JP3582631B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて信号光を光増幅する光ファイバ増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光増幅器は、波長1.5μm帯波長多重(WDM)通信に用いられる光伝送システムにおいて重要な部品であり、その適用波長帯域の拡大は、WDM通信の伝送容量を増大させる上で重要な課題である。また、このような光増幅器として、Er(エルビウム)元素が添加された石英系光ファイバであるEDF(Er−Doped Fiber)を光増幅用光ファイバとして用いた光ファイバ増幅器(EDFA : Er−Doped Fiber Amplifier )の開発が進められている。
【0003】
例えば、光ファイバ増幅器における適用波長域を拡大すべく、Er3+イオンの波長1.58μm帯のエネルギレベル遷移を利用して波長1.58μm帯の信号光を光増幅する光ファイバ増幅器の研究がなされている(小野浩孝、他、「1.58μm帯Er3+添加光ファイバ増幅器」、1997年春季電子情報通信学会総合大会C−3−86を参照)。
【0004】
この研究によれば、Er添加石英系光ファイバを用いた光ファイバ増幅器では波長1570nm〜1600nmの信号光波長帯域で平坦な利得特性が得られ、また、Er添加フッ化物光ファイバを用いた光ファイバ増幅器では波長1565nm〜1600nmの信号光波長帯域で平坦な利得特性が得られ、何れも広い帯域が得られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、通常要求される30dB以上の利得で波長1.58μm帯の信号光を光増幅するには、Er添加フッ化物光ファイバでは40mで足りるのに対して、Er添加石英系光ファイバでは200mが必要とされる。したがって、Er添加石英系光ファイバを用いた光ファイバ増幅器では、このEr添加石英系光ファイバに対して通常の強度の励起光を双方向から供給したとしても、その励起光はEr添加石英系光ファイバの中央付近までには到達せず、当該中央付近では逆に信号光を吸収する結果となる。それ故、このような信号光を吸収する領域をなくするためには、波長1.48μm帯励起の場合、励起光の強度は113mW以上であることが必要とされ、励起効率が低いという問題点がある。
【0006】
一方、Er添加フッ化物光ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、所要の光ファイバ長が短く済み、吸収する領域が発生し難いので、励起光の強度は53mWで済むものの、Er添加フッ化物光ファイバは信頼性に欠けるという問題点がある。
【0007】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信頼性に優れたEr添加石英系光ファイバを光増幅用光ファイバとして用いた光ファイバ増幅器であって、優れた励起効率で波長1.58μm帯の信号光を光増幅することができる光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバ増幅器は、励起光が供給されているときに入力した波長1.58μm帯の信号光を光増幅して出力する光ファイバ増幅器であって、複数本のAl元素およびEr元素が共添加された石英系の光ファイバが実質的に互いに縦続接続された光増幅用光ファイバと、光増幅用光ファイバを構成する複数本の光ファイバそれぞれに双方向から励起光を供給する複数の励起光供給手段とを備え、光増幅用光ファイバのうち第1段目の光ファイバの波長1.58μm帯の利得が+10dB以上であり、光増幅用光ファイバのうち第2段目以降の光ファイバそれぞれへの信号光入力強度が2dBm以上であり、光増幅用光ファイバのうち第2段目以降の光ファイバそれぞれの波長1.53μm帯の吸収条長積ピークが560dB以下であることを特徴とする。
【0009】
この光ファイバ増幅器によれば、互いに縦続接続された複数の光ファイバそれぞれに励起光供給手段により双方向から励起光が供給されて、従来以上に均一な反転分布が生じ、入力した波長1.58μm帯の信号光は光増幅されて出力される。また、光増幅用光ファイバのうち第1段目の光ファイバの波長1.58μm帯の利得が+10dB以上であり、光増幅用光ファイバのうち第2段目以降の光ファイバそれぞれへの信号光入力強度が2dBm以上であり、光増幅用光ファイバのうち第2段目以降の光ファイバそれぞれの波長1.53μm帯の吸収条長積ピークが560dB以下であるので、励起効率が優れる。
【0010】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器では、励起光供給手段は、光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された2つの光ファイバの間に設けられ、その2つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する1つのファイバ型カプラを備えることを特徴とする。また、本発明に係る光ファイバ増幅器では、励起光供給手段は、光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された2つの光ファイバの間に設けられ、その2つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する1つの誘電体反射膜型カプラを備えることを特徴とする。