示されている。即ち、波長λsを有する伝送
信号はダイクロイック・カップラー５に送出される。ダ
イクロイック・カップラー５では、伝送信号が励起レー
ザ７が発生した波長λpの励起 信号と固有の出ファイ
バ６上で合流する。適当な長さの活性光ファイバ８は、
ダイクロイック・カップラー５を出て行くファイバ６に
接続されており、伝送信号の増幅器を構成している。即
ち、この伝送信号は、このように光ファイバ回線２に導
入されてその送信先へ送出される。
【００２４】一般に、前述の形式の光増幅器は、Er2O3
による溶液においてドープされた石英に活性光ファイバ
８を用いる。これは、エルビウムの励起遷移を利用する
ことにより伝送信号の増幅が得られるものにする。
による溶液においてドープされた石英に活性光ファイバ
８を用いる。これは、エルビウムの励起遷移を利用する
ことにより伝送信号の増幅が得られるものにする。
【００２５】図３は、光ファイバの石英マトリックスに
おけるエルビウム・イオンの利用可能なエネルギ条件を
シンンボルにより表わしている。この図３に示すよう
に、伝送信号の波長λsより低い波長λpで光パワーを活
性光ファイバ内に導入すると、励起エネルギ状態９、即
ち「励起バンド」でドーピング物質として存在する一定
数のEr3+イオンをファイバ・ガラス・マトリックスに導
入する。この励起帯域からEr3+イオンはレーザ放射レベ
ルからなるエネルギ準位１０に自然に遷移する。 Er3+
イオンは、エネルギ準位１０に比較的に長い時間留ま
り、その後に基準準位１１に自然遷移することができ
る。
おけるエルビウム・イオンの利用可能なエネルギ条件を
シンンボルにより表わしている。この図３に示すよう
に、伝送信号の波長λsより低い波長λpで光パワーを活
性光ファイバ内に導入すると、励起エネルギ状態９、即
ち「励起バンド」でドーピング物質として存在する一定
数のEr3+イオンをファイバ・ガラス・マトリックスに導
入する。この励起帯域からEr3+イオンはレーザ放射レベ
ルからなるエネルギ準位１０に自然に遷移する。 Er3+
イオンは、エネルギ準位１０に比較的に長い時間留ま
り、その後に基準準位１１に自然遷移することができ
る。
【００２６】エネルギ準位９から励起エネルギ状態１０
への遷移は、光ファイバの外部に放散される熱出力（音
量子による放射）に関連していることが知られているよ
うに、エネルギ準位１０から基準準位１１への遷移は、
エネルギ準位１０のエネルギ値に対応した波長を有する
光子からなる光放出を発生する。即ち、レーザ放射レベ
ルで多量のイオンを有する光ファイバにこのような放射
レベルに対応した波長の信号が交差すると、この信号
は、対象のイオンを放射レベルから基準準位１１へ自然
遷移させ、信号の光子と同期した対応する光子の出力に
関連し、自然崩壊をする前に、活性光ファイバからの出
力端に強力に増幅した伝送信号を放出させる「滝(Water
fall)」現象を発生させる原因となる。
への遷移は、光ファイバの外部に放散される熱出力（音
量子による放射）に関連していることが知られているよ
うに、エネルギ準位１０から基準準位１１への遷移は、
エネルギ準位１０のエネルギ値に対応した波長を有する
光子からなる光放出を発生する。即ち、レーザ放射レベ
ルで多量のイオンを有する光ファイバにこのような放射
レベルに対応した波長の信号が交差すると、この信号
は、対象のイオンを放射レベルから基準準位１１へ自然
遷移させ、信号の光子と同期した対応する光子の出力に
関連し、自然崩壊をする前に、活性光ファイバからの出
力端に強力に増幅した伝送信号を放出させる「滝(Water
fall)」現象を発生させる原因となる。
【００２７】活性光ファイバへ低いパワー・レベルによ
る入力において複数の信号、例えば光ファイバ内を長距
離伝送することにより減衰した信号が存在し、かつ低い
出力パワーの条件において、活性光ファイバからの出力
において波長λsを有する伝送信号の光パワーPUは、前
記光ファイバの入力における伝送信号の光パワーPiに比
例しており、これらの間の比例定数は式PU＝GPiによ
り、増幅Gの利得として定義される。
る入力において複数の信号、例えば光ファイバ内を長距
離伝送することにより減衰した信号が存在し、かつ低い
