JP3740750B2 - 光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導放出効果に基づいて信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバを増幅素子として用いた光増幅器に係り、特には、増幅用光ファイバ内部で発生する自然放出光(ＡＳＥ)の影響を低減するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光通信システム等において使用される光増幅器として、Ｅr，Ｎd等の希土類元素をドープした増幅用光ファイバを増幅素子として設け、この増幅用光ファイバの誘導放出効果に基づいて信号光を直接に増幅するようにしたものが提供されている。
【０００３】
このような光増幅器では、たとえば、１.４８μm帯の波長の励起光によって増幅用光ファイバがポンピングされて反転分布状態にあるところに、１.５５μm帯の波長の信号光が入射されると、この信号光が増幅用光ファイバ中を伝搬する間に誘導放出効果によってこの信号光が直接に増幅される。
【０００４】
このように、信号光の直接増幅を行う場合、増幅用光ファイバの内部では、誘導放出に基づく光だけでなく、自然放出に基づく蛍光(以下、ＡＳＥと称する)も同時に発生する。
【０００５】
このＡＳＥは、信号光の波長の前後にわたって発生するインコヒーレントな蛍光であって、このＡＳＥをそのままにしておくと、信号光が増幅される際に同時に増幅されることになって、信号光に対する相対的な増幅効率が低下する。しかも、このＡＳＥは信号光に対する雑音となるため、Ｓ／Ｎ比が低下することにもなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、増幅用光ファイバの出力側にバンドパスフィルタを設けることで、このような不要なＡＳＥを除くようにしている(たとえば、M.Yoshida et al., Technical Digest on Optical Amplifiers and Their Applications, 1990, WD1, pp282-285参照)。
【０００７】
しかし、バンドパスフィルタを設けた場合、増幅用光ファイバから出るＡＳＥを除くことができるものの、増幅用光ファイバ内部では、誘導放出効果は信号光のみに寄与するだけでなく、ＡＳＥの増幅にも寄与することになるので、信号光に対する相対的な増幅効率は依然として悪く、信号光の利得を高めるのに限界がある。
【０００８】
すなわち、図４に示すように、励起光の波長λpに比べて増幅対象となる信号光λsの波長は大きく、また、この信号光の波長λsの前後の領域ΔλASEにわたってＡＳＥが発生する。そして、増幅に寄与する反転分布のエネルギーは、図５に示すように、短波長の励起光からこれよりも長波長側の信号光およびＡＳＥへの誘導放出により与えられる。したがって、信号光に着目すれば、この信号光には、短波長側の励起光およびＡＳＥの誘導放出によりエネルギーが与えられるが、この信号光のエネルギーは、さらにこれよりも長波長側のＡＳＥに移るために、信号光自体に対する反転分布のエネルギーの寄与率は不十分となる。
【０００９】
しかも、従来のように、バンドパスフィルタを設けた場合には、通過可能な波長帯域が狭められるので、波長の異なる複数の信号光を一つの光ファイバで伝送する、いわゆる波長分割多重伝送を行いたいという要求に十分応えられなくなる。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、増幅用光ファイバの内部で発生するＡＳＥを効率的に減衰できるようにして、信号光に対する増幅効率を高めて利得を一層向上させるとともに、信号光のＳ／Ｎ比も改善し、さらに、波長分割多重伝送の要求にも応えられるようにすることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、次の構成を採る。
【００１２】
すなわち、本発明では、誘導放出効果に基づいて信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバを備え、この増幅用光ファイバの途中には、信号光の増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）の波長成分の内、信号光の波長よりも長波長側に位置するＡＳＥ波長成分の全てをカットする一方、信号光の波長よりも短波長側に位置するＡＳＥ波長成分および信号光を伝搬するフィルタが介在されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る光増幅器の全体を示す構成図である。
【００１４】
同図において、符号１は光ファイバ増幅器の全体を示し、２a，２bは信号光を誘導放出効果によって増幅するための一対の増幅用光ファイバで、共にコアまたはコアの外周にＥrやＮd等の希土類元素をドープして構成されていて、両者２a，２bで信号光に対する所望の利得が得られるように設定されている。
【００１５】
また、３は一対の増幅用光ファイバ２a，２bの間に挿入されたフィルタで、このフィルタ３は、信号光の波長λsよりも長波長側の光(図２で示される波長λf以上の光)を全てカットするように構成された、いわゆるＳＷＰＦ(Ｓhort ＷaveＰass Ｆilter)である。
【００１６】
４は各増幅用光ファイバ２a，２bをポンピングするためのレーザダイオード等からなる励起光源、５は信号光と励起光源４からの励起光を合波して増幅用光ファイバ２a，２bに導入するための合波器、６a，６bは不要な端面反射を防止して光を一方向にのみ通過させるためのアイソレータ、７a，７bはこの光増幅器１を図示しない通信用光ファイバ等に接続するためのコネクタである。
