JP4846136B2 - 広帯域複合光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に関し、特に、ツリウムをコアに添加した光ファイバ（以下「ＴＤＦ」と略記する）を利得媒体とする光増幅器（以下「ＴＤＦＡ」と略記する）と、エルビウムをコアに添加した光ファイバ（以下「ＥＤＦ」と略記する）を利得媒体とする光増幅器（以下「ＥＤＦＡ」と略記する）とを組み合わせて、広帯域にわたって信号光の増幅を可能にする光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において使用され、又は使用が検討されている波長帯域に、波長1460ｎｍから1530ｎｍまでの波長帯域（以下「Ｓ―バンド」と略記する）、波長1530ｎｍから1565ｎｍまでの波長帯域（以下「C―バンド」と略記する）、 波長1565ｎｍから1625ｎｍまでの波長帯域（以下「Ｌ−バンド」と略記する）とよばれる波長帯域がある。これらの帯域の光を１本の光ファイバ中を伝送させて増幅するための増幅技術として、図１０に示すように、波長帯域毎に信号光を分離した後に増幅し、その後に合波する方法が検討、使用され、この技術がＯＡＡ´９９ＷＣ−２において開示されている。
図１０中、符号５１は光伝送路であり、第１のＷＤＭカプラ５５の入力端に接続されている。ＷＤＭカプラ５５の出力端にはＳ−バンド用光増幅器５２が接続され、他の出力端には第２のＷＤＭカプラ５６が接続されている。この第２のＷＤＭカプラ５６の出力端にはＣ−バンド用光増幅器５３が接続され、他の出力端にはＬ−バンド用光増幅器５４が接続されている。Ｃ−バンド用光増幅器５３とＬ−バンド用光増幅器５４は、第３のＷＤＭカプラ５７の入力端に接続され、第３のＷＤＭカプラ５７の出力端は第４のＷＤＭカプラ５８の入力端に接続されている。この第４のＷＤＭカプラ５８の他の入力端にはＳ−バンド用光増幅器５２が接続されている。
【０００３】
図１０に示す光増幅器においては、光伝送路５１から送られる信号光は、第１のＷＤＭカプラ５５によってＳ−バンドの波長帯域の光が分波され、Ｓ−バンド用光増幅器５２によって光増幅される。次に、第２のＷＤＭカプラ５６によって、Ｃ−バンドの波長帯域の光とＬ−バンドの波長帯域の光とに分波され、Ｃ−バンド用光増幅器５３によりＣ−バンドの波長帯域の光が光増幅され、Ｌ−バンド用光増幅器５４によりＬ−バンドの波長帯域の光が光増幅される。光増幅された各波長帯域の光は、第３のＷＤＭカプラ５７及び第４のＷＤＭカプラ５８によって合波される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この増幅技術によると、光の合分波のために光カプラを使用することが必要であり、さらに、S-バンドの増幅で使用する光ファイバに添加されている希土類元素とC-バンドの増幅で使用する光ファイバに添加されている希土類元素とが異なっている。そのため、図１１に示すように、使用波長帯域にわたって増幅特性が連続とならず、使用される波長帯域について連続的な利得が得られるシームレス光増幅器を作製することができないという問題点があった。
この問題を解決する方法として、C-バンドと L-バンドの信号光を一括して増幅する技術は、Electron.Lett.34-18(1998)1747-1748において報告されている。
しかし、Ｓ-バンドとC-バンドの信号光を一括して増幅する技術は報告されていない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、広い波長帯域の信号光を連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、エルビウムをコアに添加した第１の光ファイバを利得媒体とし、この第１の光ファイバに信号光と波長980ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1550ｎｍ帯の信号光を増幅する第１の光ファイバ増幅器を信号光の入力部に配置し、前記第１の光ファイバ増幅器の出力部に、ツリウムをコアに添加したシリカ系又はフッ化物系光ファイバである第２の光ファイバを利得媒体とし、この第２の光ファイバに信号光と波長1050ｎｍ帯と1600ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1480ｎｍ帯の信号光を増幅する第２の光ファイバ増幅器を接続してなり、1480ｎｍから1560ｎｍまでの波長帯域において連続して10ｄＢ以上の利得を有することを特徴とする広帯域複合光増幅器である。請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器は、励起光を信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する前方向励起、励起光を信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する後方向励起、又は励起光を信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する双方向励起のいずれかの励起手段により信号光の増幅を行うことを特徴とする。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器は、第１の光ファイバへ入射した信号光と励起光とを第１の光ファイバの出射側において反射し、その戻り光を第１の光ファイバへ再び入射する手段を備えていることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の発明において、第２の光ファイバ増幅器は、第２の光ファイバへ入射した信号光と励起光とを第２の光ファイバの出射側において反射し、その戻り光を第２の光ファイバへ再び入射する手段を備えていることを特徴とする。請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第１の光ファイバと第２の光ファイバの一方又は両方の入出力端に反射光抑制のための光アイソレータを設けていることを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器の一方又は両方に利得等化器を設けていることを特徴とする。請求項７記載の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器とを直列接続したものに対して、波長1600ｎｍ帯の信号光を増幅するための第３の光ファイバ増幅器が並列に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の広帯域複合光増幅器の例を示す図である。
図１中、符号１は第１の光ファイバ増幅器であり、ＥＤＦを利得媒体とし、これに信号光と波長980ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1530ｎｍから波長1565ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するＥＤＦＡからなっている。
符号２は第２の光ファイバ増幅器であり、ＴＤＦを利得媒体とし、これに信号光と励起光とを合波して入射して、波長1460ｎｍから波長1530ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するＴＤＦＡからなっている。
この第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２とが光伝送路３を介して接続されている。接続の順番は、図１（ａ）に示すように、第１の光ファイバ増幅器１の出力端に第２の光ファイバ増幅器２の入力端を接続してもよく、図１（ｂ）に示すように、第２の光ファイバ増幅器２の出力端に第１の光ファイバ増幅器１の入力端を接続してもよい。