これら何れの場合にも、カプラの挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【0011】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器では、複数の光増幅用光ファイバのうち第1段目の光増幅用光ファイバに挿入されASE光を除去するバンド除去フィルタを備えることを特徴とする。この場合には、逆方向ASE光を除去することができ、雑音特性が改善される。特に、バンド除去フィルタは第1段目の光増幅用光ファイバ上に形成された長周期ファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0013】
先ず、本発明をするに到った経緯および本発明の概要について述べる。光増幅用光ファイバとしても最も多用されているAl添加石英系EDFを用いた光ファイバ増幅器において、波長1.58μm帯(1570nm〜1600nm程度)の信号光に対して平坦な利得特性を実現する為には、そのEDFの長手方向について平均した反転分布を40%程度とする必要がある。実際には、EDFの長手方向について励起光や信号光の強度は変化するので、反転分布も一定ではなく変動する。
【0014】
もし、EDFの長手方向の何れかの領域において反転分布が30%程度にまで低下していると、その領域では信号光は光増幅されるのではなく吸収を受け、その結果、「励起効率=(信号光出力強度−信号光入力強度)/励起光入力強度」なる式で定義される励起効率が低下する。このような吸収域を生じさせない為には、EDFの長手方向について平均した反転分布を40%程度とするだけでなく、できるかぎりEDFの長手方向について反転分布を均一にすることが必要である。
【0015】
図1は、EDFの長手方向について反転分布を示したグラフであり、図1(a)は1段構成のEDFの場合の反転分布を、図1(b)は3段構成のEDFの場合の反転分布を、それぞれ示すものである。
【0016】
図1(a)に示すように1段構成のEDFの場合には、そのEDFの入力端および出力端の何れか一方から励起光を供給する場合よりも、そのEDFの入力端および出力端の双方から励起光を供給する場合の方が、そのEDFにおける反転分布を均一にすることができる。しかし、このEDFの入力端および出力端それぞれでは、励起光の強度が強いことから反転分布が高く、このEDFの中央付近では、励起光の強度が弱いことから反転分布が低く吸収域となる危険がある。
【0017】
一方、図1(b)に示すように、3段構成のEDFの場合であって各段のEDFそれぞれに励起光を双方向から供給する場合には、反転分布を更に均一にすることができ、且つ、吸収域を生じさせないようにすることができる。このように、複数のEDFを縦続接続するとともに各段のEDFそれぞれに励起光を双方向から供給するのが有効である。
【0018】
また、複数のEDFを縦続接続する場合であっても、各段のEDFそれぞれについては励起効率が最大となる最適長が存在する。すなわち、各段のEDFが余りに短ければ励起光を吸収しきれず、逆に、各段のEDFが余りに長ければ吸収域が生じる。図2は、信号光入力強度が−10dBm,−2dBmおよび+2.15dBmそれぞれの場合について、EDF長手方向について平均した反転分布が40%であるときの波長1.58μm帯EDF利得と励起効率との関係を示したグラフである。この図に示すように、EDFの最適長は、そのEDFに入力する信号光の強度に依存する。
【0019】
したがって、複数のEDFを縦続接続する場合、第1段目のEDFでは信号光入力強度が小さいので、励起効率が低くても励起光入力強度は小さくてよい。しかし、第2段目以降のEDF(特に、より後段のEDF)では、励起効率が問題となる。すなわち、波長1.58μm帯の信号光を光増幅する光ファイバ増幅器の最も一般的な用途は2.5Gb/s×32波の光伝送であるが、この光伝送では、第1段目のEDFへの総信号光入力強度は−10dBm〜−8dBm程度である。また、雑音特性改善の為には、第1段目のEDFは少なくとも10dB程度の利得を有することが望ましく、この場合、第2段目以降のEDFへの総信号光入力強度は+2dBm以上となる。また、図2より、信号光入力強度が大きいほどEDF最適長は短くなる傾向があり、信号光入力強度が+2dBm以上であれば、EDFの長手方向について反転分布の平均値が40%であって平坦化された状態においては、波長1.58μm帯の信号光に対する利得は18dB以下となる。ところで、最も多用されるAl添加石英系EDFでは、波長1.58μm帯の信号光に対する利得が18dB以下であることは、波長1.53μm帯で見られる吸収条長積ピークが560dB以下であることに相当する。したがって、第2段目以降のEDFの波長1.53μm帯吸収条長積ピークは、Al添加石英系EDFでは560dB以下であることが望ましい。
【0020】
次に、本発明に係る光ファイバ増幅器の第1〜第3の実施形態を、第1〜第2の比較例の構成とともに説明する。なお、これらの実施形態および比較例の何れにおいても、信号光入力強度を−10dBmとし、信号光出力強度を+24dBmとする。また、光アイソレータおよびカプラそれぞれの挿入損失は0.5dB程度であり、EDFと通常の光ファイバとの融着損は0.2dB〜0.3dB程度であるので、1つのEDFと次段のEDFとの間の損失を2dBとする。
