JP3898333B2 - Optical fiber amplifier - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において必要となる低雑音・広帯域光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｅｒ添加光ファイバを増幅媒体に用いた１．５５μｍ帯光ファイバ増幅器は、１．５５μｍ帯光通信システムの重要な構成部品として研究・開発され、デジタル信号を伝送する幹線伝送系からアナログ信号を伝送する光ＣＡＴＶ等へ幅広く適用されている。近年、１．５５μｍ帯光通信システムでは、通信容量の増加を目指し、信号波長の異なる複数の信号光から成る波長多重（ＷＤＭ）信号を用いるＷＤＭ伝送が、精力的に研究・開発されている。このため、光ファイバ増幅器では、広い増幅帯域を有すること、ＷＤＭ信号における信号波長の異なる各信号光を利得の偏差なく増幅する特性が要求される。
【０００３】
図２０に光ファイバ増幅器の基本構成を示す。１２はＥｒ添加ファイバ、７−１、７−２はＥｒ添加ファイバを励起する励起光源で通常、０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯のレーザが用いられる。８−１、８−２は信号光と励起光を合分波する合分波器、９−１、９−２は光アイソレータ、１０−１、１０−２は、Ｅｒ添加ファイバと合分波器８−１、８−２との接続部であり、Ｅｒ添加ファイバとしてＥｒ添加石英系ファイバを用いる場合は融着接続が適用される。
【０００４】
この要求を満たすために、従来技術の構成では次の提案がなされている。
【０００５】
ｉ）従来技術１
１）Ａｌを共添加したＥｒ添加石英系ファイバを増幅媒体に用いる、
２）光増幅器の後段に波長等価器を付加する、
３）Ｅｒ添加フッ化物ファイバを増幅媒体に用いる、
等で、１）により１５４０から１５６０ｎｍにおけるＷＤＭ信号の利得偏差０．２ｄＢ以下（S. Yoshida et al., "Gain-flattened EDFA with high Al concentration for multistage repeatered WDM transｍission systeｍs", Electron. Lett., vol.31, pp.1765-1767, 1995 ）、２）及び３）により１５３２から１５６０ｎｍにおけるＷＤＭ信号の利得偏差１．５ｄＢ以下（R. Kashyap et al., "Wideband gain flattened erbium fiber aｍplifier using a photosensitive fiber blazed grating", Electron. Lett., vol. 29, pp. 154-156, 1993 及びM. Yamada et al., "Fluoride-based erbium-doped fiber aｍplifier with inherently flat gain spectrum", IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 8, pp. 882-884, 1996 ）の特性を有する光ファイバ増幅器が開発されている。また、現在、２）及び３）の光ファイバ増幅器を用いた１Ｔｂｉｔ／ｓ、２．６Ｔｂｉｔ／ｓ等のＷＤＭ伝送実験が報告されている。しかし、ＷＤＭ伝送で使用する通信帯域をより一層広げるためには、光ファイバ増幅器の帯域特性改善が必要不可欠である（上記１．５５μｍ帯で動作する光ファイバ増幅器を以下では１．５５μｍ帯ＥＤＦＡと呼ぶ）。
【０００６】
ｉｉ）従来技術２
一方、Ｅｒ添加石英系ファイバは、１５３０から１５６０ｎｍの増幅帯のほかに、１５７０から１６１０ｎｍ帯に増幅可能域を有することが報告（J.F. Massicott et al., " High gain, broadband, 1.6μm Er3+ doped silica fiber amplifier", Electron. Lett., vol. 26, pp. 1645-1646, 1990 ）されており、この特性を用い、近年、１．５８μｍ帯で動作しかつ利得平坦特性を有する実用的な光ファイバ増幅器（利得平坦域は１５７０〜１６００ｎｍ、また、以下ではこの光ファイバ増幅器を１．５８μｍ帯ＥＤＦＡと呼ぶ）が開発された（特願平９−３４１７６０号）。この１．５８μｍ帯ＥＤＦＡの開発により、従来の１．５５μｍ帯ＥＤＦＡと１．５８μｍ帯ＥＤＦＡを並列接続することにより、広帯域増幅が達成された。
【０００７】
図２１および図２２に並列増幅器の構成図および増幅特性を参考に示す。図２１において、１３は利得平坦特性を有する１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ（利得平坦増幅域１５３０〜１５６０ｎｍ）、１４は利得平坦特性を有する１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ（利得平坦増幅域１５７０〜１６００ｎｍ）、１５−１, １５−２は１．５５μｍ帯の信号と１．５８μｍ帯の信号を合分波する合分器、１６−１, １６−２は１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ１３と１．５５８μｍ帯ＥＤＦＡ１４から出力される信号光強度を調整（１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ１３と１．５５８μｍ帯ＥＤＦＡ１４の信号利得が等しくなるように調整）する光可変減衰器である。本構成により１５３０〜１５６０と１５７０〜１６００ｎｍの両者で増幅域を有する光ファイバ増幅器が実現されており、図２２はその増幅器のＷＤＭ信号増幅特性であり、本増幅器により、１５３０〜１５６０と１５７０〜１６００ｎｍに配置されたＷＤＭ信号の各信号光を均一に増幅できることが確認できる。
【０００８】
しかし、本増幅器では、１） １．５５μｍ帯ＥＤＦＡと１．５８μｍ帯ＥＤＦＡの２つの増幅部から成り構成が複雑である、１５６０〜１５７０ｎｍ間に増幅に適用できない波長域が存在する等の欠点を有した。
【０００９】
ｉｉｉ）従来技術３
従来技術２の欠点を解決し、広帯域な光ファイバ増幅器を実現するために、従来増幅媒体として用いられた、Ｅｒ添加石英系ファイバあるいはＥｒ添加フッ化物ファイバの代わりにＥｒ添加テルライトファイバを用いたテルライトＥＤＦＡが発明された。
【００１０】
図２３にテルライト系ＥＤＦＡの構成を示す。基本構成は図２０と同じシンプルな構成であり、図２０のＥｒ添加光ファイバをＥｒ添加テルライトファイバ１７に変更するだけで、広帯域増幅が実現できるという優れた特徴を有することが報告されている（A. MORI et al., " １.5μm broadband amplification by tellurite-based EDFAs", OFC' 97, PD1, 1997 ）。なお、１１は利得等化器を示し、テルライトＥＤＦＡの増幅特性を平坦化するのに用いられる。図２４にテルライトＥＤＦＡ（利得等化器を付加した場合と付加しない場合の特性）を示す。利得等化器を付加することにより、１５３２〜１６０８ｎｍの広帯域において利得平坦な増幅域が実現されている（M. YAMADA et al., Gain-flattened tellurite-based EDFA with a flat amplification bandwidth of 76 nm, Electron. Lett., vol. 34, pp. 370-371, 1998 ）。
【００１１】
しかしながら、従来技術３の増幅器は、次の欠点を有していた。
【００１２】
１）利得平坦増幅域での雑音指数が７ｄＢ以下と雑音特性に課題がある。
【００１３】
２）Ｅｒ添加テルライトファイバ１７と合分波器８−１、８−２との接続部に汎用性のある融着接続技術が適用できない（通常、本接続は、Ｖ溝を用いた接続が適用されるが、この接続は融着に比べ若干作業性が悪い）。
【００１４】
ｉｖ）従来技術４
従来技術３の光ファイバ増幅器における欠点１（雑音特性）を改善する方法としては、図２５、図２６および図２７に示すように、従来技術３の光ファイバ増幅器の前段に低雑音特性を有する０．９８μｍ帯励起のＥｒ添加石英系ファイバ増幅器を付加するハイブリッド型光ファイバ増幅器構成を採用する方法が考えられる。１はＥｒ添加石英系ファイバ、２，２−１，２−２はＥｒ添加ファイバを励起する０．９８μｍ帯の励起光源、３，３−１，３−２は信号光と０．９８μｍ帯の励起光を合分波する合分波器、４は光アイソレータ、５−１、５−２は、Ｅｒ添加石英系ファイバと合分波器３−１、３−２との融着接続部である。図２５，図２６および図２７は各々、前方励起、後方励起、双方向励起系を用いた０．９８μｍ帯励起・Ｅｒ添加石英系ファイバ増幅器を使用した場合を示す。しかし、本増幅器で使用するＥｒ添加石英系ファイバ１に関する明確な設計法が明らかとなっていなかった。
【００１５】
すなわち、雑音特性は基本的にはハイブリッドにより改善できることが知られていたが、本構成の有効性を実現するのにはＥｒ添加石英系ファイバ１のパラメータ設定が重要である。
【００１６】
図２８にＥｒ添加石英系ファイバ１のパラメータが最適化されていない従来技術４の増幅特性を示す（ただし、テルライトＥＤＦＡには利得等化器を付加していない場合の特性であるが、ハイブリッド構成では利得等化器の有無に関して雑音特性に影響を与えない）。波長域１５９０ｎｍ以上で雑音指数が大きく劣化し、ハイブリッド増幅系が有効に機能していないことが分かる。
【００１７】
また、１．５５μｍ帯あるいは１．５８μｍ帯で動作する光ファイバ増幅器に関してもハイブリッド増幅系が低雑音動作に関して有効であることが知られているが、従来技術４と同様に、Ｅｒ添加石英系ファイバのパラメータ設定に対する明確な設計法が明らかとなっていなかった。
【００１８】
ｖ）従来技術５
さらに、近年、従来技術３の光ファイバ増幅器における欠点２（接続性）を改善する方法として、Ｅｒ添加石英系ファイバを用いただけで、光ファイバ増幅器の増幅帯域５０ｎｍ程度（信号域: １．５５０〜１６０２ｎｍ）に広がることが報告されている（H. MASUDA et al., Wideband, gain-flattened, erbium-doped fiber amplifier with a 3dB bandwidths of >50 nm）。すなわち、本技術では、増幅媒体にＥｒ添加石英系ファイバを用いるために、融着接続技術が適用できる。しかし、本報告の帯域は前記のように５０ｎｍ程度に制限されており、帯域特性に問題があった。また、従来技術５の報告では信号帯１．５５０域で雑音が５．５ｄＢと実用的低雑音である５ｄＢを実現できておらず、雑音特性に関しても課題があった。さらに、本帯域を有する光ファイバ増幅器を実現するのに必要なＥｒ添加石英系ファイバの仕様に関しても明らかでなかった。
【００１９】
上述したように、従来技術は種々の問題点を有しており、それらを要約すると、従来技術３では、利得平坦増幅域における雑音特性に問題があること、Ｅｒ添加テルライトファイバが汎用性のある融着接続技術が適用できないこと、従来技術４のハイブリッド構成を用いる光ファイバ増幅器では、使用するＥｒ添加石英系ファイバに関する明確な設計法が明らかとなっていないこと（テルライトＥＤＦＡのみならず、１．５５μｍ帯あるいは１．５８μｍ帯で動作する光ファイバ増幅器に関しても明らかとなっていない）、従来技術５の光ファイバ増幅器では、増幅器を構成するのに必要なＥｒ添加石英系ファイバの仕様が明らかでないことと共に、Ｅｒ添加石英系ファイバを増幅媒体に用いる帯域幅の上限は５０ｎｍ程度に制限されていること、雑音特性に問題があること、などである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであり、その目的は低雑音でかつ利得平坦な広帯域光ファイバ増幅器を提供すると共に、従来の１．５５μｍ帯あるいは１．５８μｍ帯動作の光ファイバ増幅器に関しても低雑音特性を確実に実現することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ増幅器は、以下の特徴を有する。
（１）コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを少なくとも備えた光ファイバ増幅器において、
前記光ファイバ増幅器で使用する、
Ｅｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積が５２０００〜１２１０００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、信号利得が２０ｄＢ以上となる値である。
【００２３】
（２）上記（１）の光ファイバ増幅器は、前記光ファイバ増幅器が、コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する０．９８μｍ帯の励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを備えた第１の光増幅部と、コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを備えた第２の光増幅部とを光学的に接続してなり、
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積の和が５２０００〜１２１０００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、信号利得が２０ｄＢ以上となる値である。
【００２５】
（３）上記（２）の光ファイバ増幅器は、前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積の和が５２０００〜１２１０００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、信号利得が２０ｄＢ以上となる値であり、かつ、
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積が６８００〜１７４００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であり、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が１２．９〜３１．５（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が１３．０〜３２．０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、雑音指数が５ｄＢ以下となる値である。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００４４】
本発明に係る光ファイバ増幅器は、コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを少なくとも備えた光ファイバ増幅器を基本構成とする。本発明では、この光ファイバ増幅器で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ実効吸収が、雑音指数および信号利得の少なくとも一方について所定の実用基準を満たす値となるように、規制されている。Ｅｒ添加石英系ファイバのＥｒ実効吸収はファイバの形状寸法等ファイバのデザインとリン、ボロン、アルミニウム、ゲルマニウム等のファイバ添加物の種類、量等によっても変化し得るが、実用的には、Ｅｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積、のいずれかによって表すことができる。これらの値を規制することによって、光ファイバ増幅器の特性として重要な所望の雑音指数および／または信号利得を得るようにすることができることを見いだした。
【００４５】
本発明は大きく２つの実施形態を含む。まず、本発明の第１の実施形態（以下、本発明１という）は、従来技術４で説明したハイブリッド構成において、そこで使用するＥｒ添加石英系ファイバのパラメータを明確に規定して、従来の問題点を解決している。
【００４６】
次に本発明の第２の実施形態（以下、本発明２という）では、従来技術５で明らかにされていなかった、５０ｎｍ以上の広帯域増幅特性を実現するとともに、その実現に必要不可欠なＥｒ添加石英系ファイバの仕様を明らかにしている。
【００４７】
以下、図面を参照して本発明をさらに具体的に説明する。
【００４８】
図１，図２および図３に本発明１の光ファイバ増幅器の基本構成を示す。１はＥｒ添加石英系光ファイバ、２，２−１, ２−２はＥｒ添加石英系光ファイバ１への励起光を発生する０．９８μｍ帯の励起光源、３，３−１, ３−２は信号光と２，２−１, ２−２で発生された励起光を合波する合波部、４は光増幅器の発振を抑えるための光アイソレータ、５−１、５−２は融着接続部、６はＥｒ添加テルライトファイバ等の広帯域増幅特性を有するＥｒ添加ファイバ、７−１、７−２はＥｒ添加光ファイバ６への励起光を発生する励起光源、８−１、８−２は信号光と励起光源７−１、７−２で発生した励起光を合分波する合分波器、９−１、９−２は光アイソレータ、１０−１、１０−２はＥｒ添加ファイバ６と合分波器７−１、７−２との接続部、１１は利得等化器を示す。なお、図１〜図３の後段光ファイバ増幅部の構成としては双方向励起系を示したが、図４および図５に示す前方励起系あるいは後方励起系を採用する場合もある。
【００４９】
本構成は従来技術４と同じであるが、大きな違いは、前段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ１のファイバパラメータが明確に規定されていることにある。図６に、図１のハイブリッド構成を用いて構成した光ファイバ増幅器において、使用するＥｒ添加石英系ファイバ１の長さを５ｍ、１０ｍ、１５ｍとした場合の増幅特性を示す。Ｅｒ添加石英系ファイバ１としては比屈折率差１．８％、カットオフ波長１１３０ｎｍ、Ｅｒ添加濃度１１４０ｐｐｍ、Ａｌ共添加濃度４．２ｗｔ．％のものを用い、０．９８μｍ帯の励起光源２としては０．９８μｍ帯ＬＤ（Ｅｒ添加石英系ファイバ１への励起光量は１００ｍＷ）、広帯域増幅特性を有するＥｒ添加ファイバ６としてはＥｒ添加テルライトファイバ（比屈折率差１．５％、カットオフ波長１１５０ｎｍ、Ｅｒ添加濃度２０００ｐｐｍ、ファイバ長２．５ｍ）、励起光源７−１、７−２としては１．４８μｍ帯ＬＤ（Ｅｒ添加テルライトファイバ６への前方励起光量は１５０ｍＷ、後方励起光量は１５０ｍＷ）を用いた。なお、本特性例では利得等化器１１を使用しない場合を示している。
【００５０】
図６に示すように、使用するＥｒ添加石英系ファイバの長さを変えることにより雑音特性は大きく変化し、５ｄＢ以下の低雑音特性を満足する増幅帯域は、Ｅｒ添加石英系ファイバが５ｍの場合で１５３０〜１５７８ｎｍ、１０ｍの場合で１５３２〜１６０５ｎｍ、１５ｍの場合で１５４３〜１６０８ｎｍである。すなわち、本結果から、低雑音な広帯域光ファイバ増幅器を実現するには本発明で使用するＥｒ添加石英系ファイバ１を約１０ｍに設定する必要があることが分かる。また、１．５５μｍ帯の光ファイバ増幅器（増幅帯域は通常約１５３０ｎｍから約１５６０ｎｍ）の場合は約１０ｍ以下、１．５８μｍ帯の光ファイバ増幅器（増幅帯域は通常約１５７０ｎｍから約１６００ｎｍ）の場合は約１０ｍ以上のＥｒ添加石英系ファイバ１を用いたハイブリッド構成で低雑音化が実現できることが、併せて分かる。
【００５１】
なお、実際にはＥｒ添加石英系ファイバ１の長さは、Ｅｒ添加石英系ファイバ１に添加されるＥｒ添加濃度に大きく依存する。このため、Ｅｒ添加石英系ファイバ１の等価的ファイバ長を示すパラメータとしては、Ｅｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの単位長あたりの吸収値とファイバ長の積が汎用的なファイバ設計パラメータとして通常用いられる。
【００５２】