この例によると、ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを直列に接続し、ＥＤＦを波長980ｎｍ帯の励起光で励起することにより、Ｓ―バンドとＣ−バンドとにわたる広い波長帯域の信号光を連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器を実現することができる。
また、ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを直列に接続して広帯域複合光増幅器を構成するため、部品点数を少なくして広帯域複合光増幅器を実現することができる。
【０００７】
図２は、少なくとも１つの第１の光ファイバ増幅器１と、少なくとも１つの第２の光ファイバ増幅器２とを多段に直列接続して構成した広帯域複合光増幅器の例である。
図２（ａ）は、第１の光ファイバ増幅器１、第１の光ファイバ増幅器１、第２の光ファイバ増幅器２の順に直列接続した例であり、図２（ｂ）は、第１の光ファイバ増幅器１、第２の光ファイバ増幅器２、第１の光ファイバ増幅器１の順に直列接続した例である。
接続する光ファイバ増幅器の数、及び接続する光ファイバ増幅器の順番は、図２に示した例に限定されない。
【０００８】
図３は、この例で用いられる第２の光ファイバ増幅器であるＴＤＦＡの構成を示す図である。
図３（ａ）は、励起光を信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する励起方法（以下「前方向励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成し、かつ波長の異なる２つの励起光源を用いて励起を行う励起方法（以下「２波励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
図３（ａ）中、符号１１は信号光を伝送する光伝送路を示す。
この光伝送路１１は、第１のＷＤＭカプラ１２の入力ポートに接続されている。この第１のＷＤＭカプラ１２の他の入力ポートには、第１の励起光源１３が接続され、第１のＷＤＭカプラ１２の出力ポートは、第２のＷＤＭカプラ１４の入力ポートに接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の他の入力ポートには、第２の励起光源１５が接続されている。
第２のＷＤＭカプラ１４の出力ポートは、利得媒体であるＴＤＦ１６の一端に接続され、このＴＤＦ１６の他端は光伝送路１１に接続されている。この例において、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
ＴＤＦ１６として、シリカ系ファイバを用いてもよく、また、フッ化物系ファイバを用いてもよい。
次に、この前方向励起による第１の光ファイバ増幅器の動作を説明する。
光伝送路１１から送られる信号光は、第１のＷＤＭカプラ１２において第１の励起光源１３からの波長1050ｎｍ帯の第１の励起光と合波されて、第２のＷＤＭカプラ１４に送られ、ここで第２の励起光源１５からの波長1600ｎｍ帯の第２の励起光と合波される。
この信号光と、第１、第２の励起光とは、ＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅されてＴＤＦ１６の他端から光伝送路１１に出力される。
【０００９】
図３（ｂ）は、励起光を信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する励起方法（以下「後方向励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
この光伝送路１１は、ＴＤＦ１６の一端に接続され、このＴＤＦ１６の他端は、第１のＷＤＭカプラ１２の入力ポートに接続されている。この第１のＷＤＭカプラ１２の他の入力ポートには、第１の励起光源１３が接続され、第１のＷＤＭカプラ１２の出力ポートは、第２のＷＤＭカプラ１４の入力ポートに接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の他の入力ポートには、第２の励起光源１５が接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の出力ポートは、光伝送路１１に接続されている。
この後方向励起による第１の光ファイバ増幅器の動作は、第１のＷＤＭカプラ１２と第２のＷＤＭカプラ１４とによって、第１の励起光と第２の励起光とが合波されてＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅されてＴＤＦ１６の他端から光伝送路１１に出力されることは、前方向励起の場合と同様であるが、励起光が信号光の進行方向と逆の方向に入射されることが前方向励起の場合と相違している。
【００１０】
図３（ｃ）は、励起光を信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する励起方法（以下「双方向励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
この光伝送路１１は、第１のＷＤＭカプラ１２の入力ポートに接続されている。この第１のＷＤＭカプラ１２の他の入力ポートには、第１の励起光源１３が接続され、第１のＷＤＭカプラ１２の出力ポートは、第２のＷＤＭカプラ１４の入力ポートに接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の他の入力ポートには、第２の励起光源１５が接続されている。
第２のＷＤＭカプラ１４の出力ポートは、ＴＤＦ１６の一端に接続され、このＴＤＦ１６の他端は第３のＷＤＭカプラ１７の入力ポートに接続されている。この第３のＷＤＭカプラ１７の他の入力ポートには、第３の励起光源１８が接続され、第３のＷＤＭカプラ１７の出力ポートは、第４のＷＤＭカプラ１９の入力ポートに接続されている。第４のＷＤＭカプラ１９の他の入力ポートには、第４の励起光源２０が接続されている。第４のＷＤＭカプラ１９の出力ポートは、光伝送路１１に接続されている。
この双方向励起による第１の光ファイバ増幅器の動作は、第１のＷＤＭカプラ１２と第２のＷＤＭカプラ１４とによって、第１の励起光と第２の励起光とが合波されてＴＤＦ１６の一端に入力されるとともに、第３のＷＤＭカプラ１７と第４のＷＤＭカプラ１９とによって、第３の励起光と第４の励起光とが合波されてＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅されてＴＤＦ１６の他端から光伝送路１１に出力される。第１の励起光と第３の励起光とは同じ波長であり、第２の励起光と第４の励起光とは同じ波長である。
【００１１】
図３（ｄ）は、第１の光ファイバ１６へ入射した信号光と励起光とを第１の光ファイバ１６の出射側において反射し、その戻り光を第１の光ファイバ１６へ再び入射して増幅する励起方法（以下「反射型励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
図３（ｄ）において、第１のＷＤＭカプラ１２、第２のＷＤＭカプラ１４、ＴＤＦ１６が光伝送路１１に接続されることは、図３（ａ）の場合と同様である。また、第１の励起光源１３が第１のＷＤＭカプラ１２に接続され、第２の励起光源１５が第２のＷＤＭカプラ１４に接続されることも、図３（ａ）の場合と同様である。