【0021】
図3は、第1の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてAl元素が添加された石英系のEDF111の1つのみを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ121、カプラ131、EDF111、カプラ132および光アイソレータ122が縦続接続され、また、カプラ131には励起光源141が接続され、カプラ132には励起光源142が接続されている。
【0022】
光アイソレータ121および122それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ASE光を除去する。励起光源141および142それぞれは、波長1.48μm帯の励起光を出力する。カプラ131は、励起光源141から出力された励起光をEDF111に順方向に供給し、カプラ132は、励起光源142から出力された励起光をEDF111に逆方向に供給する。
【0023】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ121およびカプラ131を順次に経てEDF111に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF111により光増幅され、そして、カプラ132および光アイソレータ122を順次に経て出力端から出力される。ここで、EDF111の利得は34dBである。すなわち、EDF111に入力する信号光の強度は−10dBmであり、EDF111から出力される信号光の強度は24dBmである。
【0024】
図4は、第2の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてAl元素が添加された石英系のEDF211および212の2つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ221、カプラ231、EDF211、カプラ232、光アイソレータ222、カプラ233、EDF212、カプラ234および光アイソレータ223が縦続接続されている。また、カプラ231には励起光源241が接続され、カプラ232には励起光源242が接続され、カプラ233には励起光源243が接続され、カプラ234には励起光源244が接続されている。
【0025】
光アイソレータ221〜223それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ASE光を除去する。励起光源241〜244それぞれは、波長1.48μm帯の励起光を出力する。カプラ231は、励起光源241から出力された励起光をEDF211に順方向に供給し、カプラ232は、励起光源242から出力された励起光をEDF211に逆方向に供給する。カプラ233は、励起光源243から出力された励起光をEDF212に順方向に供給し、カプラ234は、励起光源244から出力された励起光をEDF212に逆方向に供給する。
【0026】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ221およびカプラ231を順次に経てEDF211に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF211により光増幅され、その後さらにカプラ232、光アイソレータ222およびカプラ233を順次に経てEDF212に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF212により光増幅され、そして、カプラ234および光アイソレータ223を順次に経て出力端から出力される。
【0027】
ここで、EDF211の利得は14dBであり、EDF212の利得は22dBである。すなわち、EDF211に入力する信号光の強度は−10dBmであり、EDF211から出力される信号光の強度は4dBmである。EDF212に入力する信号光の強度は2dBmであり、EDF212から出力される信号光の強度は24dBmである。
【0028】
図5は、第1の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてAl元素が添加された石英系のEDF311および312の2つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ321、カプラ331、EDF311、カプラ332、光アイソレータ322、カプラ333、EDF312、カプラ334および光アイソレータ323が縦続接続されている。また、カプラ331には励起光源341が接続され、カプラ332には励起光源342が接続され、カプラ333には励起光源343が接続され、カプラ334には励起光源344が接続されている。
【0029】
光アイソレータ321〜323それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ASE光を除去する。励起光源341〜344それぞれは、波長1.48μm帯の励起光を出力する。カプラ331は、励起光源341から出力された励起光をEDF311に順方向に供給し、カプラ332は、励起光源342から出力された励起光をEDF311に逆方向に供給する。カプラ333は、励起光源343から出力された励起光をEDF312に順方向に供給し、カプラ334は、励起光源344から出力された励起光をEDF312に逆方向に供給する。
