JP3783916B2

JP3783916B2 - 光増幅器

Info

Publication number: JP3783916B2
Application number: JP2000243970A
Authority: JP
Inventors: 奈月本田; 史泉田; 公紀佐藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002057393A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅器に関し、特に試験波長１．６５μｍの光試験監視システムにおける光増幅器として有用なものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光伝送システムにおいて、通信光に影響なく試験を行うためには、通信光と異なる波長を試験光を用いる必要がある。ＤＷＤＭ方式のように１．６２５μｍまでを通信波長域とする通信システムに対応するためには、１．６５μｍ光を試験波長とする試験・監視システムが必要不可欠である（N.Tomita et al.,NOC '96 WDM Networks,pp.30-37,1996）。この試験システムの長延化等の高性能化・高機能化を図るために様々な１．６５μｍの増幅器について検討がなされてきた。
【０００３】
図４に希土類元素イオンを添加した光ファイバを用いた従来技術に係る光ファイバ増幅器の一般的な構造を示す。同図中、１は光アイソレータ、３は励起光と信号光を合波するカプラ、４は希土類元素イオンを添加した光ファイバ、５は光ファイバ４中の希土類元素を光学的に励起するよう半導体レーザで形成した励起光源である。
【０００４】
上記光ファイバ増幅器は、希土類元素添加の光ファイバ４と、この光ファイバ４中の希土類元素を光学的に励起する励起光源５と、これらを結合するカプラ３、反射光等による発振を抑える光アイソレータ１で構成されており、信号光（増幅される光をいう。以下同じ。）と励起光が光ファイバ４に入力されると該光ファイバ４内で励起光による反転分布状態が形成され、その結果、信号光が光ファイバ４内で誘導増幅される。
【０００５】
１．６５μｍ帯を増幅する希土類添加の光ファイバ増幅器として、Ｔｍをコアに添加し、クラッドにＴｂを添加したＴｍ添加フッ化物ファイバ（ＴＤＦ）を希土類添加光ファイバとして用いたものが提案されている。
【０００６】
しかし、このＴＤＦでは増幅効率のピークが１．６７μｍ付近であり、１．６５μｍ帯の利得が１０ｄＢ程度と低い。
【０００７】
このため高利得を得るべく、増幅器を多段で直列に組み合わせた、いわゆるカスケード接続構造を採っている。かかる光ファイバ増幅器を図５に示す。同図に示す光ファイバ増幅器は、希土類元素添加の光ファイバ４、励起光源５、信号光と励起光を合波するカプラ（ＷＤＭカプラ）３、アイソレータ１から構成される光増幅器を二段に直列につなげ、二つの光増幅器の間に狭帯域バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７を挟んで自然放出光（ＡＳＥ）を低減させたものである（T.Sakamoto et al.,IEEE Photon.Tecnl.Lett.,vol.8, pp.349-351,1996）。
【０００８】
しかし、上述の如きカスケード構成を採るためには、光部品や励起光源が複数必要となり、増幅器が高価なものとなるという問題がある。
【０００９】
図６に光サーキュレータと反射器を用いた光増幅器（S.Nishi,et al.,Proc.ECOC `90,pp.99-102, 1990）を示す。図６に示す光ファイバ増幅器は、希土類元素添加の光ファイバ４、光サーキュレータ２、励起光源５、カプラ３、反射器６を備えている。入力した信号光は光サーキュレータ２のポート２−１からポート２−２へと導かれ、カプラ３を用いて励起光源５からの励起光と合波され、光ファイバ４を通って増幅される。さらに、光ファイバ４を通り抜けた信号光は、反射器６により折り返して再び光ファイバ４を通り、再度増幅され、カプラ３を通り、光サーキュレータ２のポート２−２からポート２−３へ出力される。
【００１０】
かかる構成によれば、光ファイバ４と励起光源５、カプラ３をカスケード接続する構成（図５参照）よりも小型で実現できる。一方、利得は同等のものとなる。
【００１１】
しかし、上述の如く希土類元素添加の光ファイバ４にＴＤＦを用いた場合、１．６５μｍの高利得を得るために、励起光パワーを増大させたとき、１．６６〜１．７０μｍのＡＳＥが大きく発生し、所望の帯域以外で発振が起こり高利得を安定に得られないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、試験光を安定に、かつ高利得で得るための光増幅器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１４】