符号２２は、ＴＤＦ１６の他端に接続されたループミラーであり、ＴＤＦ１６からの信号光及び励起光を反射してＴＤＦ１６に戻すためのものである。ループミラー２２には、例えば３ｄＢカプラを使用した全反射ループミラーが用いられるが、全反射ループミラーに限定されるものではなく、反射機能を持つ部品であればファイバグレーティングのような他の部品も用いられる。
符号２３は、ループミラーの出射端の反射の影響を抑制するための無反射終端部であり、例えば、コアレスファイバを融着接続したものからなる。コアレスファイバとは、コアがないファイバであり、これを融着接続をすることで光の反射を抑制することができる。
符号２１は、光サーキュレータであり、第１のＷＤＭカプラ１２の戻り光の出力ポートに接続される光伝送路１１に接続されている。この例においても、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
光伝送路１１から送られる信号光は、第１のＷＤＭカプラ１２において第１の励起光源１３からの第１の励起光と合波されて、第２のＷＤＭカプラ１４に送られ、ここで第２の励起光源１５からの第２の励起光と合波される。
この信号光と、第１、第２の励起光とは、ＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅された後、ミラー２２で反射される。反射された戻り光は、再びＴＤＦ１６の一端に入力されて光増幅され、第２のＷＤＭカプラ１４及び第１のＷＤＭカプラ１２を通過した後、光サーキュレータ２１により出力光として取り出され、光伝送路１１に送り出される。
【００１２】
なお、図３（ｄ）においては、前方向励起の場合についてのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、後方向励起、双方向励起についても、反射型励起の構成とすることは可能である。
また、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示したＴＤＦＡの説明においては、第１の励起光源１３から送られる第１の励起光の波長を1050ｎｍ帯とし、第２の励起光源１５から送られる第２の励起光の波長を1600ｎｍ帯としているが、これに限定されるものではなく、この他にも、波長1150ｎｍ帯、波長1400ｎｍ帯の励起光を発する励起光源を組み合わせて用いることが可能である。また、励起光源の個数についても、２波励起に限定されず、波長1050ｎｍ帯、波長1150ｎｍ帯、波長1400ｎｍ帯の励起光を発する励起光源を１つだけ用いることによって励起することもできる。
【００１３】
図４は、この例で用いられる第１の光ファイバ増幅器であるＥＤＦＡの構成を示す図である。
図４（ａ）は、前方向励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ａ）中、符号３１は光伝送路であり、この光伝送路３１は、ＷＤＭカプラ３２の入力ポートに接続されている。このＷＤＭカプラ３２の他の入力ポートには、励起光源３３が接続され、ＷＤＭカプラ３２の出力ポートは、利得媒体であるＥＤＦ３４の一端に接続されている。このＥＤＦ３４の他端は光伝送路３１に接続されている。この例においても、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
光伝送路３１から送られる信号光は、ＷＤＭカプラ３２において励起光源３３からの波長980ｎｍ帯の励起光と合波される。この信号光と励起光とは、ＥＤＦ３４の一端に入力され、ここで光増幅されてＥＤＦ３４の他端から光伝送路３１に出力される。
【００１４】
図４（ｂ）は、後方向励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ｂ）中、光伝送路３１は、ＥＤＦ３４の一端に接続され、このＥＤＦ３４の他端は、ＷＤＭカプラ３２の入力ポートに接続されている。このＷＤＭカプラ３２の他の入力ポートには、励起光源３３が接続されている。ＷＤＭカプラ３２の出力ポートは、光伝送路３１に接続されている。
この後方向励起による第２の光ファイバ増幅器の動作は、ＷＤＭカプラ３２によって、励起光が合波されてＥＤＦ３４の一端に入力され、ここで光増幅されてＥＤＦ３４の他端から光伝送路３１に出力されることは、前方向励起の場合と同様であるが、励起光が信号光の進行方向と逆の方向に入射されることが前方向励起の場合と相違している。
【００１５】
図４（ｃ）は、双方向励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ｃ）中、光伝送路３１は、第１のＷＤＭカプラ３２の入力ポートに接続されている。このＷＤＭカプラ３２の他の入力ポートには、第１の励起光源３３が接続され、ＷＤＭカプラ３２の出力ポートは、ＥＤＦ３４の一端に接続されている。さらに、ＥＤＦ３４の他端は、第２のＷＤＭカプラ３５の入力ポートに接続されている。この第２のＷＤＭカプラ３５の他の入力ポートには、第２の励起光源３６が接続されている。第２のＷＤＭカプラ３５の出力ポートは、光伝送路３１に接続されている。
この双方向励起による第２の光ファイバ増幅器の動作は、第１のＷＤＭカプラ３２によって、第１の励起光が合波されてＥＤＦ３４の一端に入力されるとともに、第２のＷＤＭカプラ３５によって、第２の励起光が合波されてＥＤＦ３４の他端に入力され、ここで光増幅されてＥＤＦ３４の他端から光伝送路３１に出力される。第１の励起光と第２の励起光の波長はいずれも980ｎｍである。
【００１６】
図４（ｄ）は、反射型励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ｄ）において、ＷＤＭカプラ３２、ＥＤＦ３４が光伝送路３１に接続されることは、図４（ａ）の場合と同様である。また、励起光源３３がＷＤＭカプラ３２に接続されることも、図４（ａ）の場合と同様である。
符号３８は、ＥＤＦ３４の他端に接続されたループミラーであり、符号３９は、ループミラーの出射端の反射の影響を抑制するための無反射終端部である。
符号３７は、光サーキュレータであり、ＷＤＭカプラ３２の戻り光の出力ポートに接続される光伝送路３１に接続されている。この例においても、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
光伝送路３１から送られる信号光は、ＷＤＭカプラ３２において励起光源３３からの波長980ｎｍ帯の励起光と合波される。この信号光と励起光とは、ＥＤＦ３４の一端に入力され、ここで光増幅された後、ループミラー３８で反射される。反射された戻り光は、再びＥＤＦ３４の一端に入力されて光増幅され、ＷＤＭカプラ３２を通過した後、光サーキュレータ３７により出力光として取り出され、光伝送路３１に送り出される。
なお、図４（ｄ）においては、前方向励起の場合についてのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、後方向励起、双方向励起についても、反射型励起の構成とすることは可能である。
【００１７】
図５は、ＥＤＦ３４の入出力端に光アイソレータ４０を挿入してＥＤＦＡを構成した例である。この例では、光アイソレータ４０を挿入することによって、ＥＤＦの入出力端での光の反射を抑制することができる。図５（ａ）は前方向励起の場合、図５（ｂ）は後方向励起の場合、図５（ｃ）は双方向励起の場合である。
なお、光アイソレータ４０を挿入して光ファイバ増幅器を構成する例はＥＤＦＡに限られず、ＴＤＦＡにおいても同様である。
図６は、ＥＤＦに対して利得等化器４１を挿入してＥＤＦＡを構成した例である。この例では、利得等化器４１を挿入することによって、ＥＤＦによる利得を平坦化することができる。利得等化器４１として、ファイバグレーティングが用いられるが、これに限定されるものではない。
同様にして、ＴＤＦに対して利得等化器４１を挿入してＴＤＦＡを構成することによって、ＴＤＦによる利得を平坦化することができる。