図７，図８および図９に各々、雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の関係を示す。なお、雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域と石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の関係は、Ｅｒ添加石英系ファイバのファイバパラメター（比屈折率差、カットオフ波長、Ａｌ添加濃度、コア／クラッド構造形成のためのドーパント、励起方法（前方励起、後方励起及び双方向励起）、あるいは後段光ファイバ増幅部の増幅特性によって等により若干異なるが、図７〜図９は、幾つかの上記条件を組み合わせた実験によって明らかにしたものである。
【００５３】
図７〜図９から、
１）増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍの広帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた広帯域光ファイバ増幅器の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）を実現するには、前段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバ１として、少なくとも
（１）石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積が６８００〜１７４００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲、あるいは、
（２）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が１２．９〜３１．５（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲、あるいは、
（３）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が１３．０〜３２．０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲
に設定する必要があることが分かる。
【００５４】
また、
２）増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５６０ｎｍの域特性を有するハイブリッド構成を用いた１．５５μｍ帯光ファイバ増幅器の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）を実現するには、前段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバ１として、少なくとも
（１）石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積が３２００〜１７４００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲、あるいは、
（２）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が４．９〜３１．５（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲、あるいは、
（３）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が５．０〜３２．０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲
に設定する必要があることが分かる。
【００５５】
さらに、
３）増幅帯域が少なくとも１５７５〜１６００ｎｍの域特性を有するハイブリッド構成を用いた１．５８μｍ帯光ファイバ増幅器の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）を実現するには、前段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバ１として、少なくとも
（１）Ｅｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積が４８００（重量ｐｐｍ＊ｍ）以上、あるいは、
（２）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が８．５（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）以上、あるいは、
（３）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が８．６（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）以上
に設定する必要があることが分かる。
【００５６】
すなわち、本発明１では、増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍの広帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた広帯域光ファイバ増幅器あるいは、増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５６０ｎｍの域特性を有するハイブリッド構成を用いた１．５５μｍ帯光ファイバ増幅器あるいは増幅帯域が少なくとも１５７５〜１６００ｎｍの域特性を有するハイブリッド構成を用いた１．５８μｍ帯光ファイバ増幅器の低雑音化は、上記で記載したように前段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのファイバ長とＥｒ添加濃度の積あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を設定することにより実現できる。
【００５７】
次に本発明２を説明する。本発明の特徴は５０ｎｍ以上の広帯域増幅特性を有するＥｒ添加ファイバ６としてＥｒ添加石英系ファイバを用いた光ファイバ増幅器を確実に実現することにあり、従来技術５で明らかにされていなかった、５０ｎｍ以上の広帯域増幅特性を実現するとともに、その実現に必要不可欠なＥｒ添加石英系ファイバの仕様を明らかにしたことにある。
【００５８】
増幅器の構成としては、図１，図２および図３に示すハイブリッド構成（後段光ファイバ増幅部の構成としては双方向励起系の他、図４および図５に示す前方励起系あるいは後方励起系を採用する場合もある）や、図１０，図１１および図１２に示す、前方励起、後方励起、双方向励起系の基本的な光ファイバ増幅器構成でも実現可能である。また、図１，図２および図３ならびに図４および図５では、利得等化器１１を使用した例を示した。しかし、広帯域を実現するためだけであれば、利得等化器１１は不要である。
【００５９】
本発明２の最大の特徴は、広帯域増幅特性を有するＥｒ添加ファイバ６としてＥｒ添加石英系ファイバを使用できるため、従来技術３の問題点であった「Ｅｒ添加テルライトファイバが汎用性のある融着接続技術が適用できない」点を解決でき、また、従来技術５では５０ｎｍの帯域特性に制限されていたものを５０ｎｍ以上の広帯域を確実に実現し、かつその広帯域増幅特性を実現するために必要なＥｒ添加石英系ファイバの仕様を明らかにしたことである。
【００６０】
図１３に、図１のハイブリッド構成を用いて構成した光ファイバ増幅器を用いて構成した広帯域光ファイバ増幅器の増幅特性例を示す（なお、本特性例では利得等化器１１を使用しない場合を示している）。使用した前段光ファイバ増幅部のＥｒ添加石英系ファイバ１の長さは１０ｍ、後段光ファイバ増幅部のＥｒ添加石英系ファイバ６の長さは５０ｍ、６０ｍ、７５ｍの場合の増幅特性である。Ｅｒ添加石英系ファイバ１及び広帯域増幅特性を有するＥｒ添加ファイバ６として用いたＥｒ添加石英系ファイバの比屈折率差は１．８％、カットオフ波長は１１３０ｎｍ、Ｅｒ添加濃度は１１４０ｐｐｍ、Ａｌ共添加濃度は４．２ｗｔ．％であり、０．９８μｍ帯の励起光源２としては０．９８μｍ帯ＬＤ（Ｅｒ添加石英系ファイバ１への励起光量は１００ｍＷ）、励起光源７−１、７−２としては１．４８μｍ帯ＬＤ（Ｅｒ添加石英系ファイバ６への前方励起光量は１５０ｍＷ、後方励起光量は１５０ｍＷ）を用いた。
【００６１】
図１３に示すように、後段光ファイバ増幅部用のＥｒ添加ファイバ６としてＥｒ添加石英系ファイバを用いても広帯域光ファイバ増幅動作が実現できることが分かる。また、Ｅｒ添加ファイバ６として使用するＥｒ添加石英系ファイバの長さを変えることにより、２０ｄＢ以上の信号利得が得られる増幅帯域は長波長にシフトすることも合わせて分かる。
【００６２】
図１４，図１５および図１６に各々、２０ｄＢ以上の信号利得が得られる増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、２０ｄＢ以上の信号利得が得られる増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、２０ｄＢ以上の信号利得が得られる増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の関係を示す。なお、図１４、図１５および図１６におけるＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファバ長の積は、図１、図２および図３に示すハイブリッド構成では前段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ１と後段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ６における各々の値（Ｅｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積）の和であり、図１０、図１１および図１２に示す構成ではＥｒ添加石英系ファイバ６における各々の値（Ｅｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積）に対応する。
【００６３】
さらに、図１４〜図１６は、図７〜図９のところで説明したと同様に、２０ｄＢ以上の信号利得が得られる増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、２０ｄＢ以上の信号利得が得られる増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、２０ｄＢ以上の信号利得が得られる増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の関係は、Ｅｒ添加石英系ファイバのファイバパラメター（比屈折率差、カットオフ波長、Ａｌ添加濃度、コア／クラッド構造形成のためのドーパント、励起方法（前方励起、後方励起及び双方向励起）、あるいは後段光ファイバ増幅部の増幅特性によって等により若干異なるが、本図は、幾つかの上記条件を組み合わせた実験によって明らかにしたものである。
【００６４】
本図から、増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍの広帯域において信号利得２０ｄＢ以上の増幅特性を有する光ファイバ増幅器を実現するには、図１、図２および図３に示すハイブリッド構成では前段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ１と後段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ６におけるＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積の和、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和、あるいは図１０、図１１および図１２に示す構成ではＥｒ添加石英系ファイバ６におけるＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を、少なくとも１）石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積（ハイブリッド構成では、前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部での値の和）が５２０００〜１２１０００（重量ｐｍ＊ｍ）の範囲、あるいは、
２）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積（ハイブリッド構成では、前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部での値の和）が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲、あるいは、
３）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積（ハイブリッド構成では、前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部での値の和）が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲
に設定する必要があることが分かる。
【００６５】
すなわち、本発明２では、増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上、すなわち帯域５０ｎｍ以上の広帯域において信号利得２０ｄＢ以上の増幅特性を有するＥｒ添加石英系ファイバだけを用いる光ファイバ増幅器は、上述したように、図１０、図１１および図１２に示す構成ではＥｒ添加石英系ファイバ６におけるＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を、図１、図２および図３に示すハイブリッド構成では前段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバと後段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバにおけるファイバ長とＥｒ添加濃度の積の和、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和を設定することにより確実に実現できる。
【００６６】
また、従来技術５の帯域〜５０ｎｍ以上の増幅帯域、例えば増幅帯域６０ｎｍ（信号域１５４０〜１６００ｎｍ）の増幅帯域は図１４〜図１６から、図１、図２および図３に示すハイブリッド構成では前段光ファイバ増幅部で使用するｅｒ添加石英系ファイバ１と後段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ６におけるＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積の和、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和、あるいは図１０、図１１および図１２に示す構成ではＥｒ添加石英系ファイバ６におけるＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を、少なくとも
１）石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積（ハイブリッド構成では前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部での値の和）が７４０００〜１２１０００（重量ｐｍ＊ｍ）の範囲、あるいは、
２）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積（ハイブリッド構成では前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部での値の和）が１３４〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲、あるいは、
３）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積（ハイブリッド構成では前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部での値の和）が１３６〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲に設定する必要があることが分かる。
【００６７】
さらに、本発明１と本発明２を組み合わせることにより、低雑音で増幅帯域５０ｎｍ以上の特性を有する光ファイバ増幅器が構成できる。すなわち、従来技術５で達成できていなかった低雑音化（雑音指数５ｄＢ以下）が、広帯域増幅域内で確実に実現できる。例えば、増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍの広帯域において信号利得２０ｄＢ以上の増幅特性と低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）特性を有するＥｒ添加石英系ファイバだけを用いる光ファイバ増幅器は、図１〜３に示すハイブリッド構成を用い、
前段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバ１として、少なくとも
１）石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積が３２００〜１７４００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲、あるいは、
２）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が４．９〜３１．５（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲、あるいは、
３）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積が５．０〜３２．０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲に設定し、かつ、
前段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ１と後段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ６におけるＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積の和、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和を、少なくとも
１）石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積の和が５２０００〜１２１０００（重量ｐｍ＊ｍ）の範囲、あるいは、
２）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲、あるいは、
３）Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の和が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲に設定することにより実現できる。
【００６８】