【0030】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ321およびカプラ331を順次に経てEDF311に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF311により光増幅され、その後さらにカプラ332、光アイソレータ322およびカプラ333を順次に経てEDF312に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF312により光増幅され、そして、カプラ334および光アイソレータ323を順次に経て出力端から出力される。
【0031】
ここで、EDF311の利得は20dBであり、EDF312の利得は16dBである。すなわち、EDF311に入力する信号光の強度は−10dBmであり、EDF311から出力される信号光の強度は10dBmである。EDF312に入力する信号光の強度は8dBmであり、EDF312から出力される信号光の強度は24dBmである。
【0032】
図6は、第2の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてAl元素が添加された石英系のEDF411〜413の3つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ421、カプラ431、EDF411、カプラ432、光アイソレータ422、カプラ433、EDF412、カプラ434、光アイソレータ423、カプラ435、EDF413、カプラ436および光アイソレータ424が縦続接続されている。また、カプラ431には励起光源441が接続され、カプラ432には励起光源442が接続され、カプラ433には励起光源443が接続され、カプラ434には励起光源444が接続され、カプラ435には励起光源445が接続され、カプラ436には励起光源446が接続されている。
【0033】
光アイソレータ421〜424それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ASE光を除去する。励起光源441〜446それぞれは、波長1.48μm帯の励起光を出力する。カプラ431は、励起光源441から出力された励起光をEDF411に順方向に供給し、カプラ432は、励起光源442から出力された励起光をEDF411に逆方向に供給する。カプラ433は、励起光源443から出力された励起光をEDF412に順方向に供給し、カプラ434は、励起光源444から出力された励起光をEDF412に逆方向に供給する。カプラ435は、励起光源445から出力された励起光をEDF413に順方向に供給し、カプラ436は、励起光源446から出力された励起光をEDF413に逆方向に供給する。
【0034】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ421およびカプラ431を順次に経てEDF411に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF411により光増幅される。その後、信号光は、カプラ432、光アイソレータ422およびカプラ433を順次に経てEDF412に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF412により光増幅される。その後さらに、信号光は、カプラ434、光アイソレータ423およびカプラ435を順次に経てEDF413に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF413により光増幅される。そして、カプラ436および光アイソレータ424を順次に経て出力端から出力される。
【0035】
ここで、EDF411の利得は14dBであり、EDF412の利得は18dBであり、EDF413の利得は6dBである。すなわち、EDF411に入力する信号光の強度は−10dBmであり、EDF411から出力される信号光の強度は4dBmである。EDF412に入力する信号光の強度は2dBmであり、EDF412から出力される信号光の強度は20dBmである。EDF413に入力する信号光の強度は18dBmであり、EDF413から出力される信号光の強度は24dBmである。
【0036】
図7は、第3の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてAl元素が添加された石英系のEDF511〜513の3つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ521、カプラ531、EDF511、カプラ532、光アイソレータ522、カプラ533、EDF512、カプラ534、EDF513、カプラ535および光アイソレータ523が縦続接続されている。また、カプラ531には励起光源541が接続され、カプラ532には励起光源542が接続され、カプラ533には励起光源543が接続され、カプラ534には励起光源544および545が接続され、カプラ535には励起光源546が接続されている。
【0037】