【００１８】
図７は、第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２とを直列接続したものに対して、波長1565ｎｍから波長1625ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するための第３の光ファイバ増幅器を並列に接続して広帯域複合光増幅器を構成した例である。
図７中、符号３は光伝送路であり、第１のＷＤＭカプラ５の入力端に接続されている。第１のＷＤＭカプラ５の出力端には第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２とが直列に接続され、第１のＷＤＭカプラ５の他の出力端には第３の光ファイバ増幅器４が接続されている。第２の光ファイバ増幅器２と第３の光ファイバ増幅器４は、第２のＷＤＭカプラ６の入力端に接続されている。
この例においては、第１のＷＤＭカプラ５によってＬ−バンドの波長帯域の光が分波されて第３の光ファイバ増幅器４によって光増幅される。Ｓ−バンドとＣ−バンドの波長帯域の光は第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２によって光増幅される。光増幅された各波長帯域の光は、第２のＷＤＭカプラ６によって合波される。
この例によると、Ｓ−バンド、Ｃ−バンドで連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器において、Ｌ−バンドの光を付加的に増幅することが可能となる。
【００１９】
（実施例）
以下、具体例を示す。
図１に示す広帯域複合光増幅器を作製した。
第１の光ファイバ増幅器で用いられるＥＤＦには、エルビウムが1020ｗｔｐｐｍ、アルミニウムが11700ｗｔｐｐｍ添加された光ファイバを用いた。この光ファイバのモードフィールド径を5.1μｍ、コア径を2.7μｍ、長さを6ｍとした。。
波長980ｎｍ帯の励起光を発する励起光源として、励起パワーが165ｍＷの半導体レーザを用いた。
第２の光ファイバ増幅器で用いられるＴＤＦには、ツリウムが1000ｗｔｐｐｍ添加されたシリカガラスからなる光ファイバを用いた。この光ファイバのモードフィールド径を5.0μｍ、コア径を3.3μｍ、長さを10ｍとした。このＴＤＦを用いて、2波励起、反射型励起で励起を行った。波長1050ｎｍ帯の励起光を発する励起光源として、励起パワーが２Ｗのファイバレーザ光源を用い、波長1600ｎｍ帯の励起光を発する励起光源として、波長1610ｎｍ、励起パワーが115ｍＷの半導体レーザを用いた。
【００２０】
図８に、この広帯域複合光増幅器の利得特性を示す。ＥＤＦＡのみではＳ−バンドの波長帯域において十分な利得が得られず、ＴＤＦＡのみではＣ−バンドの波長帯域の利得が得られないのに対して、ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを直列接続した本発明の広帯域複合光増幅器においては、ＥＤＦを波長980ｎｍ帯の励起光で励起することによって、1470ｎｍより長波長の波長帯域において利得が得られるとともに、ＴＤＦＡのみでは損失を生じる1535ｎｍより長波長の波長帯域においてもＥＤＦによってその損失が補われている。1480ｎｍから1560ｎｍまでの波長帯域において10ｄＢ以上の利得が得られている。
図９に利得等化器を用いて利得等化を行った結果を示す。利得等化器として表１に示す長周期ファイバグレーティングを各２個ずつ用いた。図１２にこの長周期ファイバグレーティングの損失スペクトルを示す。
【表１】
利得等化によって、1480ｎｍから1560ｎｍまでの波長帯域において10ｄＢ以上の利得がほぼ連続的に得られ、この波長帯域にわたる利得の最大値と最小値との差である利得の平坦度は1.5ｄＢ以下となっている。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ＥＤＦＡからなる第１の光ファイバ増幅器とＴＤＦＡからなる第２の光ファイバ増幅器とを直列に接続し、ＥＤＦを波長980ｎｍ帯の励起光で励起することに加え、第２の光ファイバ増幅器に対して、波長1050ｎｍ帯と波長1600ｎｍ帯の励起光を合波して入射して信号光を増幅することによりＳ―バンドとＣ−バンドとにわたる広い波長帯域の信号光を連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器を実現することができる。また、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器とを直列に接続して広帯域複合光増幅器を構成するため、部品点数を少なくして広帯域複合光増幅器を実現することができる。
さらに、本発明によると、第1の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器とを直列に接続したものに対して、波長1600ｎｍ帯の信号光を増幅するための第３の光ファイバ増幅器を並列に接続することにより、Ｓ−バンド、Ｃ−バンドで連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器において、Ｌ−バンドの光を付加的に増幅することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の広帯域複合光増幅器の例を示す図である。
【図２】ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを多段に直列接続して広帯域複合光増幅器を構成した例を示す図である。
【図３】ＴＤＦＡの構成を示す図である。
【図４】ＥＤＦＡの構成を示す図である。
【図５】アイソレータを光ファイバの入出力端に挿入してＥＤＦＡを構成した例を示す図である。
【図６】利得等化器を用いて広帯域複合光増幅器を構成した例を示す図である。
【図７】ＥＤＦＡとＴＤＦＡとを直列に接続したものに対して、波長1565ｎｍから波長1625ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するための光ファイバ増幅器を並列に接続して広帯域複合光増幅器を構成した例を示す図である。
【図８】ＥＤＦＡの利得特性、ＴＤＦＡの利得特性、及び本発明の広帯域複合光増幅器の利得特性を示す図である。
【図９】利得等化器を用いて利得等化を行った結果を示す図である。
【図１０】従来の広帯域複合光増幅器の構成を示す図である。
【図１１】従来の広帯域複合光増幅器の増幅特性を示す図である。
【図１２】長周期ファイバグレーティングの損失スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１…第１の光ファイバ増幅器、２…第２の光ファイバ増幅器、
４…第３の光ファイバ増幅器、
１３…第1の励起光源、１５…第２の励起光源、１６…ＴＤＦ、
３３…励起光源、３４…ＥＤＦ、４０…アイソレータ、
４１…利得等化器、
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に関し、特に、ツリウムをコアに添加した光ファイバ（以下「ＴＤＦ」と略記する）を利得媒体とする光増幅器（以下「ＴＤＦＡ」と略記する）と、エルビウムをコアに添加した光ファイバ（以下「ＥＤＦ」と略記する）を利得媒体とする光増幅器（以下「ＥＤＦＡ」と略記する）とを組み合わせて、広帯域にわたって信号光の増幅を可能にする光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において使用され、又は使用が検討されている波長帯域に、波長1460ｎｍから1530ｎｍまでの波長帯域（以下「Ｓ―バンド」と略記する）、波長1530ｎｍから1565ｎｍまでの波長帯域（以下「C―バンド」と略記する）、 波長1565ｎｍから1625ｎｍまでの波長帯域（以下「Ｌ−バンド」と略記する）とよばれる波長帯域がある。これらの帯域の光を１本の光ファイバ中を伝送させて増幅するための増幅技術として、図１０に示すように、波長帯域毎に信号光を分離した後に増幅し、その後に合波する方法が検討、使用され、この技術がＯＡＡ´９９ＷＣ−２において開示されている。