なお、本発明１では増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ、あるいは少なくとも１５４０〜１５６０ｎｍ、あるいは少なくとも１５７５〜１６００ｎｍの域特性を有するハイブリッド構成を用いた光ファイバ増幅器の（雑音指数５ｄＢ以下）を実現するのに必要な前段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバ１の、石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を上記では示したが、図７〜図９を用いることにより、例えば、少なくとも１５５０〜１５８０ｎｍ、あるいは少なくとも１５６５〜１５８０ｎｍ、あるいは少なくとも１５７０〜１５９０ｎｍの域特性を有するハイブリッド構成を用いた光ファイバ増幅器の（雑音指数５ｄＢ以下）を実現するのに必要な前段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバ１の、石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を決定でき、これにより所望の増幅帯域内の低雑音化（雑音指数５ｄＢ以下）が確実に実現できる。
【００６９】
また同様に、本発明２では増幅帯域が少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍの帯域特性を有するＥｒ添加石英系ファイバだけで構成する光ファイバ増幅器を実現するのに必要な前段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバの石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を上記では示したが、図１４〜図１６を用いることにより、例えば、少なくとも１５５０〜１５８８ｎｍ、あるいは少なくとも１５６５〜１５８０ｎｍ、あるいは少なくとも１５３８〜１５８８ｎｍの域特性を有する光ファイバ増幅器を実現するのに必要なＥｒ添加石英系光ファイバの、石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積を決定でき、これにより２０ｄＢ以上の利得帯域が確実に実現できる（ただし、Ｅｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積、Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積、あるいはＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積は、ハイブリッド構成時では前段および後段光ファイバ増幅部で用いられるＥｒ添加石英系ファイバ１とＥｒ添加石英系ファイバ６の値の和を示す）。
【００７０】
なお、上記発明１の説明では、図１〜図３に示す０．９８μｍ帯の励起光源を用いた前段光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバ１の「石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積」あるいは「Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積」あるいは「Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積」を規定したが、０．９８μｍ帯の励起光源を用いた前段光ファイバ増幅部が複数の増幅部に分かれている場合は、各増幅部で使用されるＥｒ添加石英系ファイバの「石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積の総和」あるいは「Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の総和」あるいは「Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の総和」を規定することにより低雑音増幅器が実現できる。
【００７１】
一方、上記発明２の説明では、図１〜図３に示す前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部からなる光ファイバ増幅器や、図１０〜図１２に示す、単一の光ファイバ増幅部から成る光ファイバ増幅器について説明したが、３つ以上の光ファイバ増幅部から成る光ファイバ増幅器に関しても各増幅部で使用されるＥｒ添加石英系ファイバの「石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積の総和」あるいは「Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の総和」あるいは「Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積の総和」を規定することにより、Ｅｒ添加石英系ファイバを用いた広帯域光ファイバ増幅動作が実現できる。
【００７２】
【実施例】
以下に図面を参照し本発明をより具体的に詳述するが、以下に開示する実施例は本発明の単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を何等限定するものではない。
【００７３】
（実施例１）
図１０〜図１２及び図１７〜図１９を用いて本実施例を説明する。なお、図１０〜図１２では利得等化器１１を付加しているが、本実施例では付加しない場合についても実施した。また、図１７〜図１９のハイブリッド構成を使用する本実施例では利得等化器の位置を前段光ファイバ増幅部と後段光ファイバ増幅部の中間の位置と、最終段に位置する場合及び利得等化器１１を付加しない場合、また前段光ファイバ増幅部、後段光ファイバ増幅部の構成としてはそれぞれ、図１７〜図１９に示すように前方励起、後方励起、双方向励起について実施した。０．９８μｍ帯の励起光源２（２−１, ２−２）としては０．９８μｍ帯ＬＤ、励起光源７（７−１、７−２）としては１．４８μｍ帯ＬＤ、合分波器３（３−１, ３−２）、８（８−１, ８−２）としてバルク型の合分波器、光アイソレータ４、９（９−１, ９−２）としては偏波無依存型のアイソレータ、接続部５−１, ５−２としては融着接続、接続部１０−１, １０−２としては融着接続あるいはＶ溝を用いたＶ溝接続、利得等化器としてはマッハツェンダ型フィルタの３段構成のものを用いた。また、Ｅｒ添加石英系光ファイバ１及びＥｒ添加光ファイバ６としては、以下のいずれかを用いた。
【００７４】
Ｅｒ添加石英系光ファイバ１：
Ｅｒ添加石英系ファイバ１−Ａ：
比屈折率差１．８％、カットオフ波長１．１４μｍ、
Ａｌ添加濃度は４００００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は１１４０重量ｐｐｍ
（１．４８μｍでの吸収損失２．０ｄＢ／ｍ）
（１．５５μｍでの吸収損失２．２ｄＢ／ｍ）
Ｅｒ添加石英系ファイバ１−Ｂ：
１．４８μｍでの吸収損失４ｄＢ／ｍ、
Ａｌ添加濃度は３００００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は２０００重量ｐｐｍ
Ｅｒ添加石英系ファイバ１−Ｃ：
１．５５μｍでの吸収損失１ｄＢ／ｍ、
Ａｌ添加濃度は３５０００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は７００重量ｐｐｍ
Ｅｒ添加光ファイバ６
ファイバ６−Ａ（Ｅｒ添加石英系ファイバ）：
１．４８μｍでの吸収損失４ｄＢ／ｍ、
Ａｌ添加濃度は３００００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は２０００重量ｐｐｍ
ファイバ６−Ｂ（Ｅｒ添加石英系ファイバ）：
１．５５μｍでの吸収損失１ｄＢ／ｍ、
Ａｌ添加濃度は３５０００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は７００重量ｐｐｍ
ファイバ６−Ｃ（Ｅｒ添加テルライトファイバ）：
比屈折率差１．５％、カットオフ波長１．１５μｍ、
Ｅｒ添加濃度は２０００重量ｐｐｍ
ファイバ６−Ｄ（Ｅｒ添加フッ化物ファイバ）：
ガラス組成; Ｚｒ系フッ化物ガラス（ＺｒＦ4 −ＨｆＦ4 −ＢａＦ2 −ＰｂＦ2 −ＬａＦ3 −ＹＦ3 −ＬｉＦ−ＮａＦ）比屈折率差２．５％、カットオフ波長１．０μｍ、
Ｅｒ添加濃度は１０００重量ｐｐｍ
表１〜表５に構成した光ファイバ増幅器の実施例をまとめて示し、実施番号１〜３（表１）は本発明１の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）で増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた広帯域光ファイバ増幅器、実施番号４〜６（表２）は本発明１の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）で増幅帯域が１５４０〜１５６０ｎｍ以上の帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた広帯域光ファイバ増幅器、実施番号７〜９（表３）は本発明１の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）で増幅帯域が１５７５〜１６００ｎｍ以上の帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた広帯域光ファイバ増幅器、実施番号１０〜１２（表４）は本発明２の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）で増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の帯域特性を有するハイブリッド構成を用いると共にＥｒ添加石英系ファイバだけで構成した広帯域光ファイバ増幅器、実施番号１３〜１５（表５）は本発明２の増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有すると共にＥｒ添加石英系ファイバだけで構成した広帯域光ファイバ増幅器に関するものである。
【００７５】
表１〜表５に示すように、実施番号１〜３（表１）では増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた広帯域光ファイバ増幅器の低雑音化（雑音指数５ｄＢ以下）が、実施番号４〜６では増幅帯域が１５４０〜１５６０ｎｍ以上の広帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた光ファイバ増幅器の低雑音化（雑音指数５ｄＢ以下）が、実施番号７〜９（表３）では増幅帯域が１５７５〜１６００ｎｍ以上の広帯域特性を有するハイブリッド構成を用いた光ファイバ増幅器の低雑音化（雑音指数５ｄＢ以下）が実現できることが分かる。また、実施番号１０〜１２（表４）ではＥｒ添加石英系ファイバだけを用いて低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）で増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有する広帯域光ファイバ増幅器が、実施番号１３〜１５（表５）ではＥｒ添加石英系ファイバだけで増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有する広帯域光ファイバ増幅器が実現できることが分かる。
【００７６】
（実施例２）
実施例２も図１０〜図１２及び図１７〜図１９を用いて本実施例を説明する。また、図１０〜図１２及び図１７〜図１９で用いた構成部品も、Ｅｒ添加石英系光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ６以外は実施例１と同じものを用いた。実施例２ではＥｒ添加石英系光ファイバ１及びＥｒ添加光ファイバ６としては、以下のいずれかを用いた。
【００７７】
Ｅｒ添加石英系光ファイバ１
Ｅｒ添加石英系ファイバ１−Ｄ：
比屈折率差１．７％、カットオフ波長１. ２μｍ、
Ａｌ添加濃度は４００００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は１１４０重量ｐｐｍ
Ｐ添加濃度は５００００重量ｐｐｍ、
（１．５５μｍでの吸収損失２. ２ｄＢ／ｍ）
Ｅｒ添加石英系ファイバ１−Ｅ：
比屈折率差１．６％、カットオフ波長１. １μｍ、
Ａｌ添加濃度は３５０００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は１０００重量ｐｐｍ
（１．５５μｍでの吸収損失２. ２ｄＢ／ｍ）
Ｅｒ添加石英系ファイバ１−Ｆ：
比屈折率差１．７％、カットオフ波長１. ２μｍ、
Ｐ添加濃度は５００００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は１１４０重量ｐｐｍ
（１．５５μｍでの吸収損失２. １ｄＢ／ｍ）
Ｅｒ添加光ファイバ６
ファイバ６−Ｅ（Ｅｒ添加石英系ファイバ）：
比屈折率差１．７％、カットオフ波長１. ２μｍ、
Ａｌ添加濃度は４００００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は１１４０重量ｐｐｍ
Ｐ添加濃度は５００００重量ｐｐｍ、
（１．５５μｍでの吸収損失２. ２ｄＢ／ｍ）
ファイバ６−Ｆ（Ｅｒ添加石英系ファイバ）：
比屈折率差１．６％、カットオフ波長１. １μｍ、
Ａｌ添加濃度は３５０００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は１０００重量ｐｐｍ
（１．５５μｍでの吸収損失２. ２ｄＢ／ｍ）
ファイバ６−Ｇ（Ｅｒ添加石英系ファイバ）：
比屈折率差１．７％、カットオフ波長１. ２μｍ、
Ｐ添加濃度は５００００重量ｐｐｍ、Ｅｒ添加濃度は１１４０重量ｐｐｍ
（１．５５μｍでの吸収損失２. １ｄＢ／ｍ）
表６〜表８に構成した光ファイバ増幅器の実施例をまとめて示す。実施番号１６〜２１（表６および表７）は本発明２の低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）で増幅帯域が１５４０〜１５９０n ｍ以上の帯域特性を有するハイブリッド構成を用いると共にＥｒ添加石英系ファイバだけで構成した広帯域光ファイバ増幅器、実施番号２２〜２４（表８）は本発明２の増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有すると共にＥｒ添加石英系ファイバだけで構成した広帯域光ファイバ増幅器に関するものである。
【００７８】
表６〜表８に示すように、実施番号１６〜２１（表６および表７）ではＥｒ添加石英系ファイバだけを用いて低雑音（雑音指数５ｄＢ以下）で増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有する広帯域光ファイバ増幅器が、実施番号２２〜２４（表８）ではＥｒ添加石英系ファイバだけで増幅帯域が１５４０〜１５９０ｎｍ以上の広帯域特性を有する広帯域光ファイバ増幅器が実現できることが分かる。
【００７９】
以上の実施例では、励起光源として０．９８μｍ帯あるいは１．４８μｍ帯の励起光源として半導体レーザを使用したが本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、チタンサファイヤレーザ、Ｆ−センタレーザの固体レ−ザ、Ｙｂ添加ファイバレーザ、Ｔｍ添加ファイバレーザを使用しても同様の結果を得た。また、Ｅｒ添加ファイバとして、ＥｒにＡｌやＰを共添加したものを用いたが、ＡｌやＰを共添加しないものや、Ｇｅ、Ｂ等を共添加（または、幾つかの共添加物（Ａｌ、Ｐ、Ｇｅ、Ｂ等）が混在する場合も）に対しても同様の結果を得た。
【００８０】
また、増幅部が３つ以上の場合に関しても、上述したように同様の結果が得られている。
【００８１】
【表１】

Figure 0003898333
【００８２】
【表２】
Figure 0003898333
【００８３】
【表３】
Figure 0003898333
【００８４】
【表４】
Figure 0003898333
【００８５】
【表５】
Figure 0003898333
【００８６】
【表６】
Figure 0003898333
【００８７】
【表７】
Figure 0003898333
【００８８】
【表８】
Figure 0003898333
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを少なくとも備えた光ファイバ増幅器において、前記光ファイバ増幅器で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ実効吸収が、雑音指数および信号利得の少なくとも一方について所定の実用基準を満たす値となるように、規制することにより、広帯域で低雑音特性および／または信号利得のすぐれた光ファイバ増幅器を達成することができる。
【００９０】
図７〜図９に示す範囲にＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ実効吸収値を用いることにより、低雑音特性（雑音指数５ｄＢ以下）を有するハイブリッド構成の光ファイバ増幅器が実現でき、また図１４〜図１６に示す範囲に設定したＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ実効吸収値を用いることにより、高利得特性（信号利得２０ｄＢ以上）を有する広帯域光ファイバ増幅器（帯域５０ｎｍ以上）をＥｒ添加石英系ファイバだけで実現できる。このため、本発明を用いることにより低雑音特性を有するハイブリッド構成を用いた光ファイバ増幅器、あるいは広帯域光ファイバ増幅器をＥｒ添加石英系ファイバだけで実現でき、この光ファイバ増幅器を用いることにより、広帯域なＷＤＭネットワーク等の構築が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明１に係る、後段光ファイバ増幅部に双方向励起系を用いたハイブリッド構成の光ファイバ増幅器の基本構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明１に係る、後段光ファイバ増幅部に双方向励起系を用いたハイブリッド構成の光ファイバ増幅器の基本構成を説明するブロック図である。
【図３】本発明１に係る、後段光ファイバ増幅部に双方向励起系を用いたハイブリッド構成の光ファイバ増幅器の基本構成を説明するブロック図である。
【図４】図１のハイブリッド構成の光ファイバ増幅器に用いる前方励起系の後段光ファイバ増幅部の構成を説明するブロック図である。
【図５】ハイブリッド構成の光ファイバ増幅器に用いる後方励起系の後段光ファイバ増幅部の構成を説明するブロック図である。
【図６】本発明１に係る光ファイバ増幅器の増幅特性（信号利得と雑音指数）を示すグラフである。
【図７】雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積との関係を示すグラフである。
【図８】雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積との関係を示すグラフである。
【図９】雑音指数５ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明２に係る、前方励起系の光ファイバ増幅器の基本構成を説明するブロック図である。
【図１１】本発明２に係る、後方励起系の光ファイバ増幅器の基本構成を説明するブロック図である。
【図１２】本発明２に係る、双方向励起系の光ファイバ増幅器の基本構成を説明するブロック図である。
【図１３】図１の光ファイバ増幅器を用いて構成した広帯域光ファイバ増幅器の増幅特性を示すグラフである。
【図１４】雑音指数２０ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバ長とＥｒ添加濃度の積との関係を示すグラフである。
【図１５】雑音指数２０ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積との関係を示すグラフである。
【図１６】雑音指数２０ｄＢ以下の増幅帯域とＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値とＥｒ添加石英系ファイバ長の積との関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の一実施例による光ファイバ増幅器における利得等化器の設置位置を示す説明図である。