出力パワーの条件において、活性光ファイバからの出力
において波長λsを有する伝送信号の光パワーPUは、前
記光ファイバの入力における伝送信号の光パワーPiに比
例しており、これらの間の比例定数は式PU＝GPiによ
り、増幅Gの利得として定義される。
【００２８】このような動作条件は、通信回線の光ファ
イバに沿って配置された回線増幅器に典型的なものであ
リ、光ファイバにおける一定の行路後に減衰した信号を
十分なレベルに復帰させる。
イバに沿って配置された回線増幅器に典型的なものであ
リ、光ファイバにおける一定の行路後に減衰した信号を
十分なレベルに復帰させる。
【００２９】高いパワーの入力信号が存在し、導入され
る励起パワーの５％より実質的に大きな高い出力パワー
であるとき、光増幅器は飽和状態で動作し、実際的には
入力パワーに何ら依存せず、ただ励起パワーに依存する
出力パワーを発生させる。活性ファイバの内部の非常に
多数の光子が存在するとき、実際に、レーザレベル１０
による誘導遷移により新たな光子を放出するためのファ
イバの容量は、導入される励起パワーに関連する、レー
ザレベル１０での十分な数のエルビウムイオンを利用可
能にするための確率により制限され、入力信号の光子の
数、すなわち光ファイバへの入力パワーには依存しな
い。
る励起パワーの５％より実質的に大きな高い出力パワー
であるとき、光増幅器は飽和状態で動作し、実際的には
入力パワーに何ら依存せず、ただ励起パワーに依存する
出力パワーを発生させる。活性ファイバの内部の非常に
多数の光子が存在するとき、実際に、レーザレベル１０
による誘導遷移により新たな光子を放出するためのファ
イバの容量は、導入される励起パワーに関連する、レー
ザレベル１０での十分な数のエルビウムイオンを利用可
能にするための確率により制限され、入力信号の光子の
数、すなわち光ファイバへの入力パワーには依存しな
い。
【００３０】このような動作条件は、パワー増幅器に典
型的なものであり、これから式Pu=KPPが得られる。ただ
し、Puは出力におけるパワー、PPは励起パワー、Kは実
質的に光増幅器の効率を表わす比例定数である。
型的なものであり、これから式Pu=KPPが得られる。ただ
し、Puは出力におけるパワー、PPは励起パワー、Kは実
質的に光増幅器の効率を表わす比例定数である。
【００３１】光増幅器の最大効率は、理論的に、ドーパ
ントを基準レベル１１からエネルギ準位１０へ遷移させ
る励起波長λpで光ファイバ内に供給される各光子にと
り、伝送波長λsのときに信号の存在において、光子放
出が存在する条件に対応した効率である。このような条
件は、前記「量子効率」、即ち出力における光子のエネ
ルギと、入力における光子のエネルギとのとの間、具体
的には励起光子である入力光子と、遷移光子である波長
との間の比、即ちEq=λp/λsである効率に対応してい
る。
ントを基準レベル１１からエネルギ準位１０へ遷移させ
る励起波長λpで光ファイバ内に供給される各光子にと
り、伝送波長λsのときに信号の存在において、光子放
出が存在する条件に対応した効率である。このような条
件は、前記「量子効率」、即ち出力における光子のエネ
ルギと、入力における光子のエネルギとのとの間、具体
的には励起光子である入力光子と、遷移光子である波長
との間の比、即ちEq=λp/λsである効率に対応してい
る。
【００３２】約1550nm及び980nmの励起波長の伝送信号
の場合は、量子効率は約63%（8980/1550）である。
の場合は、量子効率は約63%（8980/1550）である。
【００３３】従って、高い増幅効率を得るためには、比
較的に高い励起波長を用い、更に可能な限り量子効率に
近づけ、高い量子効率により対応する条件で動作させる
必要がある。
較的に高い励起波長を用い、更に可能な限り量子効率に
近づけ、高い量子効率により対応する条件で動作させる
必要がある。
【００３４】特に、実質的に520nm未満の低い励起波長
を用いると、量子効率が非常に低く（33%未満）、量子
効率に等しい効率を有する増幅器を用いたもっと良い場
合であっても量子効率が非常に悪い。
を用いると、量子効率が非常に低く（33%未満）、量子
効率に等しい効率を有する増幅器を用いたもっと良い場