図１０中、符号５１は光伝送路であり、第１のＷＤＭカプラ５５の入力端に接続されている。ＷＤＭカプラ５５の出力端にはＳ−バンド用光増幅器５２が接続され、他の出力端には第２のＷＤＭカプラ５６が接続されている。この第２のＷＤＭカプラ５６の出力端にはＣ−バンド用光増幅器５３が接続され、他の出力端にはＬ−バンド用光増幅器５４が接続されている。Ｃ−バンド用光増幅器５３とＬ−バンド用光増幅器５４は、第３のＷＤＭカプラ５７の入力端に接続され、第３のＷＤＭカプラ５７の出力端は第４のＷＤＭカプラ５８の入力端に接続されている。この第４のＷＤＭカプラ５８の他の入力端にはＳ−バンド用光増幅器５２が接続されている。
【０００３】
図１０に示す光増幅器においては、光伝送路５１から送られる信号光は、第１のＷＤＭカプラ５５によってＳ−バンドの波長帯域の光が分波され、Ｓ−バンド用光増幅器５２によって光増幅される。次に、第２のＷＤＭカプラ５６によって、Ｃ−バンドの波長帯域の光とＬ−バンドの波長帯域の光とに分波され、Ｃ−バンド用光増幅器５３によりＣ−バンドの波長帯域の光が光増幅され、Ｌ−バンド用光増幅器５４によりＬ−バンドの波長帯域の光が光増幅される。光増幅された各波長帯域の光は、第３のＷＤＭカプラ５７及び第４のＷＤＭカプラ５８によって合波される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この増幅技術によると、光の合分波のために光カプラを使用することが必要であり、さらに、S-バンドの増幅で使用する光ファイバに添加されている希土類元素とC-バンドの増幅で使用する光ファイバに添加されている希土類元素とが異なっている。そのため、図１１に示すように、使用波長帯域にわたって増幅特性が連続とならず、使用される波長帯域について連続的な利得が得られるシームレス光増幅器を作製することができないという問題点があった。
この問題を解決する方法として、C-バンドと L-バンドの信号光を一括して増幅する技術は、Electron.Lett.34-18(1998)1747-1748において報告されている。
しかし、Ｓ-バンドとC-バンドの信号光を一括して増幅する技術は報告されていない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、広い波長帯域の信号光を連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、エルビウムをコアに添加した第１の光ファイバを利得媒体とし、この第１の光ファイバに信号光と波長980ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1550ｎｍ帯の信号光を増幅する第１の光ファイバ増幅器を信号光の入力部に配置し、前記第１の光ファイバ増幅器の出力部に、ツリウムをコアに添加したシリカ系又はフッ化物系光ファイバである第２の光ファイバを利得媒体とし、この第２の光ファイバに信号光と波長1050ｎｍ帯と1600ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1480ｎｍ帯の信号光を増幅する第２の光ファイバ増幅器を接続してなり、1480ｎｍから1560ｎｍまでの波長帯域において連続して10ｄＢ以上の利得を有することを特徴とする広帯域複合光増幅器である。請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器は、励起光を信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する前方向励起、励起光を信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する後方向励起、又は励起光を信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する双方向励起のいずれかの励起手段により信号光の増幅を行うことを特徴とする。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器は、第１の光ファイバへ入射した信号光と励起光とを第１の光ファイバの出射側において反射し、その戻り光を第１の光ファイバへ再び入射する手段を備えていることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の発明において、第２の光ファイバ増幅器は、第２の光ファイバへ入射した信号光と励起光とを第２の光ファイバの出射側において反射し、その戻り光を第２の光ファイバへ再び入射する手段を備えていることを特徴とする。請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第１の光ファイバと第２の光ファイバの一方又は両方の入出力端に反射光抑制のための光アイソレータを設けていることを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器の一方又は両方に利得等化器を設けていることを特徴とする。請求項７記載の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６記載の発明において、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器とを直列接続したものに対して、波長1600ｎｍ帯の信号光を増幅するための第３の光ファイバ増幅器が並列に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の広帯域複合光増幅器の例を示す図である。
図１中、符号１は第１の光ファイバ増幅器であり、ＥＤＦを利得媒体とし、これに信号光と波長980ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1530ｎｍから波長1565ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するＥＤＦＡからなっている。
符号２は第２の光ファイバ増幅器であり、ＴＤＦを利得媒体とし、これに信号光と励起光とを合波して入射して、波長1460ｎｍから波長1530ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するＴＤＦＡからなっている。
この第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２とが光伝送路３を介して接続されている。接続の順番は、図１（ａ）に示すように、第１の光ファイバ増幅器１の出力端に第２の光ファイバ増幅器２の入力端を接続してもよく、図１（ｂ）に示すように、第２の光ファイバ増幅器２の出力端に第１の光ファイバ増幅器１の入力端を接続してもよい。
この例によると、ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを直列に接続し、ＥＤＦを波長980ｎｍ帯の励起光で励起することにより、Ｓ―バンドとＣ−バンドとにわたる広い波長帯域の信号光を連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器を実現することができる。
