JP4064690B2 - 光増幅装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された信号光を増幅して出力する光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、希土類元素の誘導放出現象を利用して信号光を直接増幅する希土類元素ドープファイバを備えた光増幅装置が知られている。このものは、長距離光通信において、伝送中の損失を補償するために用いられている。
【０００３】
ところで、伝送容量を拡大させるために、波長の異なる複数の信号光を１本の光ファイバで同時に伝送する波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送方式が採用されている。
【０００４】
このＷＤＭ伝送方式においては、Ｃバンドと呼ばれる１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長帯域と、Ｌバンドと呼ばれる１５７０ｎｍ〜１６０５ｎｍの波長帯域とが利用されており、これらＣバンド及びＬバンドでの光増幅は、希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）を光ファイバのコアにドープしたエルビウムドープファイバ（以下、ＥＤＦという）が用いられる。尚、このＥＤＦを備えた光増幅装置は、エルビウムドープファイバ増幅装置（以下、ＥＤＦＡという）と呼ばれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、伝送容量の更なる大容量化を目指して、ＷＤＭ伝送方式においてＣバンド及びＬバンド以外の波長帯域を利用することが考えられている。
【０００６】
ところが、Ｅｒに限らずその他の希土類元素をドープした希土類元素ドープファイバを用いた光増幅装置では、Ｃバンド及びＬバンド以外の波長帯域において満足の行く増幅性能が得られない。
【０００７】
そこで、希土類元素ドープファイバを用いる代わりに、ラマン散乱現象を利用したラマン増幅ファイバを用いた光増幅装置が考えられる。ラマン散乱現象は、物質内の振動現象により、入射光と異なる波長の光が散乱されるものであり、このラマン増幅ファイバに強い励起光を入射することにより、１．５μｍ付近ではこの入射した励起光に対して約１００ｎｍ長波長側の光信号を増幅させることができる。従って、ラマン増幅ファイバを用いた光増幅装置では、励起光の波長を調整することで、Ｃバンド及びＬバンド以外の波長帯域の光増幅が可能になる。
【０００８】
そして、Ｃバンド及びＬバンド増幅用ファイバである希土類元素ドープファイバと、ラマン増幅ファイバと直列に接続することで、いわゆる多段の光増幅装置を構成することにより、増幅帯域をさらに拡大させる考えられる。
【０００９】
しかしながら、Ｌバンド増幅用ファイバの雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）が比較的大きいことから、このＬバンド増幅用ファイバを組み込んだ多段構成の光増幅装置では、その雑音指数が大きくなってしまうという不都合がある。
【００１０】
また、希土類元素ドープファイバとラマン増幅ファイバとにより多段に構成することで広帯域の光増幅を可能にした光増幅装置においては、利得波長特性を平坦化させることも重要である。さらに、多段構成の光増幅装置の効率を向上させたいという要求もある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、希土類元素ドープファイバと、ラマン増幅ファイバとからなる多段に構成された光増幅装置において、効率を向上させることにあり、さらには、利得波長特性も向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
具体的に、本発明は、入力された信号光を増幅して出力する光増幅装置を対象とし、希土類元素イオンの誘導放出現象を利用して互いに異なる波長帯の信号光を増幅する第１及び第２の希土類元素ドープファイバと、ラマン散乱現象を利用して信号光を増幅するラマン増幅ファイバと、互いに異なる波長の励起光を出力する第１及び第２の励起光源とを備えたものとする。
【００１３】
そして、上記第１及び第２の希土類元素ドープファイバとラマン増幅ファイバとを、信号入力側から上記第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順で直列に接続し、上記第１及び第２の励起光源は、該第１の励起光源の励起光が、上記ラマン増幅ファイバに入射された後に第１の希土類元素ドープファイバに入射される一方、上記第２の励起光源の励起光が、上記ラマン増幅ファイバに入射された後に第２の希土類元素ドープファイバに入射されるように構成され、上記第１及び第２の励起光源の励起光による上記ラマン増幅ファイバの２つの増幅帯域の内の一方は、利得波長特性の平坦化に利用され、他方は、増幅帯域の拡大に利用されることを特定事項とするものである。
【００１４】
こうすることにより、第１及び第２の希土類元素ドープファイバ、並びにラマン増幅ファイバは、信号入力側から、第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順に直列に接続されているため、信号光は、第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順に、これら各ファイバ内を通過する。
【００１５】
ここで、ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、上記第１及び第２の希土類元素ドープファイバの増幅帯域と異ならせれば、第１の希土類元素ドープファイバにおいては、所定の波長帯域の信号光が増幅され、ラマン増幅ファイバにおいて、上記第１の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とは異なる波長帯域の信号光が増幅されかつ、第２の希土類元素ドープファイバにおいて、上記第１の希土類元素ドープファイバ及びラマン増幅ファイバの増幅帯域とは異なる波長帯域の信号光が増幅される。従って、これら３つのファイバにより、互いに異なる波長帯域の信号光がそれぞれ増幅されるため、光増幅装置の増幅帯域が拡大する。
【００１６】
また、上記の構成では、第１及び第２の希土類元素ドープファイバ、並びにラマン増幅ファイバの３つのファイバに対し、これら３つのファイバに入射する励起光を出力する励起光源を、第１及び第２の２つの励起光源のみを備えるようにする。これにより、光増幅装置の簡略化が図られる。
【００１７】
そして、第１の励起光源からの励起光は、ラマン増幅ファイバに入射し、その残余の励起光が第１の希土類元素ドープファイバに入射され、第２の励起光源からの励起光も、ラマン増幅ファイバに入射し、その残余の励起光が第２の希土類元素ドープファイバに入射される。
【００１８】
ここで、ラマン散乱現象によって光増幅を行うには、ラマン増幅ファイバに比較的強い励起光を入射させる必要があるのに対し、希土類元素イオンの誘導放出現象によって光増幅を行うには、希土類元素ドープファイバに入射する励起光は、ラマン増幅ファイバに入射させる励起光よりも弱い励起光であってもよい。従って、上記の構成によると、ラマン増幅ファイバには、第１の励起光源からの強い励起光が入射されて、このラマン増幅ファイバにおいて信号光が増幅される一方、第１の希土類元素ドープファイバには、残余の励起光（弱い励起光）が入射されるが、この弱い励起光によっても、この第１の希土類元素ドープファイバにおいて信号光が増幅される。ラマン増幅ファイバにはまた、第２の励起光源からの強い励起光が入射されて、このラマン増幅ファイバにおいて信号光が増幅される一方、第２の希土類元素ドープファイバには、残余の励起光（弱い励起光）が入射されるが、この弱い励起光によっても、この第２の希土類元素ドープファイバにおいて信号光が増幅される。つまり、光増幅装置の効率が向上する。