【図１８】本発明の一実施例による光ファイバ増幅器における前段光ファイバ増幅部の構成を示す説明図である。
【図１９】本発明の一実施例による光ファイバ増幅器における後段光ファイバ増幅部の構成を示す説明図である。
【図２０】従来の光ファイバ増幅器の基本構成を示すブロック図である。
【図２１】従来の並列増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２２】従来の並列増幅器の特性を示すグラフである。
【図２３】従来のテルライト系ＥＤＦＡの構成を示すブロック図である。
【図２４】従来のテルライト系ＥＤＦＡの特性を示すグラフである。
【図２５】従来のハイブリッド型光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２６】従来のハイブリッド型光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２７】従来のハイブリッド型光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２８】従来の光ファイバ増幅器の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ Ｅｒ添加石英系光ファイバ
２，２−１, ２−２ ０．９８μｍ帯の励起光源
３，３−１, ３−２ 合波部
４ 光アイソレータ
５−１，５−２ 融着接続部
６ Ｅｒ添加ファイバ
７−１，７−２ 励起光源
８−１，８−２ 合分波器
９−１，９−２ 光アイソレータ
１０−１，１０−２ 接続部
１１ 利得等化器
１２ Ｅｒ添加ファイバ
１３ 利得平坦特性を有する１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ
１４ 利得平坦特性を有する１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ
１５−１, １５−２ 合分器
１６−１, １６−２ 光可変減衰器
１７ Ｅｒ添加テルライトファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low noise / wideband optical fiber amplifier required in the field of optical communications.
[0002]
[Prior art]
The 1.55 μm band optical fiber amplifier using Er-doped optical fiber as an amplification medium has been researched and developed as an important component of 1.55 μm band optical communication systems, and transmits analog signals from the main transmission system that transmits digital signals. Widely applied to optical CATV and the like. In recent years, in the 1.55 μm band optical communication system, WDM transmission using wavelength division multiplexing (WDM) signals composed of a plurality of signal lights having different signal wavelengths has been actively researched and developed with the aim of increasing communication capacity. For this reason, the optical fiber amplifier is required to have a wide amplification band and to amplify each signal light having different signal wavelengths in the WDM signal without gain deviation.
[0003]
FIG. 20 shows a basic configuration of the optical fiber amplifier. Reference numeral 12 denotes an Er-doped fiber, and reference numerals 7-1 and 7-2 denote excitation light sources for exciting the Er-doped fiber. A laser in the 0.98 μm band or 1.48 μm band is usually used. 8-1, 8-2 are multiplexers / demultiplexers for multiplexing and demultiplexing the signal light and the pumping light, 9-1, 9-2 are optical isolators, 10-1, 10-2 are multiplexing / demultiplexing with the Er-doped fiber. In the case where an Er-doped silica fiber is used as the Er-doped fiber, fusion splicing is applied.
[0004]
In order to satisfy this requirement, the following proposal has been made in the configuration of the prior art.
[0005]
i) Prior art 1
1) An Er-doped silica-based fiber co-doped with Al is used as an amplification medium.
2) Add a wavelength equalizer after the optical amplifier.
3) Using an Er-doped fluoride fiber as an amplification medium,
1), the gain deviation of the WDM signal from 1540 to 1560 nm is less than 0.2 dB (S. Yoshida et al., “Gain-flattened EDFA with high Al concentration for multistage repeatered WDM transmission systems”, Electron. Lett., Vol. 31, pp.1765-1767, 1995), 2) and 3), the gain deviation of the WDM signal at 1532 to 1560 nm is less than 1.5 dB (R. Kashyap et al., “Wideband gain flattened erbium fiber amplifier using a negative fiber. blazed grating ", Electron. Lett., vol. 29, pp. 154-156, 1993 and M. Yamada et al.," Fluoride-based erbium-doped fiber amplifier with inherently flat gain spectrum ", IEEE Photonics Technol. Lett. , vol. 8, pp. 882-884, 1996) have been developed. Also, WDM transmission experiments such as 1 Tbit / s, 2.6 Tbit / s using the optical fiber amplifiers 2) and 3) have been reported. However, in order to further widen the communication band used in WDM transmission, it is indispensable to improve the band characteristics of the optical fiber amplifier (the optical fiber amplifier operating in the 1.55 μm band is hereinafter referred to as 1.55 μm band EDFA). Call).
[0006]
ii) Conventional technology 2
On the other hand, it is reported that Er-doped silica-based fibers have an amplifiable range in the 1570 to 1610 nm band in addition to the 1530 to 1560 nm amplification band (JF Massicott et al., “High gain, broadband, 1.6 μm Er 3+ doped silica fiber amplifier ", Electron. Lett., vol. 26, pp. 1645-1646, 1990). Using this characteristic, in recent years, it has been practical to operate in the 1.58 μm band and to have a flat gain characteristic. An optical fiber amplifier (gain flat region of 1570 to 1600 nm, hereinafter referred to as an 1.58 μm band EDFA) has been developed (Japanese Patent Application No. 9-341760). Through the development, wideband amplification was achieved by connecting a conventional 1.55 μm band EDFA and a 1.58 μm band EDFA in parallel.
[0007]
FIG. 21 and FIG. 22 show a configuration diagram and amplification characteristics of a parallel amplifier for reference. In FIG. 21, reference numeral 13 denotes a 1.55 μm band EDFA having a gain flat characteristic (gain flat amplification area 1530 to 1560 nm), 14 denotes a 1.58 μm band EDFA having a gain flat characteristic (gain flat amplification area 1570 to 1600 nm), 15− 1 and 15-2 are multiplexers for demultiplexing signals of 1.55 μm band and 1.58 μm band, and 16-1 and 16-2 are output from 1.55 μm band EDFA 13 and 1.558 μm band EDFA 14, respectively. This is a variable optical attenuator for adjusting the signal light intensity (adjusted so that the signal gains of the 1.55 μm band EDFA 13 and the 1.558 μm band EDFA 14 are equal). With this configuration, an optical fiber amplifier having an amplification range in both 1530 to 1560 and 1570 to 1600 nm is realized. FIG. 22 shows the WDM signal amplification characteristics of the amplifier. With this amplifier, 1530 to 1560 and 1570 to 1600 nm. It can be confirmed that each signal light of the WDM signal arranged in the can be uniformly amplified.
[0008]
However, this amplifier has the following disadvantages: 1) The configuration consists of two amplifying units of 1.55 μm band EDFA and 1.58 μm band EDFA, and the wavelength range is not applicable to amplification between 1560 and 1570 nm. Had.
[0009]
iii) Prior art 3
In order to solve the drawbacks of the prior art 2 and realize a broadband optical fiber amplifier, an Er-doped tellurite fiber was used in place of the Er-doped silica fiber or Er-doped fluoride fiber used as the conventional amplification medium. Tellurite EDFA was invented.
[0010]
FIG. 23 shows the structure of the tellurite EDFA. The basic configuration is the same as that shown in FIG. 20, and it has been reported that broadband amplification can be realized simply by changing the Er-doped optical fiber of FIG. 20 to the Er-doped tellurite fiber 17. (A. MORI et al., “1.5 μm broadband amplification by tellurite-based EDFAs”, OFC '97, PD1, 1997). A gain equalizer 11 is used to flatten the amplification characteristics of the tellurite EDFA. FIG. 24 shows tellurite EDFA (characteristics with and without a gain equalizer). By adding a gain equalizer, a gain flat amplification band is realized in a wide band of 1532 to 1608 nm (M. YAMADA et al., Gain-flattened tellurite-based EDFA with a flat amplification bandwidth of 76 nm, Electron. Lett., Vol. 34, pp. 370-371, 1998).
[0011]
However, the amplifier of the prior art 3 has the following drawbacks.
[0012]
1) There is a problem in noise characteristics with a noise figure of 7 dB or less in a gain flat amplification region.
[0013]
2) A versatile fusion splicing technique cannot be applied to the connection between the Er-added tellurite fiber 17 and the multiplexers / demultiplexers 8-1 and 8-2. Although applied, this connection is slightly less workable than fusion.
[0014]
iv) Prior art 4
As a method of improving the defect 1 (noise characteristic) in the optical fiber amplifier of the prior art 3, as shown in FIGS. 25, 26 and 27, 0 having a low noise characteristic in the previous stage of the optical fiber amplifier of the prior art 3. A method of adopting a hybrid optical fiber amplifier configuration in which an Er-doped silica fiber amplifier pumped at .98 μm is added is conceivable. 1 is an Er-doped silica-based fiber, 2, 2-1 and 2-2 are 0.98 μm band excitation light sources for exciting the Er-doped fiber, and 3 3-1 and 3-2 are signal light and 0.98 μm band light sources. An optical multiplexer / demultiplexer for multiplexing / demultiplexing the pumping light, 4 is an optical isolator, 5-1, 5-2 are fusion spliced portions of the Er-doped silica fiber and the multiplexers / demultiplexers 3-1, 3-2. is there. FIGS. 25, 26 and 27 show cases where 0.98 μm band excitation / Er-doped silica fiber amplifiers using forward pumping, backward pumping and bidirectional pumping systems are used. However, a clear design method for the Er-doped silica fiber 1 used in this amplifier has not been clarified.