また、ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを直列に接続して広帯域複合光増幅器を構成するため、部品点数を少なくして広帯域複合光増幅器を実現することができる。
【０００７】
図２は、少なくとも１つの第１の光ファイバ増幅器１と、少なくとも１つの第２の光ファイバ増幅器２とを多段に直列接続して構成した広帯域複合光増幅器の例である。
図２（ａ）は、第１の光ファイバ増幅器１、第１の光ファイバ増幅器１、第２の光ファイバ増幅器２の順に直列接続した例であり、図２（ｂ）は、第１の光ファイバ増幅器１、第２の光ファイバ増幅器２、第１の光ファイバ増幅器１の順に直列接続した例である。
接続する光ファイバ増幅器の数、及び接続する光ファイバ増幅器の順番は、図２に示した例に限定されない。
【０００８】
図３は、この例で用いられる第２の光ファイバ増幅器であるＴＤＦＡの構成を示す図である。
図３（ａ）は、励起光を信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する励起方法（以下「前方向励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成し、かつ波長の異なる２つの励起光源を用いて励起を行う励起方法（以下「２波励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
図３（ａ）中、符号１１は信号光を伝送する光伝送路を示す。
この光伝送路１１は、第１のＷＤＭカプラ１２の入力ポートに接続されている。この第１のＷＤＭカプラ１２の他の入力ポートには、第１の励起光源１３が接続され、第１のＷＤＭカプラ１２の出力ポートは、第２のＷＤＭカプラ１４の入力ポートに接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の他の入力ポートには、第２の励起光源１５が接続されている。
第２のＷＤＭカプラ１４の出力ポートは、利得媒体であるＴＤＦ１６の一端に接続され、このＴＤＦ１６の他端は光伝送路１１に接続されている。この例において、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
ＴＤＦ１６として、シリカ系ファイバを用いてもよく、また、フッ化物系ファイバを用いてもよい。
次に、この前方向励起による第１の光ファイバ増幅器の動作を説明する。
光伝送路１１から送られる信号光は、第１のＷＤＭカプラ１２において第１の励起光源１３からの波長1050ｎｍ帯の第１の励起光と合波されて、第２のＷＤＭカプラ１４に送られ、ここで第２の励起光源１５からの波長1600ｎｍ帯の第２の励起光と合波される。
この信号光と、第１、第２の励起光とは、ＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅されてＴＤＦ１６の他端から光伝送路１１に出力される。
【０００９】
図３（ｂ）は、励起光を信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する励起方法（以下「後方向励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
この光伝送路１１は、ＴＤＦ１６の一端に接続され、このＴＤＦ１６の他端は、第１のＷＤＭカプラ１２の入力ポートに接続されている。この第１のＷＤＭカプラ１２の他の入力ポートには、第１の励起光源１３が接続され、第１のＷＤＭカプラ１２の出力ポートは、第２のＷＤＭカプラ１４の入力ポートに接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の他の入力ポートには、第２の励起光源１５が接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の出力ポートは、光伝送路１１に接続されている。
この後方向励起による第１の光ファイバ増幅器の動作は、第１のＷＤＭカプラ１２と第２のＷＤＭカプラ１４とによって、第１の励起光と第２の励起光とが合波されてＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅されてＴＤＦ１６の他端から光伝送路１１に出力されることは、前方向励起の場合と同様であるが、励起光が信号光の進行方向と逆の方向に入射されることが前方向励起の場合と相違している。
【００１０】
図３（ｃ）は、励起光を信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する励起方法（以下「双方向励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
この光伝送路１１は、第１のＷＤＭカプラ１２の入力ポートに接続されている。この第１のＷＤＭカプラ１２の他の入力ポートには、第１の励起光源１３が接続され、第１のＷＤＭカプラ１２の出力ポートは、第２のＷＤＭカプラ１４の入力ポートに接続されている。第２のＷＤＭカプラ１４の他の入力ポートには、第２の励起光源１５が接続されている。
第２のＷＤＭカプラ１４の出力ポートは、ＴＤＦ１６の一端に接続され、このＴＤＦ１６の他端は第３のＷＤＭカプラ１７の入力ポートに接続されている。この第３のＷＤＭカプラ１７の他の入力ポートには、第３の励起光源１８が接続され、第３のＷＤＭカプラ１７の出力ポートは、第４のＷＤＭカプラ１９の入力ポートに接続されている。第４のＷＤＭカプラ１９の他の入力ポートには、第４の励起光源２０が接続されている。第４のＷＤＭカプラ１９の出力ポートは、光伝送路１１に接続されている。
この双方向励起による第１の光ファイバ増幅器の動作は、第１のＷＤＭカプラ１２と第２のＷＤＭカプラ１４とによって、第１の励起光と第２の励起光とが合波されてＴＤＦ１６の一端に入力されるとともに、第３のＷＤＭカプラ１７と第４のＷＤＭカプラ１９とによって、第３の励起光と第４の励起光とが合波されてＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅されてＴＤＦ１６の他端から光伝送路１１に出力される。第１の励起光と第３の励起光とは同じ波長であり、第２の励起光と第４の励起光とは同じ波長である。
【００１１】
図３（ｄ）は、第１の光ファイバ１６へ入射した信号光と励起光とを第１の光ファイバ１６の出射側において反射し、その戻り光を第１の光ファイバ１６へ再び入射して増幅する励起方法（以下「反射型励起」と略記する）によってＴＤＦＡを構成した例である。
図３（ｄ）において、第１のＷＤＭカプラ１２、第２のＷＤＭカプラ１４、ＴＤＦ１６が光伝送路１１に接続されることは、図３（ａ）の場合と同様である。また、第１の励起光源１３が第１のＷＤＭカプラ１２に接続され、第２の励起光源１５が第２のＷＤＭカプラ１４に接続されることも、図３（ａ）の場合と同様である。
符号２２は、ＴＤＦ１６の他端に接続されたループミラーであり、ＴＤＦ１６からの信号光及び励起光を反射してＴＤＦ１６に戻すためのものである。ループミラー２２には、例えば３ｄＢカプラを使用した全反射ループミラーが用いられるが、全反射ループミラーに限定されるものではなく、反射機能を持つ部品であればファイバグレーティングのような他の部品も用いられる。
符号２３は、ループミラーの出射端の反射の影響を抑制するための無反射終端部であり、例えば、コアレスファイバを融着接続したものからなる。コアレスファイバとは、コアがないファイバであり、これを融着接続をすることで光の反射を抑制することができる。
符号２１は、光サーキュレータであり、第１のＷＤＭカプラ１２の戻り光の出力ポートに接続される光伝送路１１に接続されている。この例においても、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
