JP4451313B2 - 遅延位相整合ファイバを用いた光増幅器 - Google Patents
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Description
上記の波長多重光伝送方式を実現する上で、希土類元素を添加した光ファイバを用いて光信号を増幅する光増幅器は、その広い利得帯域を利用して波長多重信号光を一括して増幅できることから、1つのキーコンポーネントとなっている。このような光増幅器としては、例えば、エルビウム(Er)ドープファイバ光増幅器(Erbium-doped fiber amplifier:EDFA)が一般的である。
図7に示す従来のEDFAは、例えば、エルビウムドープファイバ(EDF)101と、そのEDF101に励起光Lpを供給する励起用半導体レーザ(LD)102およびWDMカプラ103と、入力端子INおよび出力端子OUT間の両端部分に配置した光アイソレータ104,105とを備えて構成される。この構成例では、EDF101の入力側の一端から励起光Lpを供給し、信号光Lsと励起光Lpとを同じ方向に伝搬させて良好な雑音特性(NF)が得られるようにした前方励起型の構成を適用している。また、従来のEDFAについては、出力レベルまたは利得が一定となるように、ここでは図示を省略した入出力パワーモニタでのモニタ結果に基づいて励起用半導体レーザ102に与える駆動電流のフィードバック制御を行う構成が適用される場合も多い。
図1において、本光増幅器は、例えば、応答特性が異なる2種類のエルビウムドープファイバ(EDF)1a,1bを互いに接続した光増幅媒体としての遅延位相整合ファイバ1と、その遅延位相整合ファイバ1に励起光Lpを供給する励起用半導体レーザ(LD)2およびWDMカプラ3と、入力端子INおよび出力端子OUT間の両端部分に配置した光アイソレータ4,5とを備えて構成される。
本光増幅器では、Lバンドの信号光Lsが入力端子INに与えられると、その信号光Lsが光アイソレータ4およびWDMカプラ3を介して遅延位相整合ファイバ1に送られる。この遅延位相整合ファイバ1には、励起用半導体レーザ2で発生する励起光LpがWDMカプラ3を介してEDF1a側から与えられており、その励起光LpがEDF1aおよびEDF1bを順に伝搬して吸収されることで各EDF1a,1b内のエルビウムが励起される。また、励起光Lpによって励起された各EDF1a,1bでは、1.55μm帯の増幅された自然放出光(ASE光)が発生し、そのASE光が励起光として再吸収される。
一般に、EDFの応答速度は、ファイバ内のエネルギー密度に応じて変化することが知られている。このエネルギー密度は、EDFの構造を表すパラメータの1つであり、次の(1)式に示す関係に従って表すことができる。
図6は、上記の応用例による光増幅器の構成を示すブロック図である。
図6に示す光増幅器は、上述の図7に示した実施形態の構成について、入力光のパワーをモニタするための光カプラ10および受光器(PD)11と、出力光のパワーをモニタするための光カプラ12および受光器(PD)13と、各受光器11,13でモニタされる入出力光パワーを基に本光増幅器における利得が一定となるように励起用半導体レーザ2の駆動状態をフィードバック制御する制御回路14とを設けたものである。なお、上記以外の他の部分の構成は、図7に示した実施形態の構成と同様であるため、ここでの説明を省略する。
なお、上記の応用例ではAGCを適用した光増幅器の構成を示したが、例えば、受光器13でモニタされる出力光のレベルが一定となるように励起用半導体レーザ2をフィードバック制御する、いわゆるALCを行う構成としてもAGCの場合と同様の効果を得ることが可能である。
Claims (7)
- 希土類元素が添加された光増幅媒体と、
該光増幅媒体に対して励起光を供給する励起光供給部と、
少なくとも前記光増幅媒体からの出力信号光のパワーを検出し、該検出結果に基づいて前記励起光供給部をフィードバック制御する制御部と、を備え、
前記光増幅媒体に供給される励起光および前記光増幅媒体内で発生する自然放出光によって反転分布状態が形成される光増幅器であって、
前記光増幅媒体は、長手方向について、励起光による光増幅が支配的となる第1範囲と、自然放出光による光増幅が支配的となる第2範囲とを有し、信号光および励起光が入力される入力端から前記第1範囲および前記第2範囲が接する境界までの間に配置される第1ファイバと、前記境界から信号光が出力される出力端までの間に配置され、希土類元素のドープ径およびモードフィールド径の関数として表されるエネルギー密度を前記第1ファイバよりも相対的に高くすることで、前記第1ファイバよりも相対的に速い応答速度を有するようにした第2ファイバとから形成された遅延位相整合ファイバを用い、
前記関数は、エネルギー密度をΨ、希土類元素のドープ径をd、モードフィールド径をωとして、
- 請求項1に記載の光増幅器であって、
前記第2ファイバは、前記希土類元素ドープ径が前記第1ファイバよりも小さく、前記モードフィールド径が前記第1ファイバと同じであることを特徴とする光増幅器。 - 請求項2に記載の光増幅器であって、
前記第1ファイバは、クラッドに囲まれたコアの断面の略全体に希土類元素を添加した構造を有し、
前記第2ファイバは、クラッドに囲まれたコアの断面の中心部分に希土類元素を添加し、周縁部分には希土類元素を添加しない構造を有することを特徴とする光増幅器。 - 請求項1に記載の光増幅器であって、
前記第2ファイバは、前記モードフィールド径が前記第1ファイバよりも小さく、前記希土類元素ドープ径が前記第1ファイバと同じであることを特徴とする光増幅器。 - 請求項4に記載の光増幅器であって、
前記第1ファイバは、クラッドに囲まれたコアの断面についての屈折率が略均一であり、
前記第2ファイバは、クラッドに囲まれたコアの断面についての中心部分の屈折率が前記第1ファイバのコアの屈折率に略等しく、周縁部分の屈折率が前記中央部分の屈折率よりも高いことを特徴とする光増幅器。 - 請求項1に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、入力信号光のパワーを検出する入力モニタと、出力信号光のパワーを検出する出力モニタと、前記入力モニタおよび前記出力モニタの検出結果に基づいて利得が一定となるように前記励起光供給部をフィードバック制御する制御回路とを有することを特徴とする光増幅器。 - 請求項1に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、出力信号光のパワーを検出する出力モニタと、該出力モニタの検出結果に基づいて出力信号光のレベルが一定となるように前記励起光供給部をフィードバック制御する制御回路とを有することを特徴とする光増幅器。
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