【００１９】
また、希土類元素ドープファイバでは、入射された励起光の波長帯域での光増幅が行われる一方、ラマン増幅ファイバでは、入射された励起光の波長に対して、所定波長（約１００ｎｍ）だけ長波長側の帯域での光増幅が行われる。よって、同じ波長の励起光をラマン増幅ファイバ及び第１の希土類元素ドープファイバに入射させることで、このラマン増幅ファイバの増幅帯域と、第１の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とは互いに異なるようになる。同様に、同じ波長の励起光をラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバに入射させることで、このラマン増幅ファイバの増幅帯域と、第２の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とは互いに異なるようになる。尚、第１及び第２の励起光源の出力する励起光は波長は互いに異なるため、第２の希土類元素ドープファイバの増幅帯域は、第１の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とも異なるようになる。また、ラマン増幅ファイバには、第１及び第２の励起光源から、互いに異なる波長の２つの励起光がそ れぞれ入射されるため、この励起光の各波長に対応して、互いに異なる波長帯域の信号光が増幅される。従って、上記の構成によると、光増幅装置の増幅帯域が拡大する。
【００２０】
こうしてラマン増幅ファイバの増幅帯域を２つにすることで、光増幅装置の増幅帯域の拡大と、利得波長特性の平坦化とを同時に実現することができる。すなわち、第１及び第２の希土類元素ドープファイバの内の一方の利得波長特性が平坦化されない（例えばその増幅帯域における長波長側の利得が低下している）場合に、ラマン増幅ファイバの２つの増幅帯域の内の一方の波長帯域を、上記希土類元素ドープファイバの増幅帯域において利得が低下している波長帯域に合わせるようにするのである。例えば、第１の励起光源からの励起光が入射される第１の希土類元素ドープファイバの利得波長特性が平坦化していない場合には、ラマン増幅ファイバにおいて、第２の励起光源からの励起光による増幅帯域を、その利得が低下している波長帯域に合わせるようにする。逆に、第２の励起光源からの励起光が入射される第２の希土類元素ドープファイバの利得波長特性が平坦化していない場合には、ラマン増幅ファイバにおいて、第１の励起光源からの励起光による増幅帯域を、その利得が低下している波長帯域に合わせるようにする。
【００２１】
こうすることで、希土類元素ドープファイバの光増幅では低下してしまう利得分が、ラマン増幅ファイバによる光増幅により補完される。こうして、光増幅装置の増幅帯域を拡大しつつ、その利得波長特性を平坦化させることができる。
【００２２】
ここで、ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、希土類元素ドープファイバの増幅帯域における利得が低下している波長帯域に合わせるには、励起光の波長を調整するのがよい。
【００２３】
つまり、ラマン増幅ファイバの利得ピーク波長は、励起光の波長に対して約１００ｎｍ長波長側になるため、ラマン増幅ファイバの利得波長特性は、励起光の波長を調整することによって容易に変化させることができる。一方、希土類元素ドープファイバの利得波長特性は、励起光の波長の変化に対して鈍感である（励起光の波長を変えても、利得波長特性はあまり変化しない）。このため、励起光の波長を調整することによって、ラマン増幅ファイバの増幅帯域だけを調整することができ、このラマン増幅ファイバの増幅帯域を、希土類元素ドープファイバの増幅帯域における利得が低下している波長帯域に合わせることが容易に行い得る。
【００２４】
尚、３段構成の増幅装置では、その全体の雑音指数をＮＦtotalとし、その真数表示を雑音係数Ｆtotalとすると（つまり、ＮＦtotal＝10log(Ｆtotal)）、雑音係数Ｆtotalは、
Ｆtotal＝Ｆ１＋Ｆ２／Ｇ１＋Ｆ３／（Ｇ１・Ｇ２） …（１）
で表される。尚、Ｆ１〜Ｆ３：各段（１〜３段）の雑音係数（真数表記）。Ｇ１，Ｇ２：各段（１，２段）の利得（真数表記）である。
【００２５】
尚、第１及び第２の希土類ドープファイバに添加する希土類元素は、例えばＥｒ、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）等のいずれでもよい。また例えば、第１の希土類元素ドープファイバに添加する希土類元素と、第２の希土類元素ドープファイバに添加する希土類元素とは、互いに同じでもよいし、互いに異ならせてもよい。
【００２６】
上記第２の希土類元素ドープファイバの長さは、第１の希土類元素ドープファイバの長さよりも長くされているとしてもよい。
【００２７】
上記第１の希土類元素ドープファイバは、Ｃバンド増幅用ファイバとし、第２の希土類元素ドープファイバは、Ｌバンド増幅用ファイバとしてもよい。
【００２８】
尚、この場合、ラマン増幅ファイバの増幅帯域は、Ｃバンドよりも短波長側の帯域、又はＬバンドよりも長波長側の帯域のいずれでもよい。ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、Ｃバンドよりも短波長側の帯域、又はＬバンドよりも長波長側の帯域とすることにより、光増幅装置の増幅帯域が拡大することとなる。
【００２９】
また、ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、Ｃバンド又はＬバンドに重なる帯域にして、これらＣバンド又はＬバンドでの利得波長特性を平坦化させるようにしてもよい。
【００３０】
上記第１の励起光源は、１．４８μｍ帯の励起光を出力するように構成し、第２の励起光源は、１．５３μｍ帯の励起光を出力するように構成してもよい。
【００３１】
こうすることで、第１の励起光源からの１．４８μｍ帯の励起光は、第１の希土類元素ドープファイバに入射されて、ここで、Ｃバンドの光増幅がなされる。一方、第２の励起光源からの１．５３μｍ帯の励起光は、ラマン増幅ファイバに入射されて、ここで、１．５３μｍ帯よりも０．１μｍだけ長波長側である１．６３μｍ帯の光増幅がなされかつ、第２の希土類元素ドープファイバに入射されて、ここで、Ｌバンドの光増幅がなされる。従って、１．４８〜１．６３μｍ帯の光増幅が可能になる。
【００３２】
また、ラマン増幅ファイバに、第１の励起光源からの１．４８μｍ帯の励起光をも入射したときは、ここで、１．４８μｍ帯よりも０．１μｍだけ長波長側である１．５８μｍ帯の光増幅がなされる。これにより、第２の希土類元素ドープファイバによる光増幅でＬバンドでの利得波長特性が平坦化されないときでも、ラマン増幅ファイバによる光増幅により利得の低下分が補完されて、Ｌバンドでの利得波長特性が平坦化される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における光増幅装置は、第１及び第２の希土類元素ドープファイバと、ラマン増幅ファイバとからなる多段構成の光増幅装置であって、これらの各ファイバを、信号入力側から第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順に直列に接続しかつ、第１の励起光源からの励起光を、ラマン増幅ファイバと第１の希土類元素ドープファイバとの双方に入射させ、第２の励起光源からの励起光を、ラマン増幅ファイバと第２の希土類元素ドープファイバとの双方に入射させるものである。このため、増幅帯域が拡大した光増幅装置を、励起光源の数を減らして簡略化することができる。
【００３４】
また、第１及び第２の励起光源からの励起光を、ラマン増幅ファイバに入射した後に、その残余の励起光を、第１及び第２の希土類元素ドープファイバに入射させることで、ラマン増幅ファイバと、第１及び第２の希土類元素ドープファイバとの双方において、十分に光増幅を行うことができ、光増幅装置の効率を向上させることができる。