合であっても量子効率が非常に悪い。
【００３５】前述の種類の光増幅器を実現するために、
所望の屈折率プロファイルを得るようにレーザ放射によ
りドープしたエルビウムを含み、Al2O3によりドープさ
れた活性石英ファイバは、520nmより高い励起波長に対
応し，特に980nmの吸収ピークに対応して、前述の量子
効率に近い、非常に高い効率を示す。
所望の屈折率プロファイルを得るようにレーザ放射によ
りドープしたエルビウムを含み、Al2O3によりドープさ
れた活性石英ファイバは、520nmより高い励起波長に対
応し，特に980nmの吸収ピークに対応して、前述の量子
効率に近い、非常に高い効率を示す。
【００３６】前述の光ファイバは、一つの内部焼結層を
有する管状のプリフォームを、含有する食塩に対応する
水溶液に浸潤し、次いで溶融して押しつぶし、このプリ
フォームからファイバを引き出すことにより、Al2O3で
ある主要なドーパントと、Er3+である蛍光ドーパントと
が光ファイバのコアに関連される当該技術分野で周知の
溶液ドーピング法により得られる。
有する管状のプリフォームを、含有する食塩に対応する
水溶液に浸潤し、次いで溶融して押しつぶし、このプリ
フォームからファイバを引き出すことにより、Al2O3で
ある主要なドーパントと、Er3+である蛍光ドーパントと
が光ファイバのコアに関連される当該技術分野で周知の
溶液ドーピング法により得られる。
【００３７】この種の光ファイバ及び関連する実現方法
は、前記ヨーロッパ特許公開公報第0345957号に説明さ
れている。
は、前記ヨーロッパ特許公開公報第0345957号に説明さ
れている。
【００３８】本発明によるパワー増幅器を実現するため
に、Al2O3によりドープされた光ファイバは、Er2O3の重
量により30ppmと2000ppmとの間、好ましいものとして30
ppmと1000pmnとの間の濃度として表わされたエルビウム
を含む。屈折率変更ドーパントの内容、即ちAl2O3及び
光ファイバにおける屈折率の放射プロファイルは、応用
の特殊事情に基づいて選択されてもよく、本発明の目的
を限定するものではない。
に、Al2O3によりドープされた光ファイバは、Er2O3の重
量により30ppmと2000ppmとの間、好ましいものとして30
ppmと1000pmnとの間の濃度として表わされたエルビウム
を含む。屈折率変更ドーパントの内容、即ちAl2O3及び
光ファイバにおける屈折率の放射プロファイルは、応用
の特殊事情に基づいて選択されてもよく、本発明の目的
を限定するものではない。
【００３９】特に、光ファイバの開口数及びモード直径
は低い損失により回線の光ファイバとの結合を満足する
ようにうまく選択され、一方光ファイバにおけるエルビ
ウム含有量及び径方向の分布は公知の基準により、選択
した活性光ファイバの長さ、入力パワー等と相関させて
選択されてもよい。
は低い損失により回線の光ファイバとの結合を満足する
ようにうまく選択され、一方光ファイバにおけるエルビ
ウム含有量及び径方向の分布は公知の基準により、選択
した活性光ファイバの長さ、入力パワー等と相関させて
選択されてもよい。
【００４０】活性光ファイバは伝送波長において単一モ
ードの光ファイバである。この活性光ファイバは、全セ
クションに分布し、可能とする更に大きな励起パワーの
光ファイバの入力に対応するために、励起波長で単一モ
ードとすることはできない。しかし、励起波長λｐでの
単一モードの光ファイバの使用は、簡単化するため、か
つダイクロイック・カップラー５による光ファイバの接
続損失を減少させるために、都合が良い。
ードの光ファイバである。この活性光ファイバは、全セ
クションに分布し、可能とする更に大きな励起パワーの
光ファイバの入力に対応するために、励起波長で単一モ
ードとすることはできない。しかし、励起波長λｐでの
単一モードの光ファイバの使用は、簡単化するため、か
つダイクロイック・カップラー５による光ファイバの接
続損失を減少させるために、都合が良い。
【００４１】パワー増幅器を、図２に示し、かつ先に説
明した構成に従って、このような光ファイバにより作成
することが可能である。都合により、活性光ファイバ８
の全長にわたって高い値の励起パワーを維持するため