光伝送路１１から送られる信号光は、第１のＷＤＭカプラ１２において第１の励起光源１３からの第１の励起光と合波されて、第２のＷＤＭカプラ１４に送られ、ここで第２の励起光源１５からの第２の励起光と合波される。
この信号光と、第１、第２の励起光とは、ＴＤＦ１６の一端に入力され、ここで光増幅された後、ミラー２２で反射される。反射された戻り光は、再びＴＤＦ１６の一端に入力されて光増幅され、第２のＷＤＭカプラ１４及び第１のＷＤＭカプラ１２を通過した後、光サーキュレータ２１により出力光として取り出され、光伝送路１１に送り出される。
【００１２】
なお、図３（ｄ）においては、前方向励起の場合についてのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、後方向励起、双方向励起についても、反射型励起の構成とすることは可能である。
また、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示したＴＤＦＡの説明においては、第１の励起光源１３から送られる第１の励起光の波長を1050ｎｍ帯とし、第２の励起光源１５から送られる第２の励起光の波長を1600ｎｍ帯としているが、これに限定されるものではなく、この他にも、波長1150ｎｍ帯、波長1400ｎｍ帯の励起光を発する励起光源を組み合わせて用いることが可能である。また、励起光源の個数についても、２波励起に限定されず、波長1050ｎｍ帯、波長1150ｎｍ帯、波長1400ｎｍ帯の励起光を発する励起光源を１つだけ用いることによって励起することもできる。
【００１３】
図４は、この例で用いられる第１の光ファイバ増幅器であるＥＤＦＡの構成を示す図である。
図４（ａ）は、前方向励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ａ）中、符号３１は光伝送路であり、この光伝送路３１は、ＷＤＭカプラ３２の入力ポートに接続されている。このＷＤＭカプラ３２の他の入力ポートには、励起光源３３が接続され、ＷＤＭカプラ３２の出力ポートは、利得媒体であるＥＤＦ３４の一端に接続されている。このＥＤＦ３４の他端は光伝送路３１に接続されている。この例においても、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
光伝送路３１から送られる信号光は、ＷＤＭカプラ３２において励起光源３３からの波長980ｎｍ帯の励起光と合波される。この信号光と励起光とは、ＥＤＦ３４の一端に入力され、ここで光増幅されてＥＤＦ３４の他端から光伝送路３１に出力される。
【００１４】
図４（ｂ）は、後方向励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ｂ）中、光伝送路３１は、ＥＤＦ３４の一端に接続され、このＥＤＦ３４の他端は、ＷＤＭカプラ３２の入力ポートに接続されている。このＷＤＭカプラ３２の他の入力ポートには、励起光源３３が接続されている。ＷＤＭカプラ３２の出力ポートは、光伝送路３１に接続されている。
この後方向励起による第２の光ファイバ増幅器の動作は、ＷＤＭカプラ３２によって、励起光が合波されてＥＤＦ３４の一端に入力され、ここで光増幅されてＥＤＦ３４の他端から光伝送路３１に出力されることは、前方向励起の場合と同様であるが、励起光が信号光の進行方向と逆の方向に入射されることが前方向励起の場合と相違している。
【００１５】
図４（ｃ）は、双方向励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ｃ）中、光伝送路３１は、第１のＷＤＭカプラ３２の入力ポートに接続されている。このＷＤＭカプラ３２の他の入力ポートには、第１の励起光源３３が接続され、ＷＤＭカプラ３２の出力ポートは、ＥＤＦ３４の一端に接続されている。さらに、ＥＤＦ３４の他端は、第２のＷＤＭカプラ３５の入力ポートに接続されている。この第２のＷＤＭカプラ３５の他の入力ポートには、第２の励起光源３６が接続されている。第２のＷＤＭカプラ３５の出力ポートは、光伝送路３１に接続されている。
この双方向励起による第２の光ファイバ増幅器の動作は、第１のＷＤＭカプラ３２によって、第１の励起光が合波されてＥＤＦ３４の一端に入力されるとともに、第２のＷＤＭカプラ３５によって、第２の励起光が合波されてＥＤＦ３４の他端に入力され、ここで光増幅されてＥＤＦ３４の他端から光伝送路３１に出力される。第１の励起光と第２の励起光の波長はいずれも980ｎｍである。
【００１６】
図４（ｄ）は、反射型励起によってEＤＦＡを構成した例である。
図４（ｄ）において、ＷＤＭカプラ３２、ＥＤＦ３４が光伝送路３１に接続されることは、図４（ａ）の場合と同様である。また、励起光源３３がＷＤＭカプラ３２に接続されることも、図４（ａ）の場合と同様である。
符号３８は、ＥＤＦ３４の他端に接続されたループミラーであり、符号３９は、ループミラーの出射端の反射の影響を抑制するための無反射終端部である。
符号３７は、光サーキュレータであり、ＷＤＭカプラ３２の戻り光の出力ポートに接続される光伝送路３１に接続されている。この例においても、各光部品間の接続は融着接続によって行われている。
光伝送路３１から送られる信号光は、ＷＤＭカプラ３２において励起光源３３からの波長980ｎｍ帯の励起光と合波される。この信号光と励起光とは、ＥＤＦ３４の一端に入力され、ここで光増幅された後、ループミラー３８で反射される。反射された戻り光は、再びＥＤＦ３４の一端に入力されて光増幅され、ＷＤＭカプラ３２を通過した後、光サーキュレータ３７により出力光として取り出され、光伝送路３１に送り出される。
なお、図４（ｄ）においては、前方向励起の場合についてのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、後方向励起、双方向励起についても、反射型励起の構成とすることは可能である。
【００１７】
図５は、ＥＤＦ３４の入出力端に光アイソレータ４０を挿入してＥＤＦＡを構成した例である。この例では、光アイソレータ４０を挿入することによって、ＥＤＦの入出力端での光の反射を抑制することができる。図５（ａ）は前方向励起の場合、図５（ｂ）は後方向励起の場合、図５（ｃ）は双方向励起の場合である。
なお、光アイソレータ４０を挿入して光ファイバ増幅器を構成する例はＥＤＦＡに限られず、ＴＤＦＡにおいても同様である。
図６は、ＥＤＦに対して利得等化器４１を挿入してＥＤＦＡを構成した例である。この例では、利得等化器４１を挿入することによって、ＥＤＦによる利得を平坦化することができる。利得等化器４１として、ファイバグレーティングが用いられるが、これに限定されるものではない。
同様にして、ＴＤＦに対して利得等化器４１を挿入してＴＤＦＡを構成することによって、ＴＤＦによる利得を平坦化することができる。
【００１８】
図７は、第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２とを直列接続したものに対して、波長1565ｎｍから波長1625ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するための第３の光ファイバ増幅器を並列に接続して広帯域複合光増幅器を構成した例である。
図７中、符号３は光伝送路であり、第１のＷＤＭカプラ５の入力端に接続されている。第１のＷＤＭカプラ５の出力端には第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２とが直列に接続され、第１のＷＤＭカプラ５の他の出力端には第３の光ファイバ増幅器４が接続されている。第２の光ファイバ増幅器２と第３の光ファイバ増幅器４は、第２のＷＤＭカプラ６の入力端に接続されている。