【００３５】
さらに、ラマン増幅ファイバに第１及び第２励起光源からの励起光をそれぞれ入射して、このラマン増幅ファイバにより２つの波長帯域の光増幅を行うようにすることで、その一方の増幅帯域を、光増幅装置の増幅帯域の拡大に利用する一方で、他方の増幅帯域を、光増幅装置の利得波長特性を平坦化することに利用することができ、増幅帯域の拡大と利得波長特性の平坦化との双方を実現することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００３７】
＜参考形態＞
図１は、本発明の参考形態に係る光増幅装置１１を示しており、このものは、Ｅｒイオンの誘導放出現象により信号光を増幅する、第１及び第２の希土類元素ドープファイバとしての第１及び第２のエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）２１，２２と、ラマン散乱現象により信号光を増幅するラマン増幅ファイバ３１とから構成されている。
【００３８】
上記各ＥＤＦ２１，２２は、コア・クラッドからなる光ファイバのコアに、Ｅｒが添加されて構成されている。また、第１のＥＤＦ２１は、Ｃバンド増幅用に構成されている一方、第２のＥＤＦ２２はＬバンド増幅用に構成されている。これらの各ＥＤＦ２１，２２は、そのファイバ長が互いに相違し、Ｌバンド増幅用に構成された第２のＥＤＦ２２のファイバ長は、Ｃバンド増幅用に構成された第１のＥＤＦ２１のファイバ長よりも長くされている。従って、第１のＥＤＦ２１の雑音指数は、第２のＥＤＦ２２の雑音指数よりも小さい。
【００３９】
一方、上記ラマン増幅ファイバ３１は、分散補償ファイバにより構成されている。こうすることで、利得効率を高めることができる。尚、ラマン増幅ファイバ３１は、必ずしも分散補償ファイバである必要はない。
【００４０】
上記の各ファイバ２１，２２，３１は、信号入力側から、第１のＥＤＦ２１、ラマン増幅ファイバ３１及び第２のＥＤＦ２２の順で、直列に接続されている。
【００４１】
そして、第１のＥＤＦ２１とラマン増幅ファイバ３１との間の位置には、２つの光合波器４１，４２が介設されており、第１の光合波器４１は、第１のＥＤＦ２２の出力ポートに接続されている一方、第２の光合波器４２は、ラマン増幅ファイバ３１の入力ポートに接続されている。
【００４２】
上記第１の光合波器４１には、第１の励起光源５１が接続されており、この第１の光合波器４１は、第１の励起光源５１から出力された励起光を信号入力側に送るように構成されている（同図の一点鎖線の矢印参照）。
【００４３】
一方、上記第２の光合波器４２には、第２の励起光源５２が接続されており、この第２の光合波器４２は、この第２の励起光源５２から出力された励起光を信号出力側に送るように構成されている（同図の二点鎖線の矢印参照）。
【００４４】
上記第１の励起光源５１は、１．４８μｍ帯の励起光を出力するように構成されている一方、第２の励起光源５２は、１．５３μｍ帯の励起光を出力するように構成されている。
【００４５】
これにより、第１の励起光源５１からの励起光である１．４８μｍ帯の励起光は、第１のＥＤＦ２１に入射されるのに対し、第２の励起光源５２からの励起光である１．５３μｍ帯の励起光は、先ず、ラマン増幅ファイバ３１に入射され、その後に残余の励起光が、第２のＥＤＦ２２に入射されるようになる。
【００４６】
次に、この光増幅装置１１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。尚、これら図１及び図２における丸数字の１〜３の符号はそれぞれ対応するものであり、増幅帯域を示すものである。
【００４７】
先ず、信号光は、信号入力側から第１のＥＤＦ２１に入射される。これと共に、この第１のＥＤＦ２１には、第１の励起光源５１からの１．４８μｍ帯の励起光が入射される。これにより、第１のＥＤＦ２１では、Ｅｒイオンの誘導放出現象により、Ｃバンドの信号光が増幅される（図２の丸数字の１参照）。
【００４８】
次いで、この信号光は、ラマン増幅ファイバ３１に入射される。このラマン増幅ファイバ３１には、上記第２の励起光源５２からの１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、ラマン増幅ファイバ３１では、ラマン散乱現象により、励起光の波長に対して約０．１μｍだけ長波長側の信号光が増幅される。従って、１．６３μｍ帯の信号光が増幅される（図２の丸数字の３参照）。
【００４９】
最後に、上記信号光は、第２のＥＤＦ２２に入射される。この第２のＥＤＦ２２には、上記第２の励起光源５２から出力されかつ、上記ラマン増幅ファイバ３１を通過した後の１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、Ｅｒイオンの誘導放出現象によって、Ｌバンドの信号光が増幅される（図２の丸数字の２参照）。
【００５０】
こうして、この光増幅装置１１においては、上記第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１によって互いに異なる波長帯域であるＣバンド、Ｌバンド及び１．６３μｍ帯の信号光がそれぞれ増幅される。このため、増幅帯域の拡大が図られる。
【００５１】
また、この光増幅装置１１においては、第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１を備える一方で、これらの各ファイバ２１，２２，３１に入射させる励起光を出力する励起光源は、第１及び第２の励起光源５１，５２の２つである。こうして、励起光源の数を減らすことにより、光増幅装置１１を簡略化することができる。
【００５２】
また、こうして、励起光源５１，５２の数を減らしても、第２の励起光源から出力された励起光を、ラマン増幅ファイバ３１と、第２のＥＤＦ２２との双方に入射させるため、これらの２つのファイバ３１，２２において光増幅が行われ、増幅帯域を拡大させることができる。
【００５３】
さらに、第２の励起光源５２からの励起光を、先ずラマン増幅ファイバ３１に入射するように構成することで、ラマン増幅ファイバ３１において光増幅を行うには、比較的強い励起光を入射させる必要があるところを、これが実現する。一方、第２のＥＤＦ２２には、ラマン増幅ファイバ３１に入射された後の残余の励起光が入射されるが、この第２のＥＤＦ２２において光増幅を行うには、比較的弱い励起光でも可能であることから、上記残余の励起光でも、第２のＥＤＦ２２において十分に光増幅が行われる。こうして、第２の励起光源５２からの励起光により、ラマン増幅ファイバ３１及び第２のＥＤＦ２２の双方において光増幅を行うことで、光増幅装置１１の効率を向上させることができる。
【００５４】
＜実施形態＞
図３は、実施形態に係る光増幅装置１２を示しており、このものは、第１及び第２の励起光源５１，５２の配置が、上記参考形態に係る光増幅装置１１とは異なる。
【００５５】
尚、この光増幅装置１２における、第１及び第２ＥＤＦ２１，２２、ラマン増幅ファイバ３１、並びに第１及び第２の励起光源５１，５２自体の構成は、それぞれ参考形態と同じであるため、同じの符号を付してその説明は省略する。
【００５６】
この光増幅装置１２は、第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１が、信号入力側から第１のＥＤＦ２１、ラマン増幅ファイバ３１及び第２のＥＤＦ２２の順で直列に接続されて構成されている。この点は、上記参考形態に係る光増幅装置１１と同じである。
【００５７】
参考形態に係る光増幅装置１１と異なる点は、第２及び第１の光合波器４２，４１が、上記第１のＥＤＦ２１とラマン増幅ファイバ３１との間の位置、及びラマン増幅ファイバ３１と第２のＥＤＦ２２との間の位置にそれぞれ介設されている点である。
【００５８】