光アイソレータ521〜523それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ASE光を除去する。励起光源541〜546それぞれは、波長1.48μm帯の励起光を出力する。カプラ531は、励起光源541から出力された励起光をEDF511に順方向に供給し、カプラ532は、励起光源542から出力された励起光をEDF511に逆方向に供給する。カプラ533は、励起光源543から出力された励起光をEDF512に順方向に供給し、カプラ534は、励起光源544から出力された励起光をEDF512に逆方向に供給するとともに、励起光源545から出力された励起光をEDF513に順方向に供給し、カプラ535は、励起光源546から出力された励起光をEDF513に逆方向に供給する。
【0038】
なお、前述の第2の実施形態に係る光ファイバ増幅器では、第2段目のEDFと第3段目のEDFとの間には1つの光アイソレータと2つのカプラが設けられたいたのに対して、この第3の実施形態に係る光ファイバ増幅器では、EDF512とEDF513との間には1つのカプラ534のみが設けられている。このカプラ534は、上述したように、2つの励起光源544および545それぞれから出力された励起光を入力し、一方の励起光をEDF512に供給し、他方の励起光をEDF513に供給するものである。このようなカプラとして、例えば、ファイバ型カプラや誘電体反射膜型カプラが好適に用いられる。
【0039】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ521およびカプラ531を順次に経てEDF511に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF511により光増幅される。その後、信号光は、カプラ532、光アイソレータ522およびカプラ533を順次に経てEDF512に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF512により光増幅される。その後さらに、信号光は、カプラ534を経てEDF513に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているEDF513により光増幅される。そして、カプラ535および光アイソレータ523を順次に経て出力端から出力される。
【0040】
ここで、EDF511の利得は14dBであり、EDF512の利得は18dBであり、EDF513の利得は5dBである。すなわち、EDF511に入力する信号光の強度は−10dBmであり、EDF511から出力される信号光の強度は4dBmである。EDF512に入力する信号光の強度は2dBmであり、EDF512から出力される信号光の強度は20dBmである。EDF513に入力する信号光の強度は19dBmであり、EDF513から出力される信号光の強度は24dBmである。
【0041】
次に、第1〜第2の比較例および第1〜第3の実施形態に係る光ファイバ増幅器を比較する。図8は、第1〜第2の比較例および第1〜第3の実施形態に係る光ファイバ増幅器それぞれの励起効率および所要励起光強度を比較する図表である。この図表に示す励起効率は、図2に示す実測結果とシミュレーションとに基づくものである。
【0042】
第1の比較例の場合(図3)はEDFが1段構成のものであるのに対して、第2の比較例の場合(図4)はEDFが2段構成のものである。図表に示すように、EDFが1段構成の場合よりも2段構成の場合の方が全体の所要励起光の強度は大幅に低減されることが判る。
【0043】
第1の実施形態(図5)は、第2の比較例の場合(図4)と同様にEDFが2段構成のものである。しかし、両者は、第1段目のEDFおよび第2段目のEDFの長さの比が互いに異なり、第1段目のEDFおよび第2段目のEDFそれぞれの利得も互いに異なるので、励起効率も互いに異なる。すなわち、第1の実施形態の場合(図5)は、第2の比較例の場合(図4)と比較すると、第1段目のEDF311の利得が大きく、第2段目のEDF312に入力する信号光の強度が大きくなって、全体の所要励起光の強度が小さくなっている。また、第1の実施形態の場合(図5)は、第2段目のEDF312の利得が16dBであり、第2段目のEDF312の吸収条長積ピークが560dB以下であるので、所要励起光強度の低減に有効である。
【0044】
第2の実施形態(図6)はEDFが3段構成のものである。この第2の実施形態の場合(図6)は、EDFが2段構成である第1の実施形態の場合(図5)と比較すると、全体の所要励起光の強度が却って増大している。これは、第1段目のEDF411と第2段目のEDF412との間および第2段目のEDF412と第3段目のEDF413との間それぞれに設けられた2つのカプラおよび1つの光アイソレータの挿入損失が2dBあるからである。
【0045】
第3の実施形態(図7)は、第2の実施形態の場合(図5)と同様にEDFが3段構成のものである。しかし、第3の実施形態の場合(図7)では、第2段目のEDF512と第3段目のEDF513との間に、光アイソレータが設けられていない点、および、1つのカプラ534のみが設けられている点で、第2の実施形態の場合(図6)と異なる。したがって、第3の実施形態の場合(図7)では、第2段目のEDF512と第3段目のEDF513との間の損失は1dBに低減され、第2の実施形態の場合(図6)と比較して、全体の所要励起光の強度が低減される。なお、光ファイバ増幅器の雑音特性を劣化させる逆方向ASE光は、信号光の強度が小さい第1段目のEDFおよび第2段目のEDFの辺りでのみ支配的であるので、第2段目のEDFと第3段目のEDFとの間に光アイソレータを設けなくとも支障はない。