に、かつ活性光ファイバに導入される総合励起パワーを
増加させるために、活性光ファイバの下流に第２の励起
パワー１２及び前記活性光ファイバの方向の相対ダイク
ロイック・カップラー１３を備えることもできる。
明した構成に従って、このような光ファイバにより作成
することが可能である。都合により、活性光ファイバ８
の全長にわたって高い値の励起パワーを維持するため
に、かつ活性光ファイバに導入される総合励起パワーを
増加させるために、活性光ファイバの下流に第２の励起
パワー１２及び前記活性光ファイバの方向の相対ダイク
ロイック・カップラー１３を備えることもできる。
【００４２】特に、これは、活性光ファイバに必要な全
てのパワーを供給する間に、信号の劣化に関連させない
ために、パワーが高す過ぎないところで励起レーザを用
いることを可能にする。
てのパワーを供給する間に、信号の劣化に関連させない
ために、パワーが高す過ぎないところで励起レーザを用
いることを可能にする。
【００４３】Al2O3及びEr3+によりドープされ、980nm
(±5nm)で励起された光ファイバを用いると、前述の量
子効率に近い非常に高い増幅効率であって、しかもその
値の60%より高いよりものを得ることができる。しかし、
ゲルマニウムによりドープされた従来の光ファイバは、
量子効率の30%以下の非常に低効率を示していた。
(±5nm)で励起された光ファイバを用いると、前述の量
子効率に近い非常に高い増幅効率であって、しかもその
値の60%より高いよりものを得ることができる。しかし、
ゲルマニウムによりドープされた従来の光ファイバは、
量子効率の30%以下の非常に低効率を示していた。
【００４４】図４は、本発明による光ファイバを用いる
ことにより実現した増幅器用のための励起パワーPPの関
数(Al/Er)をなす出力パワーPUの特性図である。光ファ
イバは下記の特性を有する。
ことにより実現した増幅器用のための励起パワーPPの関
数(Al/Er)をなす出力パワーPUの特性図である。光ファ
イバは下記の特性を有する。
【００４５】
開口数 0.16
エルビウム含有量(Er2O3の重量) 350ppm
遮断波長（λcut-off) 930nm
1536nmにおけるモード・フィールド直径 8.14μm
増幅器入力において、波長λs=1536nmを有する伝送信号
のパワーはPi=-2dBm、励起波長はλp=980nm、活性光フ
ァイバの長さは3.7mであった。
のパワーはPi=-2dBm、励起波長はλp=980nm、活性光フ
ァイバの長さは3.7mであった。
【００４６】このような条件により、量子効率にほぼ等
しい増幅効率が得られた。
しい増幅効率が得られた。
【００４７】図５は、出力パワーPUに対し、従来の光フ
ァイバ(Ge/Er)を用いて実現した増幅器のための励起パ
ワーPPを比較して示す。この光ファイバは下記の特性を
示す。
ァイバ(Ge/Er)を用いて実現した増幅器のための励起パ
ワーPPを比較して示す。この光ファイバは下記の特性を
示す。
【００４８】
開口数 0.21
エルビウム含有量（Er2O3の重量） 300ppm
遮断波長(λcut-off) 980nm
1536nmにおけるモード・フィールド直径 5.82μm
増幅器入力において、波長λs=1536nmを有する伝送信号
のパワーはPi=-0dBm、励起波長はλp=980nm、活性光フ
ァイバの長さは４mであった。
のパワーはPi=-0dBm、励起波長はλp=980nm、活性光フ
ァイバの長さは４mであった。
【００４９】この場合に、得られた増幅効率は、量子効
率の25%にほぼ等しい16%であった。更に、これらの図面
を比較すると、光ファイバAl/Erは光ファイバGe/Erより
も優れたパフォーマンスを示した。
率の25%にほぼ等しい16%であった。更に、これらの図面
を比較すると、光ファイバAl/Erは光ファイバGe/Erより
も優れたパフォーマンスを示した。
【００５０】光ファイバAl/Erは、図６の各曲線A及びG
により表わした対応する光ファイバGe/Erのうちの一つ
よりも広い蛍光スペクトルを示す。これは、光ファイバ
Ge/Erと比較したときに、波長が信号の長さと異なるエ
ルビウム・イオンの自然崩壊のために、活性光ファイバ