つまり、１．５８μｍ帯の励起光を出力する第２の励起光源５２が接続された第２の光合波器４２は、ラマン増幅ファイバ３１の入力ポートに接続されているのに対し、１．４８μｍ帯の励起光を出力する第１の励起光源５１が接続された第１の光合波器４１は、上記ラマン増幅ファイバ３１の出力ポートに接続されている。
【００５９】
この構成により、第１の励起光源５１からの励起光である１．４８μｍ帯の励起光は、先ずラマン増幅ファイバ３１に入射され、その後に残余の励起光が第１のＥＤＦ２１に入射されるようになる（同図の一点鎖線の矢印参照）。これに対し、第２の励起光源５２からの励起光である１．５３μｍ帯の励起光は、先ず、ラマン増幅ファイバ３１に入射され、その後に残余の励起光が、第２のＥＤＦ２２に入射されるようになる（同図の二点鎖線の矢印参照）。
【００６０】
次に、この光増幅装置１２の動作について、図３及び図４を参照しながら説明すると、先ず、信号光は、信号入力側から第１のＥＤＦ２１に入射される。これと共に、この第１のＥＤＦ２１には、第１の励起光源５１から出力されかつラマン増幅ファイバ３１を通過した後の１．４８μｍ帯の励起光が入射される。これにより、第１のＥＤＦ２１では、Ｅｒイオンの誘導放出現象により、Ｃバンドの信号光が増幅される（図４の丸数字の１参照）。
【００６１】
次いで、この信号光は、ラマン増幅ファイバ３１に入射される。このラマン増幅ファイバ３１には、第１の励起光源５１からの１．４８μｍ帯の励起光が入射される。これにより、ラマン増幅ファイバ３１では、ラマン散乱現象により、励起光の波長に対して約０．１μｍだけ長波長側の信号光が増幅される。従って、１．５８μｍ帯の信号光が増幅される（図４の丸数字の４参照）。これと同時に、このラマン増幅ファイバ３１には、上記第２の励起光源５２からの１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、ラマン増幅ファイバ３１では、ラマン散乱現象により、励起光の波長に対して約０．１μｍだけ長波長側の信号光が増幅される。従って、１．６３μｍ帯の信号光が増幅される（図４の丸数字の３参照）。
【００６２】
最後に、上記信号光は、第２のＥＤＦ２２に入射される。この第２のＥＤＦ２２には、上記第２の励起光源５２から出力されかつ上記ラマン増幅ファイバ３１を通過した後の１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、Ｅｒイオンの誘導放出現象によって、Ｌバンドの信号光が増幅される（図４の丸数字の２参照）。
【００６３】
こうして、この光増幅装置１２においては、上記第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１によって互いに異なる波長帯域であるＣバンド、Ｌバンド、１．５８μｍ帯及び１．６３μｍ帯の信号光がそれぞれ増幅される。このため、増幅帯域の拡大が図られる。これと共に、第１及び第２のＥＤＦ２１，２２は、残余の励起光により光増幅を行うことで、光増幅装置１２の効率を向上させることができる。
【００６４】
また、励起光源が、第１及び第２の励起光源５１，５２の２つであることにより、光増幅装置１２を簡略化することができる。
【００６５】
さらに、この実施形態に係る光増幅装置１２では、増幅帯域の拡大に加えて、利得波長特性が平坦化する。
【００６６】
つまり、図４に示すように、第２のＥＤＦ２２の利得波長特性が平坦化できない場合、詳しくは、Ｌバンドにおける長波長側（約１．５８μｍ帯）において利得が低下している場合でも、ラマン増幅ファイバ３１により１．５８μｍ帯の信号光が増幅されることで、第２のＥＤＦ２２による光増幅では低下してしまう利得を補完することができる。これにより、光増幅装置１２の利得波長特性を平坦化することができる。このように、実施形態に係る光増幅装置１２では、第１及び第２の励起光源５１，５２から出力された励起光のそれぞれをラマン増幅ファイバ３１に入射するように構成することで、第１の励起光源５１からの励起光による増幅帯域は、利得波長特性の平坦化に利用する一方で、第２の励起光源５２からの励起光による増幅帯域は、光増幅装置１２の増幅帯域の拡大に利用する。これにより、この光増幅装置１２では、増幅帯域の拡大と、利得波長特性の平坦化とを共に達成することができる。
【００６７】
ここで、ラマン増幅ファイバ３１の利得波長特性は、励起光の波長の変化に対して敏感であるのに対し、ＥＤＦの利得波長特性は、励起光の波長の変化に対して鈍感である。このことから、第１の励起光源５１からの励起光の波長を調整することによって、第１のＥＤＦ２１の利得波長特性をほとんど変えることなく、ラマン増幅ファイバ３１の、第１の励起光源５１からの励起光による増幅帯域（図４の丸数字の４）を調整することができ、ラマン増幅ファイバ３１の増幅帯域を、Ｌバンドにおいて利得が低下している波長帯域に合わせることを容易に行うことができる。
【００６８】
尚、以下の条件下ではＥＤＦの利得波長幅を拡大することは可能であるが、利得波長特性が平坦化し難い。このため、光増幅装置１２を上記の構成にすることで、増幅帯域の拡大と利得波長特性の平坦化とが共に達成され、好適である。
【００６９】
つまり、第１のＥＤＦ２１の濃度条長積：１０〜２５（ｋｐｐｍ・ｍ）、第２のＥＤＦ２２の濃度条長積：２０〜１００（ｋｐｐｍ・ｍ）。尚、濃度条長積とは、ＥＤＦにドープされたＥｒの濃度（ｐｐｍ）と、このＥＤＦの長さ（ｍ）との積であり、その単位は、ｐｐｍ・ｍである。尚、１０００ｐｐｍ・ｍを、１ｋｐｐｍ・ｍという。
【００７０】
また、第１の励起光源５１の励起波長：１．４５〜１．５０（μｍ）、第２の励起光源５２の励起波長：１．５２〜１．５７（μｍ）。第１の励起光源５１の励起入力：５〜３００（ｍＷ）、第２の励起光源５２の励起入力：１５〜９００（ｍＷ）。
【００７１】
＜他の実施形態＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、光増幅装置１１，１２に用いる希土類元素ドープファイバを、Ｅｒが添加されたＥＤＦ２１，２２としているが、その他の希土類元素（Ｙｂ、Ｎｄ等）が添加されたファイバとしてもよい。尚、この場合は、ファイバに添加された希土類元素に応じて、励起光源５１，５２が出力する励起光の波長を変える必要がある。
【００７２】
また、例えば光増幅装置１１，１２における信号出力側（第２のＥＤＦ２２よりも信号出力側）位置に利得等価器を介設して、利得波長特性を平坦化させるようにしてもよい。また、例えば第１のＥＤＦ２１よりも信号入力側位置と、第２のＥＤＦ２２よりも信号出力側位置とのそれぞれにアイソレータを設けて、信号光出力を向上させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 参考形態に係る光増幅装置の利得波長特性を示す図である。
【図３】 実施形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 実施形態に係る光増幅装置の利得波長特性を示す図である。
【符号の説明】
１１，１２ 光増幅装置
２１ 第１のＥＤＦ（第１の希土類元素ドープファイバ）
２２ 第２のＥＤＦ（第２の希土類元素ドープファイバ）
３１ ラマン増幅ファイバ
５１ 第１の励起光源
５２ 第２の励起光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された信号光を増幅して出力する光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、希土類元素の誘導放出現象を利用して信号光を直接増幅する希土類元素ドープファイバを備えた光増幅装置が知られている。このものは、長距離光通信において、伝送中の損失を補償するために用いられている。
【０００３】
ところで、伝送容量を拡大させるために、波長の異なる複数の信号光を１本の光ファイバで同時に伝送する波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送方式が採用されている。
【０００４】