希土類元素のＴｍイオンをコア部に添加した光ファイバのコアもしくはクラッドに希土類元素のＴｂイオンを共添加した光ファイバと、信号光と励起光とを合波して上記光ファイバに入力するカプラとを有する光増幅部を有し、信号光を入出力する光サーキュレータを、上記光増幅部の一端側に接続するとともに、信号光のみを透過し、自然放出光を低減する狭帯域フィルタと、信号光のみを反射する反射器とを、上記光増幅部の他端側に、上記光増幅部から見て、上記狭帯域フィルタ、上記反射器の順に接続して構成し、更に、上記狭帯域フィルタと上記反射器との間に、信号光パルスが光ファイバ中に占める長さの１／２以上に相当する長さである通常の構造の光ファイバを具備し、上記反射器に反射される信号光パルスを遅延させたこと。この結果、本発明によれば、信号光は光ファイバを往復することにより２倍の利得を得ることができ、さらに狭帯域フィルタを２度通過することによって、ＡＳＥの遮断効果も２倍となる。
【００１５】
又、この結果、本発明によれば、光ファイバでの１回目の信号光の増幅過程である一次増幅過程と、反射して戻ってくるときの２回目に起こる増幅過程である二次増幅過程とが同時に光ファイバ中に存在する状態を回避し得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。なお、図１中、図４乃至図６と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１に示すように、Ｔｍ添加の光ファイバ（ＴＤＦ）４は、コアにＴｍイオンを２０００ｐｐｍ、クラッドにＴｂイオンを４０００ｐｐｍの濃度で添加したフッ化物光ファイバで、長さは１．３ｍである。励起光源５には１．２２μｍの半導体レーザを用いた。カプラ（ＷＤＭカプラ）３は１．６５μｍ信号光と１．２２μｍ励起光を合波する。反射器６はファイバブラッググレーティング反射器（ＦＢＧ）を用い、光ファイバ４と反射器６との間に、ＡＳＥを低減するための狭帯域フィルタ７を挿入して発振を抑えている。狭帯域フィルタ７は１．６５μｍを中心波長とする半値幅３ｎｍ、透過損失０．７ｄＢ、遮断量約２０ｄＢの特性を有する。反射器６は１．６４〜１．６６μｍ帯の反射減衰量が０．５ｄＢであり、その他の帯域の反射減衰量が約２２ｄＢの特性を有する。
【００１９】
光サーキュレータ２のポート２−１から入射した１．６５μｍ信号光パルスはポート２−２を通り、カプラ３で１．２２μｍ励起光と合波されて光ファイバ４に入る。光ファイバ４で増幅されたパルス状の信号光は狭帯域フィルタ７を抜け、反射器６により光路を折り返して再び光ファイバ４を通過して増幅される。一方、励起光は反射器６において透過され、反射されない。光ファイバ４を往復したパルス状の信号光は、再びカプラ３を通り、光サーキュレータ２のポート２−２へ入り、ポート２−３から出射される。狭帯域フィルタ７は反射器６と光ファイバ４の間に位置し、信号光である１．６５μｍの光のみを透過する。
【００２０】
本形態の有効性を確認するために、図６の構成において、光サーキュレータ２のポート２−３に光スペクトラムアナライザを接続して測定した光スペクトル波形を図２に▲１▼の符号を付して示す。励起パワーを上げていくと▲１▼に示すように、１．６６μｍ付近で発振していることがわかる。図２中の▲２▼の符号は、本形態に係る図１に示す構成において同様の測定をした場合の光スペクトル波形である。狭帯域フィルタ７で信号光のみを狭帯域に透過し、その他の波長の光を遮断することにより発振が抑制され、１．６５μｍでの高利得を得られた。これは、本構成により、発振を抑えることができ、１００ｍＷ以上の励起が可能となったからである。
【００２１】
図１に示す上記第１の実施の形態の如く、反射器６と光サーキュレータ２を用いた光増幅器において信号光パルスは光ファイバ４中を往復する。ここで、説明を簡単にするため、光ファイバ４での１回目の信号光パルスの増幅過程を一次増幅過程、反射して戻ってくるときの２回目に起こる増幅過程を二次増幅過程と呼ぶ。光ファイバ４と反射器６との間の長さは数ｍであるため、一つの信号光パルスが光ファイバ４を完全に抜ける前に、反射して光ファイバ４に戻ってくる。この結果、一次増幅過程と二次増幅過程が同時に光ファイバ４中に存在する。入力した信号光パルスのパワーが高く、利得特性が飽和領域付近である場合は、励起光パワーが一次増幅過程で消費され、二次増幅過程でほとんど増幅しない。そこで、大信号パルス光をを増幅する場合、一次増幅過程と二次増幅過程が同時に光ファイバ４中に存在しないようにタイミングを制御することにより利得の飽和を抑制することができる。この点に配慮した実施の形態を本願発明の第２の実施の形態として説明する。
【００２２】
図３は本発明第２の実施の形態を示す構成図である。同図に示すように、本形態に係る光増幅器は、図１におけるカプラ３と反射器６との間に遅延調整用の光ファイバ８を挿入したものである。
【００２３】
光ファイバ４によって増幅されたパルス幅ｔ[sec] の信号光パルスが、完全に光ファイバ４を通り抜けた後、反射器６で反射され、再度光ファイバ４で増幅されるためには、次式