[0015]
That is, it has been known that the noise characteristic can be basically improved by the hybrid, but the parameter setting of the Er-doped silica fiber 1 is important for realizing the effectiveness of this configuration.
[0016]
FIG. 28 shows the amplification characteristics of the prior art 4 in which the parameters of the Er-doped silica-based fiber 1 are not optimized (however, the characteristics in the case where the gain equalizer is not added to the tellurite EDFA, the hybrid configuration) Will not affect the noise characteristics with or without a gain equalizer). It can be seen that the noise figure greatly deteriorates in the wavelength range of 1590 nm or more, and the hybrid amplification system does not function effectively.
[0017]
In addition, it is known that a hybrid amplification system is effective for low noise operation for an optical fiber amplifier operating in the 1.55 μm band or 1.58 μm band. There is no clear design method for parameter setting.
[0018]
v) Prior art 5
Further, in recent years, as a method for improving the defect 2 (connectivity) in the optical fiber amplifier of the conventional technique 3, only an Er-doped silica fiber is used, and the amplification band of the optical fiber amplifier is about 50 nm (signal range: 1.550 to 1602 nm) (H. MASUDA et al., Wideband, gain-flattened, erbium-doped fiber amplifier with a 3 dB bandwidths of> 50 nm). That is, in this technique, since an Er-doped silica-based fiber is used as an amplification medium, a fusion splicing technique can be applied. However, the band of this report is limited to about 50 nm as described above, and there is a problem in band characteristics. In addition, according to the report of Prior Art 5, a noise of 5.5 dB and a practical low noise of 5 dB could not be realized in the signal band of 1.550, and there was a problem with noise characteristics. Furthermore, the specification of the Er-doped silica-based fiber necessary for realizing an optical fiber amplifier having this band was not clear.
[0019]
As described above, the prior art has various problems. To summarize, the prior art 3 has a problem in noise characteristics in the gain flat amplification region, and the Er-doped tellurite fiber is versatile. A certain fusion splicing technique cannot be applied, and the optical fiber amplifier using the hybrid configuration of the prior art 4 does not reveal a clear design method for the Er-doped silica fiber to be used (not only tellurite EDFA, but 1 The optical fiber amplifier of the prior art 5 is not clear about the specifications of the Er-doped silica-based fiber necessary for configuring the amplifier. In addition, the upper limit of the bandwidth for using an Er-doped silica fiber as an amplification medium is limited to about 50 nm. And there is a problem in noise characteristics.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a broadband optical fiber amplifier with low noise and a flat gain, and also relates to a conventional optical fiber amplifier operating in the 1.55 μm band or 1.58 μm band. It is also necessary to reliably realize low noise characteristics.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The optical fiber amplifier of the present invention has the following features.
(1) An Er-doped silica-based fiber in which Er is added to at least one of a core part or a cladding part, an excitation light source for exciting the Er-doped silica-based fiber, excitation light and signal light from the excitation light source are added to the Er In an optical fiber amplifier comprising at least an optical means that enters a silica-based fiber and an optical isolator,
Used in the optical fiber amplifier,
Product of Er-doped silica fiber length (m) and Er-doped concentration (weight ppm) of Er-doped silica fiber Is in the range of 52000-121000 (weight ppm * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the length of Er-doped silica fiber (m) Is in the range of 96 to 218 ((dB / m) * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) of Er-doped silica fiber at 1.55 μm and the Er-doped silica fiber length (m) is It is in the range of 97-220 ((dB / m) * m) ,
The signal gain is 20 dB or more in at least the 1540 to 1590 nm amplification band of the optical fiber amplifier.
[0023]
(2) In the optical fiber amplifier of (1), the optical fiber amplifier has an 0.98 μm band that excites the Er-doped silica-based fiber in which Er is added to at least one of the core portion and the cladding portion, and the Er-doped silica-based fiber. At least one of a pumping light source, a first optical amplifying unit including pumping light and signal light from the pumping light source and an optical isolator that enters the Er-doped silica-based fiber, and an optical isolator. An Er-doped silica fiber doped with Er, an excitation light source for exciting the Er-doped silica fiber, optical means for injecting excitation light and signal light from the excitation light source into the Er-doped silica fiber, Optically connecting a second optical amplification unit including an isolator;
The product of the Er-doped silica fiber length (m) and the Er-doped concentration (weight ppm) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier, and the Er used in the second optical fiber amplifier. Sum of product of Er-doped silica fiber length (m) and Er-doped concentration (ppm by weight) of doped silica fiber Is in the range of 52000-121000 (weight ppm * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm and the Er-doped silica fiber length (m) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier, and the second optical fiber amplification Of the product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm and the Er-doped silica fiber length (m) of the Er-doped silica fiber used in the section Is in the range of 96 to 218 ((dB / m) * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm and the Er-doped silica fiber length (m) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier, and the second optical fiber amplification Of the product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm and the Er-doped silica fiber length (m) of the Er-doped silica fiber used in the section Is in the range of 97 to 220 ((dB / m) * m) ,
The signal gain is 20 dB or more in at least the 1540 to 1590 nm amplification band of the optical fiber amplifier.
[0025]
(3) In the optical fiber amplifier of (2), the product of the Er-doped silica fiber length (m) and the Er-doped concentration (weight ppm) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier section, 2 is the sum of the product of the Er-doped silica fiber length (m) and the Er-doped concentration (weight ppm) of the Er-doped silica fiber used in the optical fiber amplification section 2 Is in the range of 52000-121000 (weight ppm * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm and the Er-doped silica fiber length (m) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier and the second optical fiber amplifier Of the product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm and the length of the Er-doped silica fiber (m) Is in the range of 96 to 218 ((dB / m) * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm and the Er-doped silica fiber length (m) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier and the second optical fiber amplifier Is the sum of the product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm and the length of the Er-doped silica fiber (m). It is in the range of 97-220 ((dB / m) * m) ,
In a gain band of at least 1540 to 1590 nm of the optical fiber amplifier, the signal gain is 20 dB or more, and
The product of Er-doped silica fiber length (m) and Er-doped concentration (weight ppm) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier. Is in the range of 6800-17400 (weight ppm * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the length of Er-doped silica fiber (m) Is in the range of 12.9 to 31.5 ((dB / m) * m) Or
The product of the absorption value (dB / m) of Er-doped silica fiber at 1.55 μm and the Er-doped silica fiber length (m) is It is in the range of 13.0-32.0 ((dB / m) * m) ,
The noise figure is 5 dB or less in at least the 1540 to 1590 nm amplification band of the optical fiber amplifier.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is described in detail below.
[0044]
An optical fiber amplifier according to the present invention includes an Er-doped silica-based fiber in which Er is added to at least one of a core portion and a cladding portion, a pumping light source for exciting the Er-doped silica-based fiber, and pumping light from the pumping light source. An optical fiber amplifier including at least an optical means for injecting signal light into the Er-doped silica-based fiber and an optical isolator is a basic configuration. In the present invention, the Er effective absorption of the Er-doped silica fiber used in the optical fiber amplifier is regulated so as to satisfy a predetermined practical standard for at least one of the noise figure and the signal gain. The Er effective absorption of an Er-doped silica fiber can vary depending on the fiber design such as fiber shape and the type and amount of fiber additives such as phosphorus, boron, aluminum, and germanium. The product of the silica-based fiber length (m) and the Er-doped concentration (weight ppm), the product of the absorption value (dB / m) of the Er-doped silica-based fiber at 1.48 μm and the Er-doped silica-based fiber length (m), Er This can be represented by either the product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm of the doped silica-based fiber and the Er-added silica-based fiber length (m). It has been found that by regulating these values, it is possible to obtain a desired noise figure and / or signal gain which is important as a characteristic of an optical fiber amplifier.
[0045]
The present invention largely includes two embodiments. First, in the first embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the present invention 1), in the hybrid configuration described in the prior art 4, the parameters of the Er-doped silica-based fiber used therein are clearly defined, and the conventional problems are solved. The point is solved.
[0046]
Next, in the second embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the present invention 2), a wideband amplification characteristic of 50 nm or more, which has not been clarified in the prior art 5, is realized, and Er addition which is indispensable for the realization is realized. The specification of quartz fiber is clarified.
[0047]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
[0048]
1, 2 and 3 show the basic configuration of the optical fiber amplifier according to the first aspect of the present invention. 1 is an Er-doped silica-based optical fiber, 2-1, 2-2 are 0.98 μm-band pumping light sources for generating pumping light to the Er-doped silica-based optical fiber 1, 3, 3-1, 3-2 Is a multiplexing unit that combines the signal light and the excitation light generated by 2, 2-1, 2-2, 4 is an optical isolator for suppressing oscillation of the optical amplifier, and 5-1, 5-2 are fused. Connection part 6 is an Er-doped fiber having broadband amplification characteristics such as Er-doped tellurite fiber, 7-1 and 7-2 are pumping light sources for generating pumping light to Er-doped optical fiber 6, 8-1 and 8- 2 is a multiplexer / demultiplexer that multiplexes and demultiplexes the signal light and the excitation light generated by the excitation light sources 7-1 and 7-2, 9-1 and 9-2 are optical isolators, and 10-1 and 10-2 are Er additions. A connection portion 11 between the fiber 6 and the multiplexers / demultiplexers 7-1 and 7-2, and 11 represents a gain equalizer. In addition, although the bidirectional | two-way pumping system was shown as a structure of the back | latter stage optical fiber amplifier of FIGS. 1-3, the front pumping system or back pumping system shown in FIG.4 and FIG.5 may be employ | adopted.
[0049]
This configuration is the same as that of the prior art 4, but the main difference is that the fiber parameters of the Er-doped silica fiber 1 used in the preceding optical fiber amplifier are clearly defined. FIG. 6 shows amplification characteristics when the length of the Er-doped silica-based fiber 1 used is 5 m, 10 m, and 15 m in the optical fiber amplifier configured using the hybrid configuration of FIG. The Er-doped silica-based fiber 1 has a relative refractive index difference of 1.8%, a cutoff wavelength of 1130 nm, an Er addition concentration of 1140 ppm, and an Al co-addition concentration of 4.2 wt. The 0.98 μm band excitation light source 2 is 0.98 μm band LD (the excitation light amount to the Er-doped silica fiber 1 is 100 mW), and the Er-doped fiber 6 having broadband amplification characteristics is the Er-doped fiber. Light fiber (relative refractive index difference 1.5%, cutoff wavelength 1150 nm, Er addition concentration 2000 ppm, fiber length 2.5 m), 1.48 μm band LD (Er addition tellurite) as excitation light sources 7-1 and 7-2 The forward excitation light amount to the fiber 6 was 150 mW, and the backward excitation light amount was 150 mW). This characteristic example shows a case where the gain equalizer 11 is not used.
[0050]
As shown in FIG. 6, the noise characteristics change greatly by changing the length of the Er-doped silica fiber to be used, and the amplification band that satisfies the low noise characteristics of 5 dB or less is when the Er-doped silica fiber is 5 m. 1530 to 1578 nm, 1532 to 1605 nm for 10 m, and 1543 to 1608 nm for 15 m. That is, it can be seen from this result that the Er-doped silica fiber 1 used in the present invention needs to be set to about 10 m in order to realize a low-noise broadband optical fiber amplifier. In the case of an optical fiber amplifier of 1.55 μm band (amplification band is usually about 1530 nm to about 1560 nm), it is about 10 m or less, and in the case of an optical fiber amplifier of 1.58 μm band (amplification band is usually about 1570 nm to about 1600 nm) It can also be seen that low noise can be achieved with a hybrid configuration using an Er-doped silica fiber 1 of about 10 m or more.
[0051]
Actually, the length of the Er-doped silica-based fiber 1 greatly depends on the Er-doped concentration added to the Er-doped silica-based fiber 1. For this reason, as a parameter indicating the equivalent fiber length of the Er-doped silica-based fiber 1, the product of the Er-doped silica-based fiber length and the Er-doped concentration, or the absorption value per unit length of the Er-doped silica-based fiber and the fiber length are used. The product is usually used as a general fiber design parameter.
[0052]
7, 8, and 9, the amplification band with a noise figure of 5 dB or less, the product of Er-doped silica fiber length and Er addition concentration, and 1.48 μm of the amplification band with a noise figure of 5 dB or less and the Er-doped silica fiber, respectively. The product of the absorption value of γ and Er-doped silica fiber length, the product of the gain of 1.5 dB or less of the amplification band with a noise figure of 5 dB or less, and the product of Er-doped silica fiber length at 1.55 μm. The product of the amplification band of the noise figure 5 dB or less, the silica-based fiber length and the Er-doped concentration, the absorption value at 1.48 μm of the amplification band of the noise figure 5 dB or less and the Er-doped silica-based fiber, and the Er-doped silica fiber length. The relationship between the product of the product, the amplification band with a noise figure of 5 dB or less, the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber, and the length of the Er-doped silica fiber is the fiber parameter of the Er-doped silica fiber (relative index difference, Depending on the cut-off wavelength, Al addition concentration, dopant for core / cladding structure formation, pumping method (forward pumping, backward pumping and bi-directional pumping), or amplification characteristics of the subsequent optical fiber amplifier, etc. FIG. 9 is clarified by an experiment combining some of the above conditions.