このＷＤＭ伝送方式においては、Ｃバンドと呼ばれる１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長帯域と、Ｌバンドと呼ばれる１５７０ｎｍ〜１６０５ｎｍの波長帯域とが利用されており、これらＣバンド及びＬバンドでの光増幅は、希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）を光ファイバのコアにドープしたエルビウムドープファイバ（以下、ＥＤＦという）が用いられる。尚、このＥＤＦを備えた光増幅装置は、エルビウムドープファイバ増幅装置（以下、ＥＤＦＡという）と呼ばれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、伝送容量の更なる大容量化を目指して、ＷＤＭ伝送方式においてＣバンド及びＬバンド以外の波長帯域を利用することが考えられている。
【０００６】
ところが、Ｅｒに限らずその他の希土類元素をドープした希土類元素ドープファイバを用いた光増幅装置では、Ｃバンド及びＬバンド以外の波長帯域において満足の行く増幅性能が得られない。
【０００７】
そこで、希土類元素ドープファイバを用いる代わりに、ラマン散乱現象を利用したラマン増幅ファイバを用いた光増幅装置が考えられる。ラマン散乱現象は、物質内の振動現象により、入射光と異なる波長の光が散乱されるものであり、このラマン増幅ファイバに強い励起光を入射することにより、１．５μｍ付近ではこの入射した励起光に対して約１００ｎｍ長波長側の光信号を増幅させることができる。従って、ラマン増幅ファイバを用いた光増幅装置では、励起光の波長を調整することで、Ｃバンド及びＬバンド以外の波長帯域の光増幅が可能になる。
【０００８】
そして、Ｃバンド及びＬバンド増幅用ファイバである希土類元素ドープファイバと、ラマン増幅ファイバと直列に接続することで、いわゆる多段の光増幅装置を構成することにより、増幅帯域をさらに拡大させる考えられる。
【０００９】
しかしながら、Ｌバンド増幅用ファイバの雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）が比較的大きいことから、このＬバンド増幅用ファイバを組み込んだ多段構成の光増幅装置では、その雑音指数が大きくなってしまうという不都合がある。
【００１０】
また、希土類元素ドープファイバとラマン増幅ファイバとにより多段に構成することで広帯域の光増幅を可能にした光増幅装置においては、利得波長特性を平坦化させることも重要である。さらに、多段構成の光増幅装置の効率を向上させたいという要求もある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、希土類元素ドープファイバと、ラマン増幅ファイバとからなる多段に構成された光増幅装置において、効率を向上させることにあり、さらには、利得波長特性も向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
具体的に、本発明は、入力された信号光を増幅して出力する光増幅装置を対象とし、希土類元素イオンの誘導放出現象を利用して互いに異なる波長帯の信号光を増幅する第１及び第２の希土類元素ドープファイバと、ラマン散乱現象を利用して信号光を増幅するラマン増幅ファイバと、互いに異なる波長の励起光を出力する第１及び第２の励起光源とを備えたものとする。
【００１３】
そして、上記第１及び第２の希土類元素ドープファイバとラマン増幅ファイバとを、信号入力側から上記第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順で直列に接続し、上記第１及び第２の励起光源は、該第１の励起光源の励起光が、上記ラマン増幅ファイバに入射された後に第１の希土類元素ドープファイバに入射される一方、上記第２の励起光源の励起光が、上記ラマン増幅ファイバに入射された後に第２の希土類元素ドープファイバに入射されるように構成され、上記第１及び第２の励起光源の励起光による上記ラマン増幅ファイバの２つの増幅帯域の内の一方は、利得波長特性の平坦化に利用され、他方は、増幅帯域の拡大に利用されることを特定事項とするものである。
【００１４】
こうすることにより、第１及び第２の希土類元素ドープファイバ、並びにラマン増幅ファイバは、信号入力側から、第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順に直列に接続されているため、信号光は、第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順に、これら各ファイバ内を通過する。
【００１５】
ここで、ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、上記第１及び第２の希土類元素ドープファイバの増幅帯域と異ならせれば、第１の希土類元素ドープファイバにおいては、所定の波長帯域の信号光が増幅され、ラマン増幅ファイバにおいて、上記第１の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とは異なる波長帯域の信号光が増幅されかつ、第２の希土類元素ドープファイバにおいて、上記第１の希土類元素ドープファイバ及びラマン増幅ファイバの増幅帯域とは異なる波長帯域の信号光が増幅される。従って、これら３つのファイバにより、互いに異なる波長帯域の信号光がそれぞれ増幅されるため、光増幅装置の増幅帯域が拡大する。
【００１６】
また、上記の構成では、第１及び第２の希土類元素ドープファイバ、並びにラマン増幅ファイバの３つのファイバに対し、これら３つのファイバに入射する励起光を出力する励起光源を、第１及び第２の２つの励起光源のみを備えるようにする。これにより、光増幅装置の簡略化が図られる。
【００１７】
そして、第１の励起光源からの励起光は、ラマン増幅ファイバに入射し、その残余の励起光が第１の希土類元素ドープファイバに入射され、第２の励起光源からの励起光も、ラマン増幅ファイバに入射し、その残余の励起光が第２の希土類元素ドープファイバに入射される。
【００１８】
ここで、ラマン散乱現象によって光増幅を行うには、ラマン増幅ファイバに比較的強い励起光を入射させる必要があるのに対し、希土類元素イオンの誘導放出現象によって光増幅を行うには、希土類元素ドープファイバに入射する励起光は、ラマン増幅ファイバに入射させる励起光よりも弱い励起光であってもよい。従って、上記の構成によると、ラマン増幅ファイバには、第１の励起光源からの強い励起光が入射されて、このラマン増幅ファイバにおいて信号光が増幅される一方、第１の希土類元素ドープファイバには、残余の励起光（弱い励起光）が入射されるが、この弱い励起光によっても、この第１の希土類元素ドープファイバにおいて信号光が増幅される。ラマン増幅ファイバにはまた、第２の励起光源からの強い励起光が入射されて、このラマン増幅ファイバにおいて信号光が増幅される一方、第２の希土類元素ドープファイバには、残余の励起光（弱い励起光）が入射されるが、この弱い励起光によっても、この第２の希土類元素ドープファイバにおいて信号光が増幅される。つまり、光増幅装置の効率が向上する。
【００１９】
また、希土類元素ドープファイバでは、入射された励起光の波長帯域での光増幅が行われる一方、ラマン増幅ファイバでは、入射された励起光の波長に対して、所定波長（約１００ｎｍ）だけ長波長側の帯域での光増幅が行われる。よって、同じ波長の励起光をラマン増幅ファイバ及び第１の希土類元素ドープファイバに入射させることで、このラマン増幅ファイバの増幅帯域と、第１の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とは互いに異なるようになる。同様に、同じ波長の励起光をラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバに入射させることで、このラマン増幅ファイバの増幅帯域と、第２の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とは互いに異なるようになる。尚、第１及び第２の励起光源の出力する励起光は波長は互いに異なるため、第２の希土類元素ドープファイバの増幅帯域は、第１の希土類元素ドープファイバの増幅帯域とも異なるようになる。また、ラマン増幅ファイバには、第１及び第２の励起光源から、互いに異なる波長の２つの励起光がそ れぞれ入射されるため、この励起光の各波長に対応して、互いに異なる波長帯域の信号光が増幅される。従って、上記の構成によると、光増幅装置の増幅帯域が拡大する。
