JP3752002B2 - 光ファイバ増幅装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおけるEr³⁺イオンドープ石英系光ファイバを用いて入力光信号を増幅する光ファイバ増幅装置に関するもので、特に増幅帯域を拡大した光ファイバ増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、実用化が進められている光通信システムにおいては、光ファイバ伝送路中での損失による信号光の減衰を補償するために、所定距離ごとに光増幅装置が設けられている。
その光増幅装置としてEr³⁺イオンドープ石英系光ファイバを用いた光ファイバ増幅装置がある。
この光ファイバ増幅装置は、増幅用のEr³⁺イオンをドープした光ファイバ中に励起用の光源から出力された励起光を伝搬させると、その励起光によってEr³⁺イオンが高いエネルギー準位に励起してエネルギー反転分布ができる。このEr³⁺イオンが励起した光ファイバ中を増幅しようとする光信号が伝搬すると、その光信号により誘導放出が生起されて、伝搬する光信号が増幅されるものである。
【０００３】
この光ファイバ増幅装置は、伝送用光ファイバとの結合が容易でしかも整合が良いこと、増幅特性に偏波依存性がないこと、さらには電気回路を大幅に減らすことができ、光通信システムのコスト自体を低減させることもできる等種々の利点がある。
ところで、近年光通信システムにあっては、伝送情報の高密度化に伴い伝送線路の伝送速度の向上とともに波長多重による伝送容量の増大化が要望されている。
【０００４】
上記の波長多重伝送方式では、光増幅装置の各波長に対する利得の平坦性と、増幅帯域が問題となる。
Er³⁺イオンドープ光ファイバを用いた光ファイバ増幅装置の増幅帯域を拡大する方法としては、光ファイバにEr³⁺イオンの他にAlを共ドープする方法がとられている。例えば図５は、Er³⁺イオンのみをドープした場合の波長に対する増幅特性であり、図６は、Er³⁺イオンにAlを共ドープした場合の波長に対する増幅特性である。
Er³⁺イオンのみをドープした場合に比較してAlを共ドープした場合の方が波長に対する増幅帯域が拡大しているのがわかる。
【０００５】
【発明が解決しｓようとする課題】
しかしながら、Alを共ドープした場合でも増幅波長の上限は1.560μm 程度までである。通常、波長多重伝送における増幅帯域としては波長に対する利得特性が比較的平坦な1.550μm 〜1.560μm が使用されている。この波長帯域に配置できる波長の数は、光源の波長安定性、光合分波器の波長安定性などの制約から４波〜８波程度に制限される。
従って、さらに多数の波長多重を行うためには、光ファイバ増幅装置の波長に対する増幅帯域を拡大する必要がある。
増幅帯域を拡大するに当たっては、1.48μm 帯は励起光源の波長帯域であり、短波長側への増幅帯域の拡大は実用上好ましくない。
従って、増幅帯域を拡大するためには、すでに使用されている1.550μm 〜1.560μm から、より長波長側へ増幅帯域を拡大する必要がある。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決し、長波長側へ増幅帯域を拡大して多数の波長多重を可能にした光ファイバ増幅装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【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に以下のような手段を有している。
【０００８】
本発明の請求項１の光ファイバ増幅装置は、Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバのEr³⁺イオンを1.50μm より長波長帯の励起光により励起して、Er³⁺イオンの⁴I_15/2準位と⁴I_13/2準位との間に反転分布を形成し、この反転分布に基づく誘導放出により、前記Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバに入射された1.50μm より長波長帯の光信号を増幅する光ファイバ増幅装置において、前記1.50μm より長波長帯の励起光として励起光用Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバより発生する誘導放出光を用いるとともに、 1.48 μ m 帯または 0.98 μ m 帯の励起光を複合して用いることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２の光ファイバ増幅装置は、励起光用 Er ³⁺ イオンドープ石英系光ファイバが共振器構造を有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ファイバ増幅装置によれば、以下のようにして増幅帯域を長波長側に拡大している。
Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバは、Er³⁺イオンの⁴I_15/2 準位と⁴I_13/2 準位とは縮退が解けて図７に示すようにいくつかのサブレベルに分かれ、その吸収スペクトルは、図８に示すようにこれらサブレベル間の遷移の重ね合わせとなっている。
したがって、適当な励起波長と信号波長とを組み合わせることにより４準位系の光増幅装置を構成することができる。
【００１１】