【００１７】
この構成の光増幅器１において、励起光源４からは、たとえば、１．４８μｍ帯の波長の励起光が発生され、これが合波器５を介して前段側の増幅用光ファイバ２ａに、さらにフィルタ３を介して後段側の増幅用光ファイバ２ｂにそれぞれ導入されて各増幅用光ファイバ２ａ，２ｂがポンピングされる。
【００１８】
一方、コネクタ７ａから、たとえば１．５５μｍ帯の波長の信号光が入射されると、この信号光は、アイソレータ６ａ、合波器５を介して前段側の増幅用光ファイバ２ａに入射し、さらに、フィルタ３を介して後段側の増幅用光ファイバ２ｂに入射される。
【００１９】
上記のように、励起光によって各増幅用光ファイバ２a，２bが反転分布状態にあるところに、この信号光が導入されると、各増幅用光ファイバ２a，２b中を伝搬する間に誘導放出効果によって信号光が直接に増幅される。
【００２０】
その場合、各増幅用光ファイバ２a，２bの内部では、自然放出に基づくＡＳＥも同時に発生する。
【００２１】
前段側の増幅用光ファイバ２aで発生したＡＳＥは、信号光の波長λsよりも長波長側の成分がフィルタ３によってカットされて後段側の増幅用光ファイバ２bには伝搬しない。また、後段側の増幅用光ファイバ２bで発生したＡＳＥも、信号光の波長λsよりも長波長側の成分がフィルタ３によってカットされて前段側の増幅用光ファイバ２aには伝搬しない。
【００２２】
つまり、図２に示すように、信号光に着目すれば、この信号光には、短波長側の励起光およびＡＳＥの誘導放出によりエネルギーが与えられるが、信号光よりも長波長側のＡＳＥ成分は、フィルタ３によって従来よりも減衰されていることになるので、信号光のエネルギーが、これよりも長波長側のＡＳＥに移る程度が小さくなり、信号光自体に対する反転分布のエネルギーの寄与率が高くなる。したがって、信号光に対する増幅効率が高まり、高い利得が得られる。また、ＡＳＥの長波長側の成分が除かれるので、信号光のＳ／Ｎ比も同時に改善される。
【００２３】
なお、上記の実施形態では、前後一対の増幅用光ファイバ２a，２bの間にフィルタ３を挿入した構成としているが、増幅用光ファイバを多段に分割して各間にフィルタ３を挿入配置した構成とすることもできる。また、後段側の増幅用光ファイバ２bの信号光出力側にさらにフィルタを接続して、後段側の増幅用光ファイバ２bで発生するＡＳＥの長波長側の成分を除くようにすることもできる。
【００２４】
さらに、図３に示すように、前後一対の増幅用光ファイバ２a，２bの間にアイソレータ６cを挿入し、このアイソレータ６cを構成する部品の反射防止膜に信号光よりも長波長を除去する特性を持った膜を形成することにより、上記と同じフィルタ特性をもたせるようにすることもできる。
【００２５】
図１および図２に示す実施形態の光増幅器１は、増幅用光ファイバの信号光入力側から励起光を導入する、いわゆる前方励起型のものであるが、増幅用光ファイバの信号光出力側から励起光を導入する後方励起型のものであっても適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、増幅用光ファイバの内部で発生するＡＳＥの波長成分の内、信号光よりも長波長側の成分がフィルタで除かれるので、反転分布のエネルギーが長波長側のＡＳＥの増幅に変換されていくのを従来よりも少なくすることができる。
【００２７】
したがって、信号光に対する増幅効率が高まり、利得を一層向上させることが可能となる。しかも、ＡＳＥの成分が減衰される分、信号光のＳ／Ｎ比も同時に改善することができる。
【００２８】
さらに、バンドパスフィルタを設けた従来のものより広帯域を確保できるので、波長分割多重伝送の要請にも応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光増幅器の全体構成を示す図である。
【図２】図１の光増幅器のフィルタを通過する光の波長とエネルギーとの関係を示す説明図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る光増幅器の全体構成を示す図である。
【図４】励起光、信号光、および自然放出光(ＡＳＥ)の波長と強度との関係を示す説明図である。
【図５】従来の光増幅器において発生する光の波長とエネルギーとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１…光増幅器、２a，２b…増幅用光ファイバ、３…フィルタ、４…励起光源、６a〜６c…アイソレータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導放出効果に基づいて信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバを増幅素子として用いた光増幅器に係り、特には、増幅用光ファイバ内部で発生する自然放出光(ＡＳＥ)の影響を低減するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光通信システム等において使用される光増幅器として、Ｅr，Ｎd等の希土類元素をドープした増幅用光ファイバを増幅素子として設け、この増幅用光ファイバの誘導放出効果に基づいて信号光を直接に増幅するようにしたものが提供されている。
【０００３】
このような光増幅器では、たとえば、１.４８μm帯の波長の励起光によって増幅用光ファイバがポンピングされて反転分布状態にあるところに、１.５５μm帯の波長の信号光が入射されると、この信号光が増幅用光ファイバ中を伝搬する間に誘導放出効果によってこの信号光が直接に増幅される。
【０００４】
このように、信号光の直接増幅を行う場合、増幅用光ファイバの内部では、誘導放出に基づく光だけでなく、自然放出に基づく蛍光(以下、ＡＳＥと称する)も同時に発生する。