源を雑音の大きなものにし、即ちこれらを回線増幅器と
して用いた場合に、励起パワーに比較すると出力パワー
を低下させる。
により表わした対応する光ファイバGe/Erのうちの一つ
よりも広い蛍光スペクトルを示す。これは、光ファイバ
Ge/Erと比較したときに、波長が信号の長さと異なるエ
ルビウム・イオンの自然崩壊のために、活性光ファイバ
源を雑音の大きなものにし、即ちこれらを回線増幅器と
して用いた場合に、励起パワーに比較すると出力パワー
を低下させる。
【００５１】その代わりに、光ファイバAl/Erは、パワー
増幅器として用いる場合に光ファイバGe/Erに比較し
て、雑音がそれ程大きくないことが解った。これは、こ
のような光ファイバにより示される量子効率に近い増幅
効率が確保されるので、前述のようにパワー増幅器が動
作する飽和条件において、光ファイバAl/Er内でレーザ
・レベルに到達したほぼ全てのエルビウム・イオンが、
信号の光子によって基準準位に崩壊させるためである
と、本発明者は考える。従って、実際において自然崩壊
して雑音原因となるイオンは存在しない。更に、これ
は、信号の出力パワーとしてどのようなレベルが与えら
れたとしても無視し得るものとなる。
増幅器として用いる場合に光ファイバGe/Erに比較し
て、雑音がそれ程大きくないことが解った。これは、こ
のような光ファイバにより示される量子効率に近い増幅
効率が確保されるので、前述のようにパワー増幅器が動
作する飽和条件において、光ファイバAl/Er内でレーザ
・レベルに到達したほぼ全てのエルビウム・イオンが、
信号の光子によって基準準位に崩壊させるためである
と、本発明者は考える。従って、実際において自然崩壊
して雑音原因となるイオンは存在しない。更に、これ
は、信号の出力パワーとしてどのようなレベルが与えら
れたとしても無視し得るものとなる。
【００５２】更に、光ファイバの蛍光スペクトルを広く
することは、波長においてより大きな選択の自由を満足
させる効果があり、例えば信号レーザにおいてより広い
製造許容誤差を可能にさせる。
することは、波長においてより大きな選択の自由を満足
させる効果があり、例えば信号レーザにおいてより広い
製造許容誤差を可能にさせる。
【００５３】従って，本発明による光ファイバは、光増
幅器に用いるのに特に効果があり、しかも従来の光ファ
イバより著しく高い増幅効率が得られることが明らかと
なった。
幅器に用いるのに特に効果があり、しかも従来の光ファ
イバより著しく高い増幅効率が得られることが明らかと
なった。
【００５４】本発明の範囲を超えることなく、その全般
的な構成において、種々の変形が到達可能である。
的な構成において、種々の変形が到達可能である。
【図１】パワー増幅器と共に光通信回線の図を示す。
【図２】活性光ファイバを用いた光パワー増幅器の図で
ある。
ある。
【図３】誘導された（レーザ）出力を発生するのに適し
た図２による増幅器の光ファイバのエネルギ遷移を示す
図である。
た図２による増幅器の光ファイバのエネルギ遷移を示す
図である。
【図４】本発明による活性光ファイバを用いたパワー増
幅器における励起パワー対出力パワーを示す図である。
幅器における励起パワー対出力パワーを示す図である。
【図５】Ge/Er活性光ファイバを用いたパワー増幅器に
おける励起パワー対出力パワーの図である。
おける励起パワー対出力パワーの図である。
【図６】本発明による光ファイバ及びGe/Er光ファイバ
の蛍光スペクトルを示す。
の蛍光スペクトルを示す。
2 光ファイバ回線
8 活性光ファイバ
5、13 ダイクロイック・カップラー
7、12 励起レーザ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｈ０１Ｓ 3/17
3/17 3/094 Ｓ
(72)発明者 アルド・リゲッティ
イタリア国 20146 ミラノ，ヴィア・
トルストイ 49
(72)発明者 ファウスト・メリ
イタリア国 29100 ピアセンツァ，ヴ
ィア・アー・ゲノッチ 76
(56)参考文献 欧州公開345957（ＥＰ，Ａ１)
ＩＯＯＣ’89 Ｐｏｓｔ Ｄｅａｄｌ
ｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｖｏｌ５，ｐｐ.