【0046】
また、第1の実施形態(図5)と第3の実施形態(図7)とを比較すると、全体の所要励起光の強度は大差ないので、これのみを見ればEDFを3段構成とすることのメリットはない。しかし、励起光の発生からEDFへの供給までのを考慮すると、EDFを2段構成とする場合よりも3段構成とする場合の方が有利である。
【0047】
すなわち、EDFが2段構成である第1の実施形態の場合(図5)では、第2段目のEDF312が必要とする励起光の強度は408.1mWであるから、EDF312に順方向および逆方向それぞれから強度200mW以上の励起光を供給する必要がある。しかし、波長1.48μm帯のレーザ光を出力する励起光源として一般に用いられている半導体レーザ光源の強度は高々150mW程度であり、1つの励起光源から出力された励起光をEDF312に供給するのみでは、所要励起光強度に達し得ない。
【0048】
また、例えば、2つの励起光源から出力された励起光を偏波多重等により合波してEDF312に順方向から供給するとともに、他の2つの励起光源から出力された励起光も偏波多重等により合波してEDF312に逆方向から供給することも考えられる。しかし、この場合、偏波多重カプラは1dB程度の損失を有し、また、カプラ331〜334それぞれも1dB程度の損失を有するので、仮に出力強度150mWの励起光源を4つ用いて励起光をEDF312に供給したとしても、EDF312に供給することができる励起光の強度は380mWにまで減衰する。このような構成で、必要とする強度408.1mWの励起光をEDF312に供給するには、出力強度161mW以上の波長1.48μmのレーザ光を出力することができる半導体レーザ光源を用いることが必要であるが、これは非現実的である。
【0049】
これに対して、第3の実施形態の場合(図7)では、第2段目のEDF512が必要とする励起光の強度は197mWであり、第3段目のEDF513が必要とする励起光の強度は236.6mWであり、したがって、各EDFそれぞれについて、1つの励起光源から出力された励起光を順方向から供給するとともに、他の1つの励起光源から出力された励起光を逆方向から供給すればよい。出力強度150mWの励起光源を用いれば、カプラ531〜535それぞれの損失1dBを考慮しても、各EDFそれぞれに強度238mWの励起光の供給が可能であり、第3段目のEDF513が必要とする励起光の強度を満たすことができる。
【0050】
図9は、第2の実施形態に係る光ファイバ増幅器のEDFにおける信号光、励起光およびASE光それぞれの変化を説明する図である。この図において、信号光の強度変化は符号Sで示され、順方向励起光の強度変化は符号FPで示され、逆方向励起光の強度変化は符号BPで示され、順方向ASE光の強度変化は符号FAで示され、逆方向ASE光の強度変化は符号BAで示されている。
【0051】
第2の実施形態の場合(図6)のように、第1段目のEDF411と第2段目のEDF412との間および第2段目のEDF412と第3段目のEDF413との間それぞれに光アイソレータ422,423を設けて逆方向ASE光を遮断しても、信号光入力強度が小さい第1段目のEDF411中では逆方向ASE光を無視することはできない。この第1段目のEDF411では反転分布が高いので、波長1.53μm〜1.56μm帯のASE光が支配的である。ここに光アイソレータを挿入すると、更に2dBの挿入損失が付加されることになるので、所要励起光強度は更に増加する。
【0052】
そこで、第1段目のEDF411の中途にバンド除去フィルタを挿入するのが好適である。また、バンド除去フィルタとEDF411との融着損0.2dB〜0.3dBを回避するために、EDF411上に直接に長周期ファイバグレーティングを形成して、この長周期ファイバグレーティングをバンド除去フィルタとするのが更に好適である。図10は、このバンド除去フィルタの透過ロス特性を説明する図である。この図に示すように、挿入されるべきバンド除去フィルタは、逆方向ASE光を遮断するとともに、信号光波長域1.58μm帯および励起光波長域1.48μm帯の光を透過させるものであることが必要である。
【0053】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。上記実施形態では、全体利得が34dBであってEDFが2段構成または3段構成である光ファイバ増幅器について説明したが、これに限られるものではない。例えば、更に大きな全体利得を有する光ファイバ増幅器にあっては、EDFを4段構成または5段構成等とするのが好適である。
【0054】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、複数本のAl元素およびEr元素が共添加された石英系の光ファイバが縦続接続された光増幅用光ファイバに励起光供給手段により双方向から励起光が供給されて、従来以上に均一な反転分布が生じ、入力した波長1.58μm帯の信号光は光増幅されて出力される。また、光増幅用光ファイバのうち第2段目以降の光ファイバそれぞれの吸収条長積ピークが560dB以下であるので励起効率が優れる。
【0055】