【０００５】
このＡＳＥは、信号光の波長の前後にわたって発生するインコヒーレントな蛍光であって、このＡＳＥをそのままにしておくと、信号光が増幅される際に同時に増幅されることになって、信号光に対する相対的な増幅効率が低下する。しかも、このＡＳＥは信号光に対する雑音となるため、Ｓ／Ｎ比が低下することにもなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、増幅用光ファイバの出力側にバンドパスフィルタを設けることで、このような不要なＡＳＥを除くようにしている(たとえば、M.Yoshida et al., Technical Digest on Optical Amplifiers and Their Applications, 1990, WD1, pp282-285参照)。
【０００７】
しかし、バンドパスフィルタを設けた場合、増幅用光ファイバから出るＡＳＥを除くことができるものの、増幅用光ファイバ内部では、誘導放出効果は信号光のみに寄与するだけでなく、ＡＳＥの増幅にも寄与することになるので、信号光に対する相対的な増幅効率は依然として悪く、信号光の利得を高めるのに限界がある。
【０００８】
すなわち、図４に示すように、励起光の波長λpに比べて増幅対象となる信号光λsの波長は大きく、また、この信号光の波長λsの前後の領域ΔλASEにわたってＡＳＥが発生する。そして、増幅に寄与する反転分布のエネルギーは、図５に示すように、短波長の励起光からこれよりも長波長側の信号光およびＡＳＥへの誘導放出により与えられる。したがって、信号光に着目すれば、この信号光には、短波長側の励起光およびＡＳＥの誘導放出によりエネルギーが与えられるが、この信号光のエネルギーは、さらにこれよりも長波長側のＡＳＥに移るために、信号光自体に対する反転分布のエネルギーの寄与率は不十分となる。
【０００９】
しかも、従来のように、バンドパスフィルタを設けた場合には、通過可能な波長帯域が狭められるので、波長の異なる複数の信号光を一つの光ファイバで伝送する、いわゆる波長分割多重伝送を行いたいという要求に十分応えられなくなる。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、増幅用光ファイバの内部で発生するＡＳＥを効率的に減衰できるようにして、信号光に対する増幅効率を高めて利得を一層向上させるとともに、信号光のＳ／Ｎ比も改善し、さらに、波長分割多重伝送の要求にも応えられるようにすることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、次の構成を採る。
【００１２】
すなわち、本発明では、誘導放出効果に基づいて信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバを備え、この増幅用光ファイバの途中には、信号光の増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）の波長成分の内、信号光の波長よりも長波長側に位置するＡＳＥ波長成分の全てをカットする一方、信号光の波長よりも短波長側に位置するＡＳＥ波長成分および信号光を伝搬するフィルタが介在されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る光増幅器の全体を示す構成図である。
【００１４】
同図において、符号１は光ファイバ増幅器の全体を示し、２a，２bは信号光を誘導放出効果によって増幅するための一対の増幅用光ファイバで、共にコアまたはコアの外周にＥrやＮd等の希土類元素をドープして構成されていて、両者２a，２bで信号光に対する所望の利得が得られるように設定されている。
【００１５】
また、３は一対の増幅用光ファイバ２a，２bの間に挿入されたフィルタで、このフィルタ３は、信号光の波長λsよりも長波長側の光(図２で示される波長λf以上の光)を全てカットするように構成された、いわゆるＳＷＰＦ(Ｓhort ＷaveＰass Ｆilter)である。
【００１６】
４は各増幅用光ファイバ２a，２bをポンピングするためのレーザダイオード等からなる励起光源、５は信号光と励起光源４からの励起光を合波して増幅用光ファイバ２a，２bに導入するための合波器、６a，６bは不要な端面反射を防止して光を一方向にのみ通過させるためのアイソレータ、７a，７bはこの光増幅器１を図示しない通信用光ファイバ等に接続するためのコネクタである。
【００１７】
この構成の光増幅器１において、励起光源４からは、たとえば、１．４８μｍ帯の波長の励起光が発生され、これが合波器５を介して前段側の増幅用光ファイバ２ａに、さらにフィルタ３を介して後段側の増幅用光ファイバ２ｂにそれぞれ導入されて各増幅用光ファイバ２ａ，２ｂがポンピングされる。
【００１８】
一方、コネクタ７ａから、たとえば１．５５μｍ帯の波長の信号光が入射されると、この信号光は、アイソレータ６ａ、合波器５を介して前段側の増幅用光ファイバ２ａに入射し、さらに、フィルタ３を介して後段側の増幅用光ファイバ２ｂに入射される。
【００１９】
上記のように、励起光によって各増幅用光ファイバ２a，２bが反転分布状態にあるところに、この信号光が導入されると、各増幅用光ファイバ２a，２b中を伝搬する間に誘導放出効果によって信号光が直接に増幅される。
【００２０】
その場合、各増幅用光ファイバ２a，２bの内部では、自然放出に基づくＡＳＥも同時に発生する。
【００２１】
前段側の増幅用光ファイバ２aで発生したＡＳＥは、信号光の波長λsよりも長波長側の成分がフィルタ３によってカットされて後段側の増幅用光ファイバ２bには伝搬しない。また、後段側の増幅用光ファイバ２bで発生したＡＳＥも、信号光の波長λsよりも長波長側の成分がフィルタ３によってカットされて前段側の増幅用光ファイバ２aには伝搬しない。