ここで、Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバを用いた光ファイバ増幅装置の増幅帯域を1.560μm より長波長側に拡大するためには、1.53μm 帯に励起波長を選ぶことで、1.560μm 〜1.58μm 帯に図４に示すように増幅帯域が得られる。これにより、光ファイバ増幅装置の増幅帯域を長波長側に拡大することが達成される。
ところが一方、励起光源として現在実用化されているのは、1.48μm および0.98μm 帯であり、1.53μm 帯の実用的な励起光源は開発されていない。
そこで、Er³⁺イオンのみをドープしたEr³⁺イオンドープ光ファイバが図５に示すように1.53μm 帯に発光スペクトルを持っているので、本発明の光ファイバ増幅装置は、この1.53μm 帯の発光スぺクトルを励起光源として使用して増幅帯域を長波長側に拡大したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施の形態により詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の光ファイバ増幅装置の一実施の形態を示すものである。
図１において、光ファイバ増幅装置１は、Erのみをドープした励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２とErの他にAlをドープしたEr³⁺イオンドープ光ファイバ３とを備えている。励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２とErの他にAlをドープしたEr³⁺イオンドープ光ファイバ３とは光合分波器４を介して接続されている。
【００１３】
Er³⁺イオンドープ光ファイバ２の入力端には励起光源５が接続され、出力端には光アイソレータ６が接続されている。光アイソレータ６の出力端は光合分波器４の入力端に接続されている。光合分波器４には信号光の入力端７およびEr³⁺イオンドープ光ファイバ３の入力端が接続されている。Er³⁺イオンドープ光ファイバ３の出力側には光合分波器８を介して光アイソレータ９が接続され、光アイソレータ９の出力側には信号光出力端１０が接続されている。図中１１はEr³⁺イオンドープ光ファイバ３の励起光源で、励起光源１１の励起光は光合分波器８を介してEr³⁺イオンドープ光ファイバ３に入射される。
【００１４】
上記のように構成された光ファイバ増幅装置は以下のように作用する。
前段の励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２の励起光源５として1.48μm の励起光を用いるとEr³⁺イオンドープ光ファイバ２から1.53μm 帯の誘導放出光が出射される。
この1.53μm 帯の誘導放出光が後段のEr³⁺イオンドープ光ファイバ３に導かれ、後段のEr³⁺イオンドープ光ファイバ３で信号光出力端１０から入力された信号光を励起する。この1.53μm 帯の励起光は図４に示すように主に1.56μm 以上の波長域の増幅に寄与する。
【００１５】
一方、後段のEr³⁺イオンドープ光ファイバ３には、同時に励起光源１１より1.48μm の励起光が入射される。この励起光源１１は、主に、1.55μm 〜1.56μm 帯の増幅に寄与する。
このように、1.48μm の励起光を前段のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２で増幅して1.53μm 帯の誘導放出光とし、この誘導放出光を後段のEr³⁺イオンドープ光ファイバ３の励起光として用いることにより増幅帯域を長波長側へ拡大することにより広帯域光増幅装置とするものである。
【００１６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の光ファイバ増幅装置の他の実施の形態を示すものである。
図２において、光ファイバ増幅装置１Ａは、Erのみをドープした励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２とErの他にAlをドープしたEr³⁺イオンドープ光ファイバ３とを備えている。励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２とErの他にAlをドープしたEr³⁺イオンドープ光ファイバ３とは光合分波器４を介して接続されていることは実施の形態１と同様である。
【００１７】
この実施の形態２の光ファイバ増幅装置１Ａの特徴は、Er³⁺イオンドープ光ファイバ２の入力端側に光合分波器２１を介して反射器２２が設けられていることである。励起光源５は、光合分波器２１を介して同じくEr³⁺イオンドープ光ファイバ２に接続されている。
その他の構成は実施の形態１と同様につき同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
反射器２２をEr³⁺イオンドープ光ファイバ２の入力端側に設けることによって、Er³⁺イオンドープ光ファイバ２で増幅された誘導放出光の内、Er³⁺イオンドープ光ファイバ２の入力側に進行する誘導放出光を反射させることにより、効率よく1.53μm 帯の誘導放出光をEr³⁺イオンドープ光ファイバ３に結合させることができる。
【００１８】
（実施の形態３）
図３は、本発明の光ファイバ増幅装置のさらに他の実施の形態を示すものである。