また、励起光供給手段が、光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された2つの光ファイバの間に設けられ、その2つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する1つのファイバ型カプラまたは1つの誘電体反射膜型カプラを備える場合には、カプラの挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【0056】
また、光増幅用光ファイバのうち第1段目の光ファイバに挿入されASE光を除去するバンド除去フィルタを備える場合には、逆方向ASE光を除去することができ、雑音特性が改善される。特に、バンド除去フィルタは第1段目の光ファイバ上に形成された長周期ファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】EDFの長手方向について反転分布を示したグラフである。
【図2】EDF長手方向について平均した反転分布が40%であるときの波長1.58μm帯EDF利得と励起効率との関係を示すグラフである。
【図3】第1の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。
【図4】第2の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。
【図5】第1の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
【図6】第2の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
【図7】第3の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
【図8】第1〜第2の比較例および第1〜第3の実施形態に係る光ファイバ増幅器それぞれの励起効率および所要励起光強度を比較する図表である。
【図9】第2の実施形態に係る光ファイバ増幅器のEDFにおける信号光、励起光およびASE光それぞれの変化を説明する図である。
【図10】バンド除去フィルタの透過ロス特性を説明する図である。
【符号の説明】
111…EDF、121,122…光アイソレータ、131,132…カプラ、141,142…励起光源、211,212…EDF、221〜223…光アイソレータ、231〜234…カプラ、241〜244…励起光源、311,312…EDF、321〜323…光アイソレータ、331〜334…カプラ、341〜344…励起光源、411〜413…EDF、421〜424…光アイソレータ、431〜436…カプラ、441〜446…励起光源、511〜513…EDF、521〜523…光アイソレータ、531〜535…カプラ、541〜546…励起光源。
Claims (5)
- 励起光が供給されているときに入力した波長1.58μm帯の信号光を光増幅して出力する光ファイバ増幅器であって、
複数本のAl元素およびEr元素が共添加された石英系の光ファイバが実質的に互いに縦続接続された光増幅用光ファイバと、前記光増幅用光ファイバを構成する複数本の光ファイバそれぞれに双方向から前記励起光を供給する複数の励起光供給手段とを備え、
前記光増幅用光ファイバのうち第1段目の光ファイバの波長1.58μm帯の利得が+10dB以上であり、
前記光増幅用光ファイバのうち第2段目以降の光ファイバそれぞれへの信号光入力強度が2dBm以上であり、
前記光増幅用光ファイバのうち第2段目以降の光ファイバそれぞれの波長1.53μm帯の吸収条長積ピークが560dB以下である
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 前記励起光供給手段は、前記光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された2つの光ファイバの間に設けられ、前記2つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する1つのファイバ型カプラを備えることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増幅器。
- 前記励起光供給手段は、前記光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された2つの光ファイバの間に設けられ、前記2つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する1つの誘電体反射膜型カプラを備えることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増幅器。
- 前記複数の光増幅用光ファイバのうち第1段目の光増幅用光ファイバに挿入されASE光を除去するバンド除去フィルタを備えることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増幅器。
- 前記バンド除去フィルタは、前記第1段目の光増幅用光ファイバ上に形成された長周期ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項4記載の光ファイバ増幅器。
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