【００２２】
つまり、図２に示すように、信号光に着目すれば、この信号光には、短波長側の励起光およびＡＳＥの誘導放出によりエネルギーが与えられるが、信号光よりも長波長側のＡＳＥ成分は、フィルタ３によって従来よりも減衰されていることになるので、信号光のエネルギーが、これよりも長波長側のＡＳＥに移る程度が小さくなり、信号光自体に対する反転分布のエネルギーの寄与率が高くなる。したがって、信号光に対する増幅効率が高まり、高い利得が得られる。また、ＡＳＥの長波長側の成分が除かれるので、信号光のＳ／Ｎ比も同時に改善される。
【００２３】
なお、上記の実施形態では、前後一対の増幅用光ファイバ２a，２bの間にフィルタ３を挿入した構成としているが、増幅用光ファイバを多段に分割して各間にフィルタ３を挿入配置した構成とすることもできる。また、後段側の増幅用光ファイバ２bの信号光出力側にさらにフィルタを接続して、後段側の増幅用光ファイバ２bで発生するＡＳＥの長波長側の成分を除くようにすることもできる。
【００２４】
さらに、図３に示すように、前後一対の増幅用光ファイバ２a，２bの間にアイソレータ６cを挿入し、このアイソレータ６cを構成する部品の反射防止膜に信号光よりも長波長を除去する特性を持った膜を形成することにより、上記と同じフィルタ特性をもたせるようにすることもできる。
【００２５】
図１および図２に示す実施形態の光増幅器１は、増幅用光ファイバの信号光入力側から励起光を導入する、いわゆる前方励起型のものであるが、増幅用光ファイバの信号光出力側から励起光を導入する後方励起型のものであっても適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、増幅用光ファイバの内部で発生するＡＳＥの波長成分の内、信号光よりも長波長側の成分がフィルタで除かれるので、反転分布のエネルギーが長波長側のＡＳＥの増幅に変換されていくのを従来よりも少なくすることができる。
【００２７】
したがって、信号光に対する増幅効率が高まり、利得を一層向上させることが可能となる。しかも、ＡＳＥの成分が減衰される分、信号光のＳ／Ｎ比も同時に改善することができる。
【００２８】
さらに、バンドパスフィルタを設けた従来のものより広帯域を確保できるので、波長分割多重伝送の要請にも応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光増幅器の全体構成を示す図である。
【図２】図１の光増幅器のフィルタを通過する光の波長とエネルギーとの関係を示す説明図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る光増幅器の全体構成を示す図である。
【図４】励起光、信号光、および自然放出光(ＡＳＥ)の波長と強度との関係を示す説明図である。
【図５】従来の光増幅器において発生する光の波長とエネルギーとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１…光増幅器、２a，２b…増幅用光ファイバ、３…フィルタ、４…励起光源、６a〜６c…アイソレータ。
Claims (1)
- 誘導放出効果に基づいて信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバを備え、この増幅用光ファイバの途中には、信号光の増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）の波長成分の内、信号光の波長よりも長波長側に位置するＡＳＥ波長成分の全てをカットする一方、信号光の波長よりも短波長側に位置するＡＳＥ波長成分および信号光を伝搬するフィルタが介在されていることを特徴とする光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24628396A JP3740750B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24628396A JP3740750B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093175A JPH1093175A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3740750B2 true JP3740750B2 (ja) | 2006-02-01 |
Family
ID=17146248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24628396A Expired - Fee Related JP3740750B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3740750B2 (ja) |
-
1996
- 1996-09-18 JP JP24628396A patent/JP3740750B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1093175A (ja) | 1998-04-10 |
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Legal Events
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| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
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