図３において、光ファイバ増幅装置１Ｂは、Erのみをドープした励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２とErの他にAlをドープしたEr³⁺イオンドープ光ファイバ３とを備えている。励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ２とErの他にAlをドープしたEr³⁺イオンドープ光ファイバ３とは光合分波器４を介して接続されていることは実施の形態１と同様である。
【００１９】
この実施の形態３の光ファイバ増幅装置１Ｂの特徴は、Er³⁺イオンドープ光ファイバ２の両端に反射器３２Ａ、３２Ｂが設けられていることである。励起光源５は、光合分波器２１を介してEr³⁺イオンドープ光ファイバ２に接続されていることは実施の形態２と同じである。
その他の構成は実施の形態１と同様につき同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
反射器３２Ａ、３２ＢをEr³⁺イオンドープ光ファイバ２の両端に設けることによって、Er³⁺イオンドープ光ファイバ２で増幅された誘導放出光を共振させることによって、1.53μm 帯の誘導放出光をEr³⁺イオンドープ光ファイバ３に効率よく結合させることができる。
【００２０】
（その他に実施の形態）
なお、上記実施の形態において、Er³⁺イオンドープ光ファイバ２の励起光源５およびEr³⁺イオンドープ光ファイバ３の励起光源１１として1.48μm の励起光を用いたが、励起光は1.48μm に限るものではなく、0.98μm の励起光を用いてもよく、1.48μm と0.98μm の励起光を同時に用いてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１の光ファイバ増幅装置によれば、Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバで発生する誘導放出光をEr³⁺イオンドープ石英系光ファイバの励起光とすることにより、従来では得られなかった増幅帯域を長波長側に拡大することが可能となり、また、 Er ³⁺ イオンドープ石英系光ファイバの励起光として励起光用 Er ³⁺ イオンドープ石英系光ファイバより発生する誘導放出光を用いるとともに、 1.48 μ m 帯または 0.98 μ m 帯の励起光を複合して用いることにより、増幅帯域を長波長側に拡大して増幅帯域を広くすることが可能となった。
【００２２】
本発明の請求項２の光ファイバ増幅装置によれば、励起光用 Er ³⁺ イオンドープ石英系光ファイバが共振器構造を有しているので、励起光用 Er ³⁺ イオンドープ石英系光ファイバの誘導放出光を Er ³⁺ イオンドープ光ファイバに効率よく結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ増幅装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の光ファイバ増幅装置の他の実施の形態を示す説明図である。
【図３】本発明の光ファイバ増幅装置のその他の実施の形態を示す説明図である。
【図４】 Er³⁺イオンドープ光ファイバが1.53μm 帯で励起した場合の増幅特性を示す説明図である。
【図５】 Er³⁺イオンのみドープされた光ファイバの増幅特性を示す説明図である。
【図６】 Alが共ドープされたEr³⁺イオンドープ光ファイバの増幅特性を示す説明図である。
【図７】 Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバにおけるEr³⁺イオンの⁴I_15/2順位と⁴I_13/2順位との縮退が解けてサブレベルに分かれた状態を示す説明図である。
【図８】 Er³⁺イオンがドープされた光ファイバの吸収特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ増幅装置
２ 励起光用のEr³⁺イオンドープ光ファイバ
３ Er³⁺イオンドープ光ファイバ
４ 光合分波器
５ 励起光源
６ 光アイソレータ
７ 信号光の入力端
８ 光合分波器
９ 光アイソレータ
１０ 信号光の出力端
１１ 励起光源
２１ 光合分波器
２２ 反射器
３２Ａ 反射器
３２Ｂ 反射器

Claims (2)

1. Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバのEr³⁺イオンを1.50μm より長波長帯の励起光により励起して、Er³⁺ イオンの ⁴I_15/2準位と⁴I_13/2準位との間に反転分布を形成し、この反転分布に基づく誘導放出により、前記Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバに入射された1.50μm より長波長帯の光信号を増幅する光ファイバ増幅装置において、前記1.50μm より長波長帯の励起光として励起光用Er³⁺イオンドープ石英系光ファイバより発生する誘導放出光を用いるとともに、 1.48 μ m 帯または 0.98 μ m 帯の励起光を複合して用いることを特徴とする光ファイバ増幅装置。
2. 励起光用 Er ³⁺ イオンドープ石英系光ファイバが共振器構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅装置。

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