[0053]
From FIG. 7 to FIG.
1) In order to realize low noise (noise factor of 5 dB or less) of a broadband optical fiber amplifier using a hybrid configuration having a broadband characteristic with an amplification band of at least 1540 to 1590 nm, an Er-doped quartz system used in the preceding optical fiber amplification unit As fiber 1, at least
(1) The product of the length of the silica-based fiber and the Er addition concentration is in the range of 6800 to 17400 (weight ppm * m), or
(2) The product of the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is in the range of 12.9 to 31.5 ((dB / m) * m), or
(3) The product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is in the range of 13.0 to 32.0 ((dB / m) * m).
It turns out that it is necessary to set to.
[0054]
Also,
2) In order to realize a low noise (noise factor of 5 dB or less) of a 1.55 μm band optical fiber amplifier using a hybrid configuration having an amplification band having a band characteristic of at least 1540 to 1560 nm, Er used in the preceding optical fiber amplification unit At least as the doped silica fiber 1
(1) The product of the silica-based fiber length and the Er addition concentration is in the range of 3200-17400 (weight ppm * m), or
(2) The product of the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber and the Er-doped silica fiber length is in the range of 4.9 to 31.5 ((dB / m) * m), or
(3) The product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is in the range of 5.0 to 32.0 ((dB / m) * m).
It turns out that it is necessary to set to.
[0055]
further,
3) In order to realize a low noise (noise figure of 5 dB or less) of a 1.58 μm band optical fiber amplifier using a hybrid configuration having an amplification band having a band characteristic of at least 1575 to 1600 nm, Er used in the preceding optical fiber amplifier is used. At least as the doped silica fiber 1
(1) The product of Er-doped silica-based fiber length and Er-added concentration is 4800 (weight ppm * m) or more, or
(2) The product of the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is 8.5 ((dB / m) * m) or more, or
(3) The product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is 8.6 ((dB / m) * m) or more.
It turns out that it is necessary to set to.
[0056]
That is, in the first aspect of the present invention, a broadband optical fiber amplifier using a hybrid configuration having a wide band characteristic with an amplification band of at least 1540 to 1590 nm, or 1.55 μm using a hybrid structure having a band characteristic of an amplification band of at least 1540 to 1560 nm. As described above, the noise reduction of the 1.58 μm band optical fiber amplifier using the band optical fiber amplifier or the hybrid structure having an amplification band of at least 1575 to 1600 nm is the Er used in the preceding optical fiber amplifier. The product of the fiber length of the doped silica fiber and the Er doped concentration, or the product of the Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the product of the Er-doped silica fiber length or the absorption value of 1.55 μm of the Er-doped silica fiber. And product of Er-doped silica fiber length It can be implemented by the.
[0057]
Next, the present invention 2 will be described. The feature of the present invention is to reliably realize an optical fiber amplifier using an Er-doped silica-based fiber as the Er-doped fiber 6 having a broadband amplification characteristic of 50 nm or more. In addition to realizing the above-described broadband amplification characteristics, the specification of Er-doped silica-based fiber that is indispensable for the realization has been clarified.
[0058]
As the amplifier configuration, the hybrid configuration shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 (the configuration of the post-stage optical fiber amplifying unit includes the bidirectional pumping system, the forward pumping system or the backward pumping system shown in FIG. 4 and FIG. In some cases, the optical fiber amplifier can be realized by the basic optical fiber amplifier configuration of forward pumping, backward pumping, and bidirectional pumping systems shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4 and 5 show examples in which the gain equalizer 11 is used. However, the gain equalizer 11 is not necessary only for realizing a wide band.
[0059]
The greatest feature of the present invention 2 is that an Er-doped silica-based fiber can be used as the Er-doped fiber 6 having a wideband amplification characteristic. It is necessary to solve the problem that "the connection connection technology cannot be applied" and to realize a wide band of 50 nm or more reliably and to realize the wideband amplification characteristic of the conventional technique 5 which is limited to the band characteristic of 50 nm. The specification of the Er-doped silica fiber was clarified.
[0060]
FIG. 13 shows an example of amplification characteristics of a broadband optical fiber amplifier configured using the optical fiber amplifier configured using the hybrid configuration of FIG. 1 (in this characteristic example, the case where the gain equalizer 11 is not used is shown). ing). The length of the Er-doped silica fiber 1 of the used front-stage optical fiber amplifier is 10 m, and the length of the Er-doped silica fiber 6 of the rear-stage optical fiber amplifier is 50 m, 60 m, and 75 m. The relative refractive index difference of the Er-doped silica fiber 1 used as the Er-doped silica fiber 1 and the Er-doped fiber 6 having broadband amplification characteristics is 1.8%, the cutoff wavelength is 1130 nm, the Er addition concentration is 1140 ppm, and Al is co-doped. The concentration is 4.2 wt. 0.98 μm band LD as the excitation light source 2 in the 0.98 μm band (the excitation light amount to the Er-doped silica fiber 1 is 100 mW), and 1.48 μm band LD as the excitation light sources 7-1 and 7-2 (The forward excitation light amount to the Er-doped silica-based fiber 6 is 150 mW and the backward excitation light amount is 150 mW).
[0061]
As shown in FIG. 13, it can be seen that a broadband optical fiber amplification operation can be realized even if an Er-doped silica-based fiber is used as the Er-doped fiber 6 for the latter-stage optical fiber amplifier. It can also be seen that by changing the length of the Er-doped silica fiber used as the Er-doped fiber 6, the amplification band at which a signal gain of 20 dB or more can be shifted to a longer wavelength.
[0062]
14, 15, and 16, respectively, an amplification band for obtaining a signal gain of 20 dB or more, a product of Er-doped silica fiber length and Er addition concentration, an amplification band for obtaining a signal gain of 20 dB or more, and an Er-doped silica system. The product of the absorption value at 1.48 μm of the fiber and the length of the Er-doped silica fiber, the amplification band at which a signal gain of 20 dB or more is obtained, the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber, and the Er-doped silica fiber length The product relationship is shown. 14, 15, and 16, the product of the Er-doped silica-based fiber length and the Er-doped concentration, the absorption value of the Er-doped silica-based fiber at 1.48 μm, and the Er-doped silica-based fiber length. Or the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica-based fiber and the Er-added silica-based fiber length in the hybrid configuration shown in FIGS. 1, 2, and 3 is the Er used in the pre-stage optical fiber amplifier. Each value in the doped silica fiber 1 and the Er-doped silica fiber 6 used in the subsequent optical fiber amplifier (the product of the Er-doped silica fiber length and Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber, the Er-doped silica fiber) The product of the absorption value at 1.48 μm and the Er-doped silica fiber length, the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the Er-doped silica fiber length 10, 11, and 12, each value in the Er-doped silica fiber 6 (the product of the Er-doped silica fiber length and Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber, Er-doped silica). The product of the absorption value at 1.48 μm of the optical fiber and the Er-doped silica fiber length, and the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the Er-doped silica fiber length).
[0063]
Further, FIGS. 14 to 16 are similar to those described with reference to FIGS. 7 to 9, and are a product of an amplification band in which a signal gain of 20 dB or more, an Er-doped silica fiber length, and an Er addition concentration are obtained, and a signal of 20 dB or more. Amplification band for gain and product of absorption value at 1.48 μm for Er-doped silica fiber and Er-doped silica fiber length, amplification band for gain of 20 dB or more and 1.55 μm for Er-doped silica fiber The relationship between the product of the absorption value and the length of the Er-doped silica fiber is the fiber parameters of the Er-doped silica fiber (relative refractive index difference, cutoff wavelength, Al addition concentration, dopant for core / cladding structure formation, excitation) Depending on the method (forward pumping, backward pumping and bi-directional pumping), or depending on the amplification characteristics of the latter optical fiber amplifier, etc., this figure shows some of the above conditions. It was clarified by a combined experiment.
[0064]
From this figure, in order to realize an optical fiber amplifier having an amplification characteristic of a signal gain of 20 dB or more in a wide band with an amplification band of at least 1540 to 1590 nm, the hybrid optical fiber amplifier shown in FIGS. The sum of the product of the Er-doped silica fiber length and the Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber 1 in the Er-doped silica fiber 1 used in the above and the Er-doped silica fiber 6 used in the subsequent optical fiber amplifier, The sum of the product of the absorption value at 1.48 μm of the fiber and the Er-doped silica fiber length, or the sum of the product of the absorption value at 1.55 μm and the Er-doped silica fiber length of the Er-doped silica fiber, or FIG. 11 and 12, the Er-doped silica fiber of the Er-doped silica fiber in the Er-doped silica fiber 6 is used. Product of Iba length and Er-added concentration, product of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and Er-doped silica fiber length, Er-doped silica fiber at 1.55 μm and Er-doped silica The product of the fiber length is at least 1) The product of the silica-based fiber length and the Er addition concentration (in the hybrid configuration, the sum of the values at the front optical fiber amplifier and the rear optical fiber amplifier) is 52000 to 121000 (weight pm * m) ) Range, or
2) The product of the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica-based fiber and the length of the Er-doped silica-based fiber (in the hybrid configuration, the sum of the values at the front optical fiber amplifier and the rear optical fiber amplifier) is 96 to 218. ((DB / m) * m), or
3) The product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica-based fiber and the length of the Er-doped silica-based fiber (in the hybrid configuration, the sum of the values at the front optical fiber amplifier and the rear optical fiber amplifier) is 97 to 220. Range of ((dB / m) * m)
It turns out that it is necessary to set to.
[0065]
That is, in the second aspect of the present invention, as described above, an optical fiber amplifier that uses only an Er-doped silica-based fiber having an amplification characteristic of a signal gain of 20 dB or more in a wide band of 1540 to 1590 nm or more, that is, a band of 50 nm or more, as described above. 10, FIG. 11 and FIG. 12, the product of the Er-doped silica fiber length and Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber in the Er-doped silica fiber 6 and the absorption value of the Er-doped silica fiber at 1.48 μm. The product of the Er-doped silica fiber length, the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the Er-doped silica fiber length, and the hybrid configuration shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. In the Er-doped silica fiber used in the amplification unit and the Er-doped silica fiber used in the subsequent optical fiber amplification unit The sum of the product of the fiber length and the Er-doped concentration, or the sum of the absorption value of the Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the product of the Er-doped silica fiber length, or the absorption of the Er-doped silica fiber at 1.55 μm. This can be reliably realized by setting the sum of the product of the value and the Er-doped silica fiber length.
[0066]
Further, the amplification band of the prior art 5 to the amplification band of 50 nm or more, for example, the amplification band of 60 nm (signal range 1540 to 1600 nm) is shown in FIGS. 14 to 16 and the hybrid configuration shown in FIGS. The sum of the product of the Er-doped silica fiber length and Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber in the er-doped silica fiber 1 used in the optical fiber amplifier and the Er-doped silica fiber 6 used in the subsequent optical fiber amplifier; The sum of the product of the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber, or the sum of the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber Alternatively, in the configuration shown in FIGS. 10, 11, and 12, the Er-doped silica fiber of the Er-doped silica fiber in the Er-doped silica fiber 6. Product of length and Er addition concentration, product of Er addition silica fiber at 1.48 μm and Er addition silica fiber length, absorption value of Er addition silica fiber at 1.55 μm and Er addition silica fiber The product of the length, at least
1) The product of the length of the silica-based fiber and the Er addition concentration (in the hybrid configuration, the sum of the values at the front optical fiber amplifier and the rear optical fiber amplifier) is in the range of 74000 to 121000 (weight pm * m), or
2) The product of the absorption value of Er-doped silica-based fiber at 1.48 μm and the length of Er-doped silica-based fiber (the sum of the values at the front optical fiber amplifier and the rear optical fiber amplifier in the hybrid configuration) is 134 to 218 ( (DB / m) * m) range, or
3) The product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica-based fiber and the length of the Er-doped silica-based fiber (the sum of the values at the front optical fiber amplifier and the rear optical fiber amplifier in the hybrid configuration) is 136 to 220 ( It can be seen that it is necessary to set in the range of (dB / m) * m).
[0067]
Furthermore, by combining the present invention 1 and the present invention 2, an optical fiber amplifier having a low noise and an amplification band of 50 nm or more can be configured. That is, the reduction in noise (noise figure of 5 dB or less) that could not be achieved by the prior art 5 can be reliably realized within the wideband amplification region. For example, an optical fiber amplifier using only an Er-doped silica-based fiber having an amplification characteristic of a signal gain of 20 dB or more and a low noise (noise figure of 5 dB or less) characteristic in a wide band with an amplification band of at least 1540 to 1590 nm is shown in FIGS. Using a hybrid configuration,
As the Er-doped silica fiber 1 used in the front optical fiber amplifier, at least
1) The product of the silica-based fiber length and the Er concentration is in the range of 3200-17400 (weight ppm * m), or
2) The product of the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is in the range of 4.9 to 31.5 ((dB / m) * m), or
3) The product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica-based fiber and the length of the Er-doped silica-based fiber is set in the range of 5.0 to 32.0 ((dB / m) * m), and
The sum of the product of the Er-doped silica fiber length and the Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber in the Er-doped silica fiber 1 used in the former optical fiber amplifier and the Er-doped silica fiber 6 used in the latter optical fiber amplifier. The sum of the product of the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the length of Er-doped silica fiber, or the product of the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.55 μm and the length of Er-doped silica fiber Sum at least
1) The sum of the products of the silica-based fiber length and the Er addition concentration is in the range of 52000-121000 (weight pm * m), or
2) The sum of the product of the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is in the range of 96 to 218 ((dB / m) * m), or
3) This can be realized by setting the sum of the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica-based fiber and the length of the Er-doped silica-based fiber in the range of 97 to 220 ((dB / m) * m).