【００２０】
こうしてラマン増幅ファイバの増幅帯域を２つにすることで、光増幅装置の増幅帯域の拡大と、利得波長特性の平坦化とを同時に実現することができる。すなわち、第１及び第２の希土類元素ドープファイバの内の一方の利得波長特性が平坦化されない（例えばその増幅帯域における長波長側の利得が低下している）場合に、ラマン増幅ファイバの２つの増幅帯域の内の一方の波長帯域を、上記希土類元素ドープファイバの増幅帯域において利得が低下している波長帯域に合わせるようにするのである。例えば、第１の励起光源からの励起光が入射される第１の希土類元素ドープファイバの利得波長特性が平坦化していない場合には、ラマン増幅ファイバにおいて、第２の励起光源からの励起光による増幅帯域を、その利得が低下している波長帯域に合わせるようにする。逆に、第２の励起光源からの励起光が入射される第２の希土類元素ドープファイバの利得波長特性が平坦化していない場合には、ラマン増幅ファイバにおいて、第１の励起光源からの励起光による増幅帯域を、その利得が低下している波長帯域に合わせるようにする。
【００２１】
こうすることで、希土類元素ドープファイバの光増幅では低下してしまう利得分が、ラマン増幅ファイバによる光増幅により補完される。こうして、光増幅装置の増幅帯域を拡大しつつ、その利得波長特性を平坦化させることができる。
【００２２】
ここで、ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、希土類元素ドープファイバの増幅帯域における利得が低下している波長帯域に合わせるには、励起光の波長を調整するのがよい。
【００２３】
つまり、ラマン増幅ファイバの利得ピーク波長は、励起光の波長に対して約１００ｎｍ長波長側になるため、ラマン増幅ファイバの利得波長特性は、励起光の波長を調整することによって容易に変化させることができる。一方、希土類元素ドープファイバの利得波長特性は、励起光の波長の変化に対して鈍感である（励起光の波長を変えても、利得波長特性はあまり変化しない）。このため、励起光の波長を調整することによって、ラマン増幅ファイバの増幅帯域だけを調整することができ、このラマン増幅ファイバの増幅帯域を、希土類元素ドープファイバの増幅帯域における利得が低下している波長帯域に合わせることが容易に行い得る。
【００２４】
尚、３段構成の増幅装置では、その全体の雑音指数をＮＦtotalとし、その真数表示を雑音係数Ｆtotalとすると（つまり、ＮＦtotal＝10log(Ｆtotal)）、雑音係数Ｆtotalは、
Ｆtotal＝Ｆ１＋Ｆ２／Ｇ１＋Ｆ３／（Ｇ１・Ｇ２） …（１）
で表される。尚、Ｆ１〜Ｆ３：各段（１〜３段）の雑音係数（真数表記）。Ｇ１，Ｇ２：各段（１，２段）の利得（真数表記）である。
【００２５】
尚、第１及び第２の希土類ドープファイバに添加する希土類元素は、例えばＥｒ、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）等のいずれでもよい。また例えば、第１の希土類元素ドープファイバに添加する希土類元素と、第２の希土類元素ドープファイバに添加する希土類元素とは、互いに同じでもよいし、互いに異ならせてもよい。
【００２６】
上記第２の希土類元素ドープファイバの長さは、第１の希土類元素ドープファイバの長さよりも長くされているとしてもよい。
【００２７】
上記第１の希土類元素ドープファイバは、Ｃバンド増幅用ファイバとし、第２の希土類元素ドープファイバは、Ｌバンド増幅用ファイバとしてもよい。
【００２８】
尚、この場合、ラマン増幅ファイバの増幅帯域は、Ｃバンドよりも短波長側の帯域、又はＬバンドよりも長波長側の帯域のいずれでもよい。ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、Ｃバンドよりも短波長側の帯域、又はＬバンドよりも長波長側の帯域とすることにより、光増幅装置の増幅帯域が拡大することとなる。
【００２９】
また、ラマン増幅ファイバの増幅帯域を、Ｃバンド又はＬバンドに重なる帯域にして、これらＣバンド又はＬバンドでの利得波長特性を平坦化させるようにしてもよい。
【００３０】
上記第１の励起光源は、１．４８μｍ帯の励起光を出力するように構成し、第２の励起光源は、１．５３μｍ帯の励起光を出力するように構成してもよい。
【００３１】
こうすることで、第１の励起光源からの１．４８μｍ帯の励起光は、第１の希土類元素ドープファイバに入射されて、ここで、Ｃバンドの光増幅がなされる。一方、第２の励起光源からの１．５３μｍ帯の励起光は、ラマン増幅ファイバに入射されて、ここで、１．５３μｍ帯よりも０．１μｍだけ長波長側である１．６３μｍ帯の光増幅がなされかつ、第２の希土類元素ドープファイバに入射されて、ここで、Ｌバンドの光増幅がなされる。従って、１．４８〜１．６３μｍ帯の光増幅が可能になる。
【００３２】
また、ラマン増幅ファイバに、第１の励起光源からの１．４８μｍ帯の励起光をも入射したときは、ここで、１．４８μｍ帯よりも０．１μｍだけ長波長側である１．５８μｍ帯の光増幅がなされる。これにより、第２の希土類元素ドープファイバによる光増幅でＬバンドでの利得波長特性が平坦化されないときでも、ラマン増幅ファイバによる光増幅により利得の低下分が補完されて、Ｌバンドでの利得波長特性が平坦化される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における光増幅装置は、第１及び第２の希土類元素ドープファイバと、ラマン増幅ファイバとからなる多段構成の光増幅装置であって、これらの各ファイバを、信号入力側から第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順に直列に接続しかつ、第１の励起光源からの励起光を、ラマン増幅ファイバと第１の希土類元素ドープファイバとの双方に入射させ、第２の励起光源からの励起光を、ラマン増幅ファイバと第２の希土類元素ドープファイバとの双方に入射させるものである。このため、増幅帯域が拡大した光増幅装置を、励起光源の数を減らして簡略化することができる。
【００３４】
また、第１及び第２の励起光源からの励起光を、ラマン増幅ファイバに入射した後に、その残余の励起光を、第１及び第２の希土類元素ドープファイバに入射させることで、ラマン増幅ファイバと、第１及び第２の希土類元素ドープファイバとの双方において、十分に光増幅を行うことができ、光増幅装置の効率を向上させることができる。
【００３５】
さらに、ラマン増幅ファイバに第１及び第２励起光源からの励起光をそれぞれ入射して、このラマン増幅ファイバにより２つの波長帯域の光増幅を行うようにすることで、その一方の増幅帯域を、光増幅装置の増幅帯域の拡大に利用する一方で、他方の増幅帯域を、光増幅装置の利得波長特性を平坦化することに利用することができ、増幅帯域の拡大と利得波長特性の平坦化との双方を実現することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００３７】
＜参考形態＞
図１は、本発明の参考形態に係る光増幅装置１１を示しており、このものは、Ｅｒイオンの誘導放出現象により信号光を増幅する、第１及び第２の希土類元素ドープファイバとしての第１及び第２のエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）２１，２２と、ラマン散乱現象により信号光を増幅するラマン増幅ファイバ３１とから構成されている。
【００３８】