30−31（1989)
ＩＯＯＣ’89 Ｐｏｓｔ Ｄｅａｄｌ
ｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｖｏｌ５，ｐｐ.
２−３（1989)
ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏ
ｌ13，Ｎｏ．12，ｐｐ．1084−1086
（1988)
ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏ
ｌ14，Ｎｏ．18，ｐｐ．1002−1004
（1989)
ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥ
ＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖ
ｏＬ．１，Ｎｏ．９，ｐｐ．267−269
（1989)
電子情報通信学会技術研究報告（ＩＥ
ＩＣＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏ
ｒｔ）信学技報，ＶｏＬ88，Ｎｏ．291,
ｐｐ．69−75（1988)
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＮＣＳ ＬＥＴＴ
ＥＲＳ，Ｖｏｌ．23，Ｎｏ．19，ｐｐ.
1026−1028（1987)
Claims (6)
- 【請求項１】 屈折率変更ドーパントとしてのAl2O3及
び蛍光ドーパントとしてのエルビウムをコア内に含み、
ダイクロイックカプラを介して１つ又は２つのポンピン
グレーザからポンプ光を供給され、伝送信号放射源を光
ファイバ通信回線に接続する活性ドープファイバを備え
る光パワー増幅器であって、前記放射源は、前記蛍光ド
ーピング物質の誘導放出について前記増幅器が飽和状態
で動作するように前記ファイバに高いパワーの入力信号
を供給するとともに、前記ポンピングレーザは約９８０
ｎｍのポンピング波長であることを特徴とする光パワー
増幅器。 - 【請求項２】 Er 2 O 3 の重量により表された前記活性光
ファイバにおけるエルビウムの濃度は30ppmと2000ppmと
の間に含まれることを特徴とする請求項１記載の光パワ
ー増幅器。 - 【請求項３】 Er 2 O 3 の重量により表された前記活性光
ファイバにおけるエルビウムの濃度は30ppmと1000ppmと
の間に含まれることを特徴とする請求項２記載の光パワ
ー増幅器。 - 【請求項４】 前記活性光ファイバは、前記伝送信号の
波長で単一モードであり、ポンプ波長で単一モードでな
いことを特徴とする請求項１記載の光パワー増幅器。 - 【請求項５】 前記活性光ファイバは、前記伝送信号の
波長及び前記ポンプ波長で単一モードであることを特徴
とする請求項１記載の光パワー増幅器。 - 【請求項６】 それぞれのダイクロイックカプラを介し
て前記活性ファイバの２つの端面に接続され、前記活性
ファイバに向けられたポンプレーザにより放射される光
パワーの入力方向に向けられた２つのポンピングレーザ
を含むことを特徴とする請求項１記載の光パワー増幅
器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT19128A:90 | 1990-01-22 | ||
| IT01912890A IT1238333B (it) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | Amplificatore ottico di potenza a fibra attiva drogata |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04312988A JPH04312988A (ja) | 1992-11-04 |
| JP3461358B2 true JP3461358B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=11155037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00589291A Expired - Fee Related JP3461358B2 (ja) | 1990-01-22 | 1991-01-22 | ドープされた活性光ファイバを有する光増幅器 |
Country Status (23)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0439867B1 (ja) |
| JP (1) | JP3461358B2 (ja) |
| KR (1) | KR100196086B1 (ja) |
| CN (1) | CN1024873C (ja) |
| AT (1) | ATE107088T1 (ja) |
| AU (1) | AU647760B2 (ja) |
| BR (1) | BR9100342A (ja) |
| CA (1) | CA2034658C (ja) |
| CZ (1) | CZ280804B6 (ja) |
| DE (1) | DE69009725T2 (ja) |
| DK (1) | DK0439867T3 (ja) |
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| FI (1) | FI104292B1 (ja) |
| HK (1) | HK94695A (ja) |
| HU (1) | HU214138B (ja) |
| IE (1) | IE65823B1 (ja) |