[0068]
According to the first aspect of the present invention, an optical fiber amplifier using a hybrid configuration having a band characteristic of at least 1540 to 1590 nm, at least 1540 to 1560 nm, or at least 1575 to 1600 nm (noise factor of 5 dB or less) is realized. The product of the silica-based fiber length and the Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber 1 used in the necessary pre-stage optical fiber amplifier, or the absorption value at 1.48 μm of the Er-doped silica-based fiber and the Er-doped silica fiber length. Or the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica-based fiber and the length of the Er-doped silica-based fiber is shown above. By using FIGS. 7 to 9, for example, at least 1550 to 1580 nm, Alternatively at least 1565 to 1580 nm, alternatively at least 157 The silica fiber length of the Er-doped silica fiber 1 used in the pre-stage optical fiber amplifier necessary for realizing an optical fiber amplifier (noise figure of 5 dB or less) using a hybrid configuration having a band characteristic of 0 to 1590 nm. The product of the Er and doped concentration, or the product of the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the length of Er-doped silica fiber, or the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.55 μm and the Er-doped silica system The product of the fiber lengths can be determined, and as a result, low noise (noise figure of 5 dB or less) within the desired amplification band can be reliably realized.
[0069]
Similarly, in the second aspect of the present invention, the Er-doped quartz used in the pre-stage optical fiber amplifier necessary to realize an optical fiber amplifier composed only of an Er-doped silica-based fiber having a bandwidth characteristic of at least 1540 to 1590 nm. The product of the silica-based fiber length and Er-doped concentration of the optical fiber, or the product of the absorption value of Er-doped silica-based fiber at 1.48 μm and the Er-doped silica-based fiber length, or 1.55 μm of the Er-doped silica-based fiber. Although the product of the absorption value and the length of the Er-doped silica-based fiber is shown above, by using FIGS. 14 to 16, for example, at least 1550 to 1588 nm, or at least 1565 to 1580 nm, or at least 1538 to 1588 nm can be obtained. Er-doped silica-based optical fiber required to realize an optical fiber amplifier having Iva's product of silica-based fiber length and Er-doped concentration, or the product of absorption value of Er-doped silica-based fiber at 1.48 μm and Er-doped silica-based fiber length, or 1.55 μm of Er-doped silica-based fiber. The product of the absorption value and the Er-doped silica fiber length can be determined, whereby a gain band of 20 dB or more can be reliably realized (however, the product of Er-doped silica fiber length and Er addition concentration of Er-doped silica fiber, Er The product of the absorption value at 1.48 μm of the doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber, or the product of the absorption value at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber and the length of the Er-doped silica fiber is as follows: Here, the sum of the values of the Er-doped silica fiber 1 and Er-doped silica fiber 6 used in the front and rear optical fiber amplifiers is shown).
[0070]
In the description of the invention 1, the “silica-based fiber length and Er-added concentration” of the Er-doped silica fiber 1 used in the pre-stage optical fiber amplifier using the 0.98 μm band pumping light source shown in FIGS. Product "or" the product of the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the length of Er-doped silica fiber "or" the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.55 μm and the length of Er-doped silica fiber. If the pre-stage optical fiber amplifying unit using the 0.98 μm band pumping light source is divided into a plurality of amplifying units, the “quartz” of the Er-doped silica fiber used in each amplifying unit is defined. "Sum of product of fiber length and Er addition concentration" or "Sum of product of absorption value of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and length of Er-doped silica fiber" or "1.5 of Er-doped silica fiber" By defining the “sum of the product of the absorption value at 5 μm and the length of the Er-doped silica fiber”, a low noise amplifier can be realized.
[0071]
On the other hand, in the description of the invention 2, the optical fiber amplifier including the front-stage optical fiber amplifier and the rear-stage optical fiber amplifier illustrated in FIGS. 1 to 3 and the single optical fiber amplifier illustrated in FIGS. In the optical fiber amplifier comprising three or more optical fiber amplifiers, the sum of the products of the silica-based fiber length and the Er-doped concentration of the Er-doped silica fiber used in each amplifier is also described. Or “the sum of the product of the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.48 μm and the length of Er-doped silica fiber” or “the absorption value of Er-doped silica fiber at 1.55 μm and the length of Er-doped silica fiber” By prescribing the “sum of products”, a broadband optical fiber amplification operation using an Er-doped silica-based fiber can be realized.
[0072]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the embodiments disclosed below are merely examples of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
[0073]
Example 1
A present Example is described using FIGS. 10-12 and FIGS. 17-19. 10 to 12, the gain equalizer 11 is added. However, in the present embodiment, the gain equalizer 11 is also added. In the present embodiment using the hybrid configuration of FIGS. 17 to 19, the gain equalizer is positioned at an intermediate position between the front-stage optical fiber amplifying unit and the rear-stage optical fiber amplifying unit, the case where the gain equalizer is located, and the like. When the converter 11 is not added, the front-stage optical fiber amplifier and the rear-stage optical fiber amplifier are configured for forward pumping, backward pumping, and bidirectional pumping as shown in FIGS. 0.98 μm band LD is used as the excitation light source 2 (2-1, 2-2) in the 0.98 μm band, and 1.48 μm band LD is used as the excitation light source 7 (7-1, 7-2). (3-1, 3-2), 8 (8-1, 8-2) are bulk-type multiplexers / demultiplexers, and optical isolators 4, 9 (9-1, 9-2) are polarization independent. Isolators, fusion connections as the connection portions 5-1 and 5-2, fusion connection or V-groove connection using V-grooves as the connection portions 10-1 and 10-2, and Mach-Zehnder type as the gain equalizer A filter having a three-stage configuration was used. In addition, as the Er-doped silica optical fiber 1 and the Er-doped optical fiber 6, one of the following was used.
[0074]
Er-doped silica optical fiber 1:
Er-doped silica fiber 1-A:
Specific refractive index difference 1.8%, cutoff wavelength 1.14 μm,
Al addition concentration is 40000 ppm by weight, Er addition concentration is 1140 ppm by weight
(Absorption loss at 1.48 μm 2.0 dB / m)
(Absorption loss at 1.55 μm 2.2 dB / m)
Er-doped silica fiber 1-B:
Absorption loss 4 dB / m at 1.48 μm,
Al addition concentration is 30000 ppm by weight, Er addition concentration is 2000 ppm by weight
Er-doped silica fiber 1-C:
Absorption loss 1 dB / m at 1.55 μm,
Al addition concentration is 35000 ppm by weight, Er addition concentration is 700 ppm by weight
Er-doped optical fiber 6
Fiber 6-A (Er-doped silica fiber):
Absorption loss 4 dB / m at 1.48 μm,
Al addition concentration is 30000 ppm by weight, Er addition concentration is 2000 ppm by weight
Fiber 6-B (Er-doped silica fiber):
Absorption loss 1 dB / m at 1.55 μm,
Al addition concentration is 35000 ppm by weight, Er addition concentration is 700 ppm by weight
Fiber 6-C (Er-doped tellurite fiber):
Specific refractive index difference 1.5%, cutoff wavelength 1.15 μm,
Er addition concentration is 2000 ppm by weight
Fiber 6-D (Er-doped fluoride fiber):
Glass composition; Zr fluoride glass (ZrF Four -HfF Four -BaF 2 -PbF 2 -LaF Three -YF Three -LiF-NaF) specific refractive index difference 2.5%, cut-off wavelength 1.0 μm,
Er addition concentration is 1000 ppm by weight
Examples of the optical fiber amplifiers configured in Tables 1 to 5 are shown together, and the execution numbers 1 to 3 (Table 1) are the low noise (noise figure 5 dB or less) of the present invention 1 and the amplification band is 1540 to 1590 nm or more. Broadband optical fiber amplifiers using a hybrid configuration having a broadband characteristic, Nos. 4 to 6 (Table 2) are hybrids having a low noise (noise figure of 5 dB or less) and an amplification band of 1540 to 1560 nm or more according to the first embodiment. A broadband optical fiber amplifier using the configuration, implementation numbers 7 to 9 (Table 3) are broadband using the hybrid configuration of the present invention 1 having a low noise (noise figure of 5 dB or less) and a band characteristic of an amplification band of 1575 to 1600 nm or more. An optical fiber amplifier, execution number 10-12 (Table 4) is the low noise (noise figure 5dB or less) of this invention 2, and an amplification zone | band is 1540-1590nm or more A wideband optical fiber amplifier using a hybrid structure having a band characteristic and composed only of an Er-doped silica fiber, execution numbers 13 to 15 (Table 5) have a wideband characteristic in which the amplification band of the present invention 2 is 1540 to 1590 nm or more. The present invention relates to a broadband optical fiber amplifier composed of only Er-doped silica-based fibers.
[0075]
As shown in Tables 1 to 5, in the implementation numbers 1 to 3 (Table 1), the noise reduction of the broadband optical fiber amplifier using a hybrid configuration having a broadband characteristic with an amplification band of 1540 to 1590 nm or more (noise figure of 5 dB or less) However, in the implementation numbers 4 to 6, the noise reduction of the optical fiber amplifier using the hybrid configuration having a wide band characteristic with an amplification band of 1540 to 1560 nm or more (noise figure of 5 dB or less) is shown in the implementation numbers 7 to 9 (Table 3). Then, it can be seen that a reduction in noise (noise index of 5 dB or less) of an optical fiber amplifier using a hybrid configuration having a wide band characteristic with an amplification band of 1575 to 1600 nm or more can be realized. Further, in the implementation numbers 10 to 12 (Table 4), a broadband optical fiber amplifier having a broadband characteristic with a low noise (noise index of 5 dB or less) and an amplification band of 1540 to 1590 nm or more using only an Er-doped silica-based fiber. 13 to 15 (Table 5), it can be seen that a broadband optical fiber amplifier having a broadband characteristic with an amplification band of 1540 to 1590 nm or more can be realized using only an Er-doped silica-based fiber.
[0076]
(Example 2)
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 12 and FIGS. 17 to 19. The components used in FIGS. 10 to 12 and FIGS. 17 to 19 were the same as those in Example 1 except for the Er-doped silica optical fiber 1 and the Er-doped optical fiber 6. In Example 2, one of the following was used as the Er-doped silica optical fiber 1 and the Er-doped optical fiber 6.
[0077]
Er-doped silica optical fiber 1
Er-doped silica fiber 1-D:
The relative refractive index difference is 1.7%, the cutoff wavelength is 1.2 μm,
Al addition concentration is 40000 ppm by weight, Er addition concentration is 1140 ppm by weight
P addition concentration is 50,000 ppm by weight,
(Absorption loss at 1.55 μm 2.2 dB / m)
Er-doped silica fiber 1-E:
1.6% relative refractive index difference, 1.1 μm cutoff wavelength,
Al addition concentration is 35000 ppm by weight, Er addition concentration is 1000 ppm by weight
(Absorption loss at 1.55 μm 2.2 dB / m)
Er-doped silica fiber 1-F:
The relative refractive index difference is 1.7%, the cutoff wavelength is 1.2 μm,
P addition concentration is 50000 ppm by weight, Er addition concentration is 1140 ppm by weight
(Absorption loss at 1.55 μm 2.1 dB / m)
Er-doped optical fiber 6
Fiber 6-E (Er-doped silica fiber):
The relative refractive index difference is 1.7%, the cutoff wavelength is 1.2 μm,
Al addition concentration is 40000 ppm by weight, Er addition concentration is 1140 ppm by weight
P addition concentration is 50,000 ppm by weight,
(Absorption loss at 1.55 μm 2.2 dB / m)
Fiber 6-F (Er-doped silica fiber):
1.6% relative refractive index difference, 1.1 μm cutoff wavelength,
Al addition concentration is 35000 ppm by weight, Er addition concentration is 1000 ppm by weight
(Absorption loss at 1.55 μm 2.2 dB / m)
Fiber 6-G (Er-doped silica-based fiber):
The relative refractive index difference is 1.7%, the cutoff wavelength is 1.2 μm,
P addition concentration is 50000 ppm by weight, Er addition concentration is 1140 ppm by weight
(Absorption loss at 1.55 μm 2.1 dB / m)
Examples of optical fiber amplifiers configured in Tables 6 to 8 are collectively shown. Run numbers 16 to 21 (Tables 6 and 7) use the hybrid configuration of the present invention 2 having a low noise (noise figure of 5 dB or less) and a band characteristic with an amplification band of 1540 to 1590 nm or more, and only an Er-doped silica-based fiber. No. 22 to 24 (Table 8) are related to a broadband optical fiber amplifier having a wide band characteristic of the present invention 2 having an amplification band of 1540 to 1590 nm or more and consisting only of an Er-doped silica fiber. It is.