の条件を満たす長さＬ［ｍ］の遅延調整用の光ファイバ８が、反射器６と狭帯域フィルタ７との間にあればよい。パルス幅１μsec の場合は長さ１００ｍ程度の光ファイバ８を挿入すればよい。
【００２４】
本形態に係る光増幅器による光１μsec 幅の１．６５帯信号パルスの利得は、入力パルスパワー０ｄＢｍの場合、−４０ｄＢｍの小信号利得と同様の２０ｄＢが得られ、大信号入力の増幅に有効な構成であることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、本発明によれば、信号光と励起光とを合波して上記光ファイバに入力するカプラとを有する光増幅部を有する光増幅器において、信号光を入出力する光サーキュレータを、上記光増幅部の一端側に接続するとともに、信号光のみを透過する狭帯域フィルタと、信号光のみを反射する反射器とを上記光増幅部の他端側に接続して構成したので、信号光は光ファイバを往復することにより２倍の利得を得ることができ、さらに狭帯域フィルタを２度通過することによって、ＡＳＥの遮断効果も２倍となる。
この結果、増幅器をカスケード接続した場合に比較して、光源や光学部品の利用を１／２とすることが可能であり、光学部品や光源を増やすことなく高利得を得ると同時に発振を抑えた増幅器とすることができる。
【００２６】
また、本発明は、上記光増幅器において、上記光増幅部と上記反射器との間に、パルス状の信号光の幅の二倍以上に相当する遅延を与える光ファイバを具備するので、この光ファイバでの１回目の信号光の増幅過程である一次増幅過程と、反射して戻ってくるときの２回目に起こる増幅過程である二次増幅過程とが同時に光ファイバ中に存在する状態を回避し得る。
この結果、一次増幅過程と二次増幅過程との信号光が干渉することなく、容易に高利得かつ発振を抑えた増幅器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光増幅器を示す構成図である。
【図２】図１に示す光増幅器と図６に示す光増幅器とにおける光スペクトラム測定波形を示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光増幅器を示す構成図である。
【図４】従来技術に係る光増幅器の第１の構成例を示す構成図である。
【図５】従来技術に係る光増幅器の第２の構成例を示す構成図である。
【図６】従来技術に係る光増幅器の第３の構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
２光サーキュレータ
３カプラ
４（Ｔｍ添加の）光ファイバ
５励起光源
６反射器
７狭帯域フィルタ
８（遅延調整用の）光ファイバ

Claims

希土類元素のＴｍイオンをコア部に添加した光ファイバのコアもしくはクラッドに希土類元素のＴｂイオンを共添加した光ファイバと、
信号光と励起光とを合波して上記光ファイバに入力するカプラとを有する光増幅部を有し、
信号光を入出力する光サーキュレータを、上記光増幅部の一端側に接続するとともに、
信号光のみを透過し、自然放出光を低減する狭帯域フィルタと、信号光のみを反射する反射器とを、上記光増幅部の他端側に、上記光増幅部から見て、上記狭帯域フィルタ、上記反射器の順に接続して構成し、
更に、上記狭帯域フィルタと上記反射器との間に、信号光パルスが光ファイバ中に占める長さの１／２以上に相当する長さである通常の構造の光ファイバを具備し、上記反射器に反射される信号光パルスを遅延させたことを特徴とする光増幅器。