| IT (1) | IT1238333B (ja) |
| MY (1) | MY105416A (ja) |
| NO (1) | NO303604B1 (ja) |
| NZ (1) | NZ236702A (ja) |
| PL (1) | PL164845B1 (ja) |
| PT (1) | PT96546A (ja) |
| SK (1) | SK278754B6 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH08248455A (ja) * | 1995-03-09 | 1996-09-27 | Fujitsu Ltd | 波長多重用光増幅器 |
| JP3422398B2 (ja) * | 1995-12-07 | 2003-06-30 | 富士通株式会社 | 重心波長モニタ方法及び装置、光増幅器並びに光通信システム |
| US5809196A (en) * | 1995-12-08 | 1998-09-15 | Pirelli Cavi S.P.A. | Dispersion-shifted optical fibers for wavelength division multiplexing |
| JP3741767B2 (ja) * | 1996-02-26 | 2006-02-01 | 富士通株式会社 | 光ファイバ増幅器 |
| US5847863A (en) * | 1996-04-25 | 1998-12-08 | Imra America, Inc. | Hybrid short-pulse amplifiers with phase-mismatch compensated pulse stretchers and compressors |
| US6369938B1 (en) | 1996-05-28 | 2002-04-09 | Fujitsu Limited | Multi-wavelength light amplifier |
| US6603596B2 (en) | 1998-03-19 | 2003-08-05 | Fujitsu Limited | Gain and signal level adjustments of cascaded optical amplifiers |
| KR20000074483A (ko) * | 1999-05-21 | 2000-12-15 | 김효근 | 코어에 어븀이 도핑된 광섬유의 클래드 영역에 사마리움을 첨가하는 방법 |
| JP4223887B2 (ja) * | 2003-08-11 | 2009-02-12 | 株式会社小松製作所 | ２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置及び２ステージレーザシステム |
| WO2011013779A1 (ja) | 2009-07-29 | 2011-02-03 | 株式会社小松製作所 | 極端紫外光源装置、極端紫外光源装置の制御方法、およびそのプログラムを記録した記録媒体 |
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|---|---|---|---|---|
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| GB8813769D0 (en) * | 1988-06-10 | 1988-07-13 | Pirelli General Plc | Optical fibre |
| US5005175A (en) * | 1989-11-27 | 1991-04-02 | At&T Bell Laboratories | Erbium-doped fiber amplifier |
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- 1990-12-24 DE DE69009725T patent/DE69009725T2/de not_active Revoked
- 1990-12-24 AT AT90203494T patent/ATE107088T1/de active
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- 1990-12-28 AU AU68579/90A patent/AU647760B2/en not_active Ceased
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| ＩＯＯＣ’８９ Ｐｏｓｔ Ｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｖｏｌ５，ｐｐ．３０−３１（１９８９） |
| ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ１３，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１０８４−１０８６（１９８８） |
| ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ１４，Ｎｏ．１８，ｐｐ．１００２−１００４（１９８９） |
| 電子情報通信学会技術研究報告（ＩＥＩＣＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ）信学技報，ＶｏＬ８８，Ｎｏ．２９１，ｐｐ．６９−７５（１９８８） |
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