[0078]
As shown in Tables 6 to 8, in the run numbers 16 to 21 (Tables 6 and 7), only an Er-doped silica-based fiber is used, and the amplification band is 1540 to 1590 nm or more with low noise (noise figure of 5 dB or less). As for the broadband optical fiber amplifier having the characteristics, it can be seen that in the implementation numbers 22 to 24 (Table 8), a broadband optical fiber amplifier having a broadband characteristic with an amplification band of 1540 to 1590 nm or more can be realized by using only the Er-doped silica fiber.
[0079]
In the above embodiments, the semiconductor laser is used as the excitation light source in the 0.98 μm band or 1.48 μm band as the excitation light source, but the present invention is not limited to these embodiments, and the titanium sapphire laser, F-center Similar results were obtained even when a laser solid laser, Yb-doped fiber laser, or Tm-doped fiber laser was used. In addition, Er-doped fibers were used in which Al or P was co-added to Er, but those that were not co-doped with Al or P, or those that were co-doped with Ge, B, etc. (or some co-additives (Al , P, Ge, B, etc.) were mixed, and the same results were obtained.
[0080]
Further, the same result is obtained as described above even when there are three or more amplifying units.
[0081]
[Table 1]
Figure 0003898333
[0082]
[Table 2]
Figure 0003898333
[0083]
[Table 3]
Figure 0003898333
[0084]
[Table 4]
Figure 0003898333
[0085]
[Table 5]
Figure 0003898333
[0086]
[Table 6]
Figure 0003898333
[0087]
[Table 7]
Figure 0003898333
[0088]
[Table 8]
Figure 0003898333
[0089]
【The invention's effect】
As described above, the present invention relates to an Er-doped silica-based fiber in which Er is added to at least one of a core portion or a cladding portion, a pumping light source for exciting the Er-doped silica-based fiber, and pumping light from the pumping light source. And an optical means for injecting the signal light into the Er-doped silica fiber, and an optical isolator, the Er effective absorption of the Er-doped silica fiber used in the optical fiber amplifier has a noise figure and By restricting at least one of the signal gains to a value that satisfies a predetermined practical standard, it is possible to achieve an optical fiber amplifier having a wide band and low noise characteristics and / or excellent signal gain.
[0090]
By using the Er effective absorption value of the Er-doped silica fiber in the range shown in FIGS. 7 to 9, a hybrid optical fiber amplifier having a low noise characteristic (noise index of 5 dB or less) can be realized, and FIGS. By using the Er effective absorption value of the Er-doped silica fiber set in the range shown in Fig. 16, a broadband optical fiber amplifier (bandwidth of 50 nm or more) having a high gain characteristic (signal gain of 20 dB or more) can be obtained using only the Er-doped silica fiber. realizable. Therefore, by using the present invention, an optical fiber amplifier using a hybrid configuration having a low noise characteristic or a broadband optical fiber amplifier can be realized only by an Er-doped silica-based fiber. Construction of a WDM network or the like can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a basic configuration of an optical fiber amplifier having a hybrid configuration using a bidirectional pumping system in a rear-stage optical fiber amplifier according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a basic configuration of an optical fiber amplifier having a hybrid configuration using a bidirectional pumping system in a rear-stage optical fiber amplifier according to the first aspect of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram for explaining a basic configuration of an optical fiber amplifier having a hybrid configuration using a bidirectional pumping system in a rear-stage optical fiber amplifier according to the first aspect of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a configuration of a rear-stage optical fiber amplifying unit of a forward pumping system used in the optical fiber amplifier having the hybrid configuration shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a rear-stage optical fiber amplification unit in a backward pumping system used in an optical fiber amplifier having a hybrid configuration.
FIG. 6 is a graph showing amplification characteristics (signal gain and noise figure) of the optical fiber amplifier according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between an amplification band with a noise figure of 5 dB or less, an Er-doped silica fiber length, and an Er addition concentration product.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an amplification band with a noise figure of 5 dB or less, an absorption value at 1.48 μm of an Er-doped silica fiber, and an Er-doped silica fiber length.
FIG. 9 is a graph showing a relationship between an amplification band having a noise figure of 5 dB or less, an absorption value at 1.55 μm of an Er-doped silica fiber, and an Er-doped silica fiber length.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a basic configuration of a forward-pumping optical fiber amplifier according to the second aspect of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a basic configuration of a backward pumping optical fiber amplifier according to the second aspect of the present invention.
12 is a block diagram illustrating a basic configuration of a bidirectional pumping optical fiber amplifier according to the second aspect of the present invention. FIG.
13 is a graph showing amplification characteristics of a broadband optical fiber amplifier configured using the optical fiber amplifier of FIG.
FIG. 14 is a graph showing a relationship between an amplification band with a noise figure of 20 dB or less, an Er-doped silica fiber length, and an Er addition concentration product.
FIG. 15 is a graph showing a relationship between an amplification band having a noise figure of 20 dB or less, an absorption value at 1.48 μm of an Er-doped silica fiber, and an Er-doped silica fiber length;
FIG. 16 is a graph showing a relationship between an amplification band with a noise figure of 20 dB or less, an absorption value at 1.55 μm of an Er-doped silica fiber, and an Er-doped silica fiber length;
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an installation position of a gain equalizer in an optical fiber amplifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a configuration of a pre-stage optical fiber amplifier in the optical fiber amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a configuration of a rear-stage optical fiber amplifier in the optical fiber amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional optical fiber amplifier.
FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a conventional parallel amplifier.
FIG. 22 is a graph showing characteristics of a conventional parallel amplifier.
FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a conventional tellurite EDFA.
FIG. 24 is a graph showing characteristics of a conventional tellurite EDFA.
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration of a conventional hybrid optical fiber amplifier.
FIG. 26 is a block diagram showing a configuration of a conventional hybrid optical fiber amplifier.
FIG. 27 is a block diagram showing a configuration of a conventional hybrid optical fiber amplifier.
FIG. 28 is a graph showing characteristics of a conventional optical fiber amplifier.
[Explanation of symbols]
1 Er-doped silica optical fiber
2,2-1, 2-2 0.98μm band excitation light source
3,3-1, 3-2 multiplexer
4 Optical isolator
5-1, 5-2 Fusion splicing part
6 Er-doped fiber
7-1, 7-2 Excitation light source
8-1, 8-2 multiplexer / demultiplexer
9-1, 9-2 Optical isolator
10-1, 10-2 Connection part
11 Gain equalizer
12 Er-doped fiber
13 1.55μm band EDFA with flat gain characteristics
14 1.58 μm band EDFA with flat gain characteristics
15-1, 15-2 splitter
16-1, 16-2 Optical variable attenuator
17 Er-doped tellurite fiber

Claims (3)

コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを少なくとも備えた光ファイバ増幅器において、
前記光ファイバ増幅器で使用する、
Ｅｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積が５２０００〜１２１０００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、信号利得が２０ｄＢ以上となる値であることを特徴とする光ファイバ増幅器。An Er-doped silica-based fiber in which Er is added to at least one of a core portion or a cladding portion, a pumping light source for exciting the Er-doped silica-based fiber, pumping light and signal light from the pumping light source are converted into the Er-doped silica-based fiber In an optical fiber amplifier comprising at least an optical means that is incident on an optical isolator, and an optical isolator,
Used in the optical fiber amplifier,
The product of the Er-doped silica-based fiber length (m) and Er-added concentration (weight ppm) is in the range of 52000-121000 (weight ppm * m) , or 1. The product of the absorption value (dB / m) at 48 μm and the Er-doped silica fiber length (m) is in the range of 96 to 218 ((dB / m) * m) , or 1. The product of the absorption value (dB / m) at 55 μm and the Er-doped silica fiber length (m) is in the range of 97 to 220 ((dB / m) * m) ,
An optical fiber amplifier having a signal gain of 20 dB or more in at least a 1540 to 1590 nm amplification band of the optical fiber amplifier. 前記光ファイバ増幅器が、コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する０．９８μｍ帯の励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを備えた第１の光増幅部と、コア部またはクラッド部の少なくとも一方にＥｒを添加したＥｒ添加石英系ファイバと、前記Ｅｒ添加石英系ファイバを励起する励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を前記Ｅｒ添加石英系ファイバに入射する光学手段と、光アイソレータとを備えた第２の光増幅部とを光学的に接続してなり、
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積の和が５２０００〜１２１０００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、信号利得が２０ｄＢ以上となる値であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。The optical fiber amplifier includes an Er-doped silica-based fiber in which Er is added to at least one of a core part and a cladding part, a 0.98 μm-band pumping light source for exciting the Er-doped silica-based fiber, and pumping from the pumping light source Er-doped silica-based fiber in which Er is added to at least one of a first optical amplifying unit including an optical means for entering light and signal light into the Er-doped silica-based fiber, and an optical isolator, and a core or a clad. A second optical amplifier comprising: an excitation light source that excites the Er-doped silica-based fiber; optical means that makes the excitation light and signal light from the excitation light source incident on the Er-doped silica-based fiber; and an optical isolator. Optically connected to the
The product of the Er-doped silica fiber length (m) and the Er-doped concentration (weight ppm) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier, and the Er used in the second optical fiber amplifier. The sum of the product of Er-doped silica fiber length (m) and Er-doped concentration (weight ppm) of the doped silica-based fiber is in the range of 52000-121000 (weight ppm * m) , or the first optical fiber amplification The product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber used in the section and the Er-doped silica fiber length (m), and the Er-doped quartz used in the second optical fiber amplifier section The sum of the product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm of the optical fiber and the Er-doped silica fiber length (m) is in the range of 96 to 218 ((dB / m) * m) , or First optical fiber The product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber used in the width portion and the Er-doped silica fiber length (m), and the Er addition used in the second optical fiber amplifier The sum of the product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm of the silica-based fiber and the Er-doped silica-based fiber length (m) is in the range of 97 to 220 ((dB / m) * m) ,
2. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein a signal gain is 20 dB or more in at least a 1540 to 1590 nm amplification band of the optical fiber amplifier. 前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積と、前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積の和が５２０００〜１２１０００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９６〜２１８（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であるか、あるいは
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積と前記第２の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積の和が９７〜２２０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、信号利得が２０ｄＢ以上となる値であり、かつ、
前記第１の光ファイバ増幅部で使用するＥｒ添加石英系ファイバのＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）とＥｒ添加濃度（重量ｐｐｍ）の積が６８００〜１７４００（重量ｐｐｍ＊ｍ）の範囲であり、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．４８μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が１２．９〜３１．５（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、あるいは
Ｅｒ添加石英系ファイバの１．５５μｍでの吸収値（ｄＢ／ｍ）とＥｒ添加石英系ファイバ長（ｍ）の積が１３．０〜３２．０（（ｄＢ／ｍ）＊ｍ）の範囲であり、
光ファイバ増幅器の少なくとも１５４０〜１５９０ｎｍ増幅帯域において、雑音指数が５ｄＢ以下となる値であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ増幅器。The product of the Er-doped silica fiber length (m) and the Er-doped concentration (weight ppm) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier, and the Er used in the second optical fiber amplifier. The sum of the product of Er-doped silica fiber length (m) and Er-doped concentration (weight ppm) of the doped silica-based fiber is in the range of 52000-121000 (weight ppm * m) , or the first optical fiber amplification The product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber used in the section and the Er-doped silica fiber length (m) and the Er-doped quartz system used in the second optical fiber amplifier section The sum of the product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm of the fiber and the Er-doped silica fiber length (m) is in the range of 96 to 218 ((dB / m) * m) , or 1 optical fiber increase The product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm of the Er-doped silica fiber used in the section and the Er-doped silica fiber length (m) and the Er-doped silica system used in the second optical fiber amplifier section The sum of the product of the absorption value (dB / m) at 1.55 μm of the fiber and the Er-doped silica fiber length (m) is in the range of 97 to 220 ((dB / m) * m) ,
In a gain band of at least 1540 to 1590 nm of the optical fiber amplifier, the signal gain is 20 dB or more, and
The product of Er-doped silica fiber length (m) and Er-doped concentration (weight ppm) of the Er-doped silica fiber used in the first optical fiber amplifier is in the range of 6800-17400 (weight ppm * m). Or, the product of the absorption value (dB / m) at 1.48 μm of the Er-doped silica fiber and the Er-doped silica fiber length (m) is 12.9 to 31.5 ((dB / m) * m) in the range, or absorption value at 1.55μm Er-doped silica-based fiber product of (dB / m) and Er-doped silica fiber length (m) is 13.0~32.0 ((dB / m) * m) ,
3. The optical fiber amplifier according to claim 2, wherein a noise figure is a value of 5 dB or less in at least a 1540 to 1590 nm amplification band of the optical fiber amplifier.
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