上記各ＥＤＦ２１，２２は、コア・クラッドからなる光ファイバのコアに、Ｅｒが添加されて構成されている。また、第１のＥＤＦ２１は、Ｃバンド増幅用に構成されている一方、第２のＥＤＦ２２はＬバンド増幅用に構成されている。これらの各ＥＤＦ２１，２２は、そのファイバ長が互いに相違し、Ｌバンド増幅用に構成された第２のＥＤＦ２２のファイバ長は、Ｃバンド増幅用に構成された第１のＥＤＦ２１のファイバ長よりも長くされている。従って、第１のＥＤＦ２１の雑音指数は、第２のＥＤＦ２２の雑音指数よりも小さい。
【００３９】
一方、上記ラマン増幅ファイバ３１は、分散補償ファイバにより構成されている。こうすることで、利得効率を高めることができる。尚、ラマン増幅ファイバ３１は、必ずしも分散補償ファイバである必要はない。
【００４０】
上記の各ファイバ２１，２２，３１は、信号入力側から、第１のＥＤＦ２１、ラマン増幅ファイバ３１及び第２のＥＤＦ２２の順で、直列に接続されている。
【００４１】
そして、第１のＥＤＦ２１とラマン増幅ファイバ３１との間の位置には、２つの光合波器４１，４２が介設されており、第１の光合波器４１は、第１のＥＤＦ２２の出力ポートに接続されている一方、第２の光合波器４２は、ラマン増幅ファイバ３１の入力ポートに接続されている。
【００４２】
上記第１の光合波器４１には、第１の励起光源５１が接続されており、この第１の光合波器４１は、第１の励起光源５１から出力された励起光を信号入力側に送るように構成されている（同図の一点鎖線の矢印参照）。
【００４３】
一方、上記第２の光合波器４２には、第２の励起光源５２が接続されており、この第２の光合波器４２は、この第２の励起光源５２から出力された励起光を信号出力側に送るように構成されている（同図の二点鎖線の矢印参照）。
【００４４】
上記第１の励起光源５１は、１．４８μｍ帯の励起光を出力するように構成されている一方、第２の励起光源５２は、１．５３μｍ帯の励起光を出力するように構成されている。
【００４５】
これにより、第１の励起光源５１からの励起光である１．４８μｍ帯の励起光は、第１のＥＤＦ２１に入射されるのに対し、第２の励起光源５２からの励起光である１．５３μｍ帯の励起光は、先ず、ラマン増幅ファイバ３１に入射され、その後に残余の励起光が、第２のＥＤＦ２２に入射されるようになる。
【００４６】
次に、この光増幅装置１１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。尚、これら図１及び図２における丸数字の１〜３の符号はそれぞれ対応するものであり、増幅帯域を示すものである。
【００４７】
先ず、信号光は、信号入力側から第１のＥＤＦ２１に入射される。これと共に、この第１のＥＤＦ２１には、第１の励起光源５１からの１．４８μｍ帯の励起光が入射される。これにより、第１のＥＤＦ２１では、Ｅｒイオンの誘導放出現象により、Ｃバンドの信号光が増幅される（図２の丸数字の１参照）。
【００４８】
次いで、この信号光は、ラマン増幅ファイバ３１に入射される。このラマン増幅ファイバ３１には、上記第２の励起光源５２からの１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、ラマン増幅ファイバ３１では、ラマン散乱現象により、励起光の波長に対して約０．１μｍだけ長波長側の信号光が増幅される。従って、１．６３μｍ帯の信号光が増幅される（図２の丸数字の３参照）。
【００４９】
最後に、上記信号光は、第２のＥＤＦ２２に入射される。この第２のＥＤＦ２２には、上記第２の励起光源５２から出力されかつ、上記ラマン増幅ファイバ３１を通過した後の１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、Ｅｒイオンの誘導放出現象によって、Ｌバンドの信号光が増幅される（図２の丸数字の２参照）。
【００５０】
こうして、この光増幅装置１１においては、上記第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１によって互いに異なる波長帯域であるＣバンド、Ｌバンド及び１．６３μｍ帯の信号光がそれぞれ増幅される。このため、増幅帯域の拡大が図られる。
【００５１】
また、この光増幅装置１１においては、第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１を備える一方で、これらの各ファイバ２１，２２，３１に入射させる励起光を出力する励起光源は、第１及び第２の励起光源５１，５２の２つである。こうして、励起光源の数を減らすことにより、光増幅装置１１を簡略化することができる。
【００５２】
また、こうして、励起光源５１，５２の数を減らしても、第２の励起光源から出力された励起光を、ラマン増幅ファイバ３１と、第２のＥＤＦ２２との双方に入射させるため、これらの２つのファイバ３１，２２において光増幅が行われ、増幅帯域を拡大させることができる。
【００５３】
さらに、第２の励起光源５２からの励起光を、先ずラマン増幅ファイバ３１に入射するように構成することで、ラマン増幅ファイバ３１において光増幅を行うには、比較的強い励起光を入射させる必要があるところを、これが実現する。一方、第２のＥＤＦ２２には、ラマン増幅ファイバ３１に入射された後の残余の励起光が入射されるが、この第２のＥＤＦ２２において光増幅を行うには、比較的弱い励起光でも可能であることから、上記残余の励起光でも、第２のＥＤＦ２２において十分に光増幅が行われる。こうして、第２の励起光源５２からの励起光により、ラマン増幅ファイバ３１及び第２のＥＤＦ２２の双方において光増幅を行うことで、光増幅装置１１の効率を向上させることができる。
【００５４】
＜実施形態＞
図３は、実施形態に係る光増幅装置１２を示しており、このものは、第１及び第２の励起光源５１，５２の配置が、上記参考形態に係る光増幅装置１１とは異なる。
【００５５】
尚、この光増幅装置１２における、第１及び第２ＥＤＦ２１，２２、ラマン増幅ファイバ３１、並びに第１及び第２の励起光源５１，５２自体の構成は、それぞれ参考形態と同じであるため、同じの符号を付してその説明は省略する。
【００５６】
この光増幅装置１２は、第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１が、信号入力側から第１のＥＤＦ２１、ラマン増幅ファイバ３１及び第２のＥＤＦ２２の順で直列に接続されて構成されている。この点は、上記参考形態に係る光増幅装置１１と同じである。
【００５７】
参考形態に係る光増幅装置１１と異なる点は、第２及び第１の光合波器４２，４１が、上記第１のＥＤＦ２１とラマン増幅ファイバ３１との間の位置、及びラマン増幅ファイバ３１と第２のＥＤＦ２２との間の位置にそれぞれ介設されている点である。
【００５８】
つまり、１．５８μｍ帯の励起光を出力する第２の励起光源５２が接続された第２の光合波器４２は、ラマン増幅ファイバ３１の入力ポートに接続されているのに対し、１．４８μｍ帯の励起光を出力する第１の励起光源５１が接続された第１の光合波器４１は、上記ラマン増幅ファイバ３１の出力ポートに接続されている。
【００５９】
この構成により、第１の励起光源５１からの励起光である１．４８μｍ帯の励起光は、先ずラマン増幅ファイバ３１に入射され、その後に残余の励起光が第１のＥＤＦ２１に入射されるようになる（同図の一点鎖線の矢印参照）。これに対し、第２の励起光源５２からの励起光である１．５３μｍ帯の励起光は、先ず、ラマン増幅ファイバ３１に入射され、その後に残余の励起光が、第２のＥＤＦ２２に入射されるようになる（同図の二点鎖線の矢印参照）。
【００６０】
次に、この光増幅装置１２の動作について、図３及び図４を参照しながら説明すると、先ず、信号光は、信号入力側から第１のＥＤＦ２１に入射される。これと共に、この第１のＥＤＦ２１には、第１の励起光源５１から出力されかつラマン増幅ファイバ３１を通過した後の１．４８μｍ帯の励起光が入射される。これにより、第１のＥＤＦ２１では、Ｅｒイオンの誘導放出現象により、Ｃバンドの信号光が増幅される（図４の丸数字の１参照）。
【００６１】
次いで、この信号光は、ラマン増幅ファイバ３１に入射される。このラマン増幅ファイバ３１には、第１の励起光源５１からの１．４８μｍ帯の励起光が入射される。これにより、ラマン増幅ファイバ３１では、ラマン散乱現象により、励起光の波長に対して約０．１μｍだけ長波長側の信号光が増幅される。従って、１．５８μｍ帯の信号光が増幅される（図４の丸数字の４参照）。これと同時に、このラマン増幅ファイバ３１には、上記第２の励起光源５２からの１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、ラマン増幅ファイバ３１では、ラマン散乱現象により、励起光の波長に対して約０．１μｍだけ長波長側の信号光が増幅される。従って、１．６３μｍ帯の信号光が増幅される（図４の丸数字の３参照）。
【００６２】
最後に、上記信号光は、第２のＥＤＦ２２に入射される。この第２のＥＤＦ２２には、上記第２の励起光源５２から出力されかつ上記ラマン増幅ファイバ３１を通過した後の１．５３μｍ帯の励起光が入射される。これにより、Ｅｒイオンの誘導放出現象によって、Ｌバンドの信号光が増幅される（図４の丸数字の２参照）。
【００６３】
こうして、この光増幅装置１２においては、上記第１及び第２のＥＤＦ２１，２２、並びにラマン増幅ファイバ３１によって互いに異なる波長帯域であるＣバンド、Ｌバンド、１．５８μｍ帯及び１．６３μｍ帯の信号光がそれぞれ増幅される。このため、増幅帯域の拡大が図られる。これと共に、第１及び第２のＥＤＦ２１，２２は、残余の励起光により光増幅を行うことで、光増幅装置１２の効率を向上させることができる。
【００６４】
また、励起光源が、第１及び第２の励起光源５１，５２の２つであることにより、光増幅装置１２を簡略化することができる。
【００６５】
さらに、この実施形態に係る光増幅装置１２では、増幅帯域の拡大に加えて、利得波長特性が平坦化する。
【００６６】
つまり、図４に示すように、第２のＥＤＦ２２の利得波長特性が平坦化できない場合、詳しくは、Ｌバンドにおける長波長側（約１．５８μｍ帯）において利得が低下している場合でも、ラマン増幅ファイバ３１により１．５８μｍ帯の信号光が増幅されることで、第２のＥＤＦ２２による光増幅では低下してしまう利得を補完することができる。これにより、光増幅装置１２の利得波長特性を平坦化することができる。このように、実施形態に係る光増幅装置１２では、第１及び第２の励起光源５１，５２から出力された励起光のそれぞれをラマン増幅ファイバ３１に入射するように構成することで、第１の励起光源５１からの励起光による増幅帯域は、利得波長特性の平坦化に利用する一方で、第２の励起光源５２からの励起光による増幅帯域は、光増幅装置１２の増幅帯域の拡大に利用する。これにより、この光増幅装置１２では、増幅帯域の拡大と、利得波長特性の平坦化とを共に達成することができる。
【００６７】
ここで、ラマン増幅ファイバ３１の利得波長特性は、励起光の波長の変化に対して敏感であるのに対し、ＥＤＦの利得波長特性は、励起光の波長の変化に対して鈍感である。このことから、第１の励起光源５１からの励起光の波長を調整することによって、第１のＥＤＦ２１の利得波長特性をほとんど変えることなく、ラマン増幅ファイバ３１の、第１の励起光源５１からの励起光による増幅帯域（図４の丸数字の４）を調整することができ、ラマン増幅ファイバ３１の増幅帯域を、Ｌバンドにおいて利得が低下している波長帯域に合わせることを容易に行うことができる。
【００６８】
尚、以下の条件下ではＥＤＦの利得波長幅を拡大することは可能であるが、利得波長特性が平坦化し難い。このため、光増幅装置１２を上記の構成にすることで、増幅帯域の拡大と利得波長特性の平坦化とが共に達成され、好適である。
【００６９】
つまり、第１のＥＤＦ２１の濃度条長積：１０〜２５（ｋｐｐｍ・ｍ）、第２のＥＤＦ２２の濃度条長積：２０〜１００（ｋｐｐｍ・ｍ）。尚、濃度条長積とは、ＥＤＦにドープされたＥｒの濃度（ｐｐｍ）と、このＥＤＦの長さ（ｍ）との積であり、その単位は、ｐｐｍ・ｍである。尚、１０００ｐｐｍ・ｍを、１ｋｐｐｍ・ｍという。
【００７０】
また、第１の励起光源５１の励起波長：１．４５〜１．５０（μｍ）、第２の励起光源５２の励起波長：１．５２〜１．５７（μｍ）。第１の励起光源５１の励起入力：５〜３００（ｍＷ）、第２の励起光源５２の励起入力：１５〜９００（ｍＷ）。
【００７１】
＜他の実施形態＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、光増幅装置１１，１２に用いる希土類元素ドープファイバを、Ｅｒが添加されたＥＤＦ２１，２２としているが、その他の希土類元素（Ｙｂ、Ｎｄ等）が添加されたファイバとしてもよい。尚、この場合は、ファイバに添加された希土類元素に応じて、励起光源５１，５２が出力する励起光の波長を変える必要がある。
【００７２】
また、例えば光増幅装置１１，１２における信号出力側（第２のＥＤＦ２２よりも信号出力側）位置に利得等価器を介設して、利得波長特性を平坦化させるようにしてもよい。また、例えば第１のＥＤＦ２１よりも信号入力側位置と、第２のＥＤＦ２２よりも信号出力側位置とのそれぞれにアイソレータを設けて、信号光出力を向上させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 参考形態に係る光増幅装置の利得波長特性を示す図である。
【図３】 実施形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 実施形態に係る光増幅装置の利得波長特性を示す図である。
【符号の説明】
１１，１２ 光増幅装置
２１ 第１のＥＤＦ（第１の希土類元素ドープファイバ）
２２ 第２のＥＤＦ（第２の希土類元素ドープファイバ）
３１ ラマン増幅ファイバ
５１ 第１の励起光源
５２ 第２の励起光源
Claims (4)
- 入力された信号光を増幅して出力する光増幅装置であって、
希土類元素イオンの誘導放出現象を利用して互いに異なる波長帯域の信号光を増幅する第１及び第２の希土類元素ドープファイバと、
ラマン散乱現象を利用して信号光を増幅するラマン増幅ファイバと、
互いに異なる波長の励起光を出力する第１及び第２の励起光源とを備え、
上記第１及び第２の希土類元素ドープファイバとラマン増幅ファイバとは、信号入力側から上記第１の希土類元素ドープファイバ、ラマン増幅ファイバ及び第２の希土類元素ドープファイバの順で直列に接続されており、
上記第１及び第２の励起光源は、該第１の励起光源の励起光が、上記ラマン増幅ファイバに入射された後に第１の希土類元素ドープファイバに入射される一方、上記第２の励起光源の励起光が、上記ラマン増幅ファイバに入射された後に第２の希土類元素ドープファイバに入射されるように構成され、
上記第１及び第２の励起光源の励起光による上記ラマン増幅ファイバの２つの増幅帯域の内の一方は、利得波長特性の平坦化に利用され、他方は、増幅帯域の拡大に利用される
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求項１において、
第２の希土類元素ドープファイバの長さは、第１の希土類元素ドープファイバの長さよりも長くされている
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求項１又は２において、
第１の希土類元素ドープファイバは、Ｃバンド増幅用ファイバであり、
第２の希土類元素ドープファイバは、Ｌバンド増幅用ファイバである
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
第１の励起光源は、１．４８μｍ帯の励起光を出力するように構成され、
第２の励起光源は、１．５３μｍ帯の励起光を出力するように構成されている
ことを特徴とする光増幅装置。
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