この例においては、第１のＷＤＭカプラ５によってＬ−バンドの波長帯域の光が分波されて第３の光ファイバ増幅器４によって光増幅される。Ｓ−バンドとＣ−バンドの波長帯域の光は第１の光ファイバ増幅器１と第２の光ファイバ増幅器２によって光増幅される。光増幅された各波長帯域の光は、第２のＷＤＭカプラ６によって合波される。
この例によると、Ｓ−バンド、Ｃ−バンドで連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器において、Ｌ−バンドの光を付加的に増幅することが可能となる。
【００１９】
（実施例）
以下、具体例を示す。
図１に示す広帯域複合光増幅器を作製した。
第１の光ファイバ増幅器で用いられるＥＤＦには、エルビウムが1020ｗｔｐｐｍ、アルミニウムが11700ｗｔｐｐｍ添加された光ファイバを用いた。この光ファイバのモードフィールド径を5.1μｍ、コア径を2.7μｍ、長さを6ｍとした。。
波長980ｎｍ帯の励起光を発する励起光源として、励起パワーが165ｍＷの半導体レーザを用いた。
第２の光ファイバ増幅器で用いられるＴＤＦには、ツリウムが1000ｗｔｐｐｍ添加されたシリカガラスからなる光ファイバを用いた。この光ファイバのモードフィールド径を5.0μｍ、コア径を3.3μｍ、長さを10ｍとした。このＴＤＦを用いて、2波励起、反射型励起で励起を行った。波長1050ｎｍ帯の励起光を発する励起光源として、励起パワーが２Ｗのファイバレーザ光源を用い、波長1600ｎｍ帯の励起光を発する励起光源として、波長1610ｎｍ、励起パワーが115ｍＷの半導体レーザを用いた。
【００２０】
図８に、この広帯域複合光増幅器の利得特性を示す。ＥＤＦＡのみではＳ−バンドの波長帯域において十分な利得が得られず、ＴＤＦＡのみではＣ−バンドの波長帯域の利得が得られないのに対して、ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを直列接続した本発明の広帯域複合光増幅器においては、ＥＤＦを波長980ｎｍ帯の励起光で励起することによって、1470ｎｍより長波長の波長帯域において利得が得られるとともに、ＴＤＦＡのみでは損失を生じる1535ｎｍより長波長の波長帯域においてもＥＤＦによってその損失が補われている。1480ｎｍから1560ｎｍまでの波長帯域において10ｄＢ以上の利得が得られている。
図９に利得等化器を用いて利得等化を行った結果を示す。利得等化器として表１に示す長周期ファイバグレーティングを各２個ずつ用いた。図１２にこの長周期ファイバグレーティングの損失スペクトルを示す。
【表１】
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ＥＤＦＡからなる第１の光ファイバ増幅器とＴＤＦＡからなる第２の光ファイバ増幅器とを直列に接続し、ＥＤＦを波長980ｎｍ帯の励起光で励起することに加え、第２の光ファイバ増幅器に対して、波長1050ｎｍ帯と波長1600ｎｍ帯の励起光を合波して入射して信号光を増幅することによりＳ―バンドとＣ−バンドとにわたる広い波長帯域の信号光を連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器を実現することができる。また、第１の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器とを直列に接続して広帯域複合光増幅器を構成するため、部品点数を少なくして広帯域複合光増幅器を実現することができる。
さらに、本発明によると、第1の光ファイバ増幅器と第２の光ファイバ増幅器とを直列に接続したものに対して、波長1600ｎｍ帯の信号光を増幅するための第３の光ファイバ増幅器を並列に接続することにより、Ｓ−バンド、Ｃ−バンドで連続的に増幅することが可能な広帯域複合光増幅器において、Ｌ−バンドの光を付加的に増幅することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の広帯域複合光増幅器の例を示す図である。
【図２】ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを多段に直列接続して広帯域複合光増幅器を構成した例を示す図である。
【図３】ＴＤＦＡの構成を示す図である。
【図４】ＥＤＦＡの構成を示す図である。
【図５】アイソレータを光ファイバの入出力端に挿入してＥＤＦＡを構成した例を示す図である。
【図６】利得等化器を用いて広帯域複合光増幅器を構成した例を示す図である。
【図７】ＥＤＦＡとＴＤＦＡとを直列に接続したものに対して、波長1565ｎｍから波長1625ｎｍまでの波長帯域の信号光を増幅するための光ファイバ増幅器を並列に接続して広帯域複合光増幅器を構成した例を示す図である。
【図８】ＥＤＦＡの利得特性、ＴＤＦＡの利得特性、及び本発明の広帯域複合光増幅器の利得特性を示す図である。
【図９】利得等化器を用いて利得等化を行った結果を示す図である。
【図１０】従来の広帯域複合光増幅器の構成を示す図である。
【図１１】従来の広帯域複合光増幅器の増幅特性を示す図である。
【図１２】長周期ファイバグレーティングの損失スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１…第１の光ファイバ増幅器、２…第２の光ファイバ増幅器、
４…第３の光ファイバ増幅器、
１３…第1の励起光源、１５…第２の励起光源、１６…ＴＤＦ、
３３…励起光源、３４…ＥＤＦ、４０…アイソレータ、
４１…利得等化器、
Claims (7)
- エルビウムをコアに添加した第１の光ファイバを利得媒体とし、この第１の光ファイバに信号光と波長980ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1550ｎｍ帯の信号光を増幅する第１の光ファイバ増幅器を信号光の入力部に配置し、
前記第１の光ファイバ増幅器の出力部に、ツリウムをコアに添加したシリカ系又はフッ化物系光ファイバである第２の光ファイバを利得媒体とし、この第２の光ファイバに信号光と波長1050ｎｍ帯と1600ｎｍ帯の励起光とを合波して入射して、波長1480ｎｍ帯の信号光を増幅する第２の光ファイバ増幅器を接続してなり、
1480ｎｍから1560ｎｍまでの波長帯域において連続して10ｄＢ以上の利得を有することを特徴とする広帯域複合光増幅器。 - 前記第１の光ファイバ増幅器と前記第２の光ファイバ増幅器は、前記励起光を前記信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する前方向励起、前記励起光を前記信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する後方向励起、又は前記励起光を前記信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する双方向励起のいずれかの励起手段により前記信号光の増幅を行うことを特徴とする請求項１に記載の広帯域複合光増幅器。
- 前記第１の光ファイバ増幅器は、前記第１の光ファイバへ入射した前記信号光と前記励起光とを前記第１の光ファイバの出射側において反射し、その戻り光を該第１の光ファイバへ再び入射する手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の広帯域複合光増幅器。
- 前記第２の光ファイバ増幅器は、前記第２の光ファイバへ入射した前記信号光と前記励起光とを前記第２の光ファイバの出射側において反射し、その戻り光を該第２の光ファイバへ再び入射する手段を備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の広帯域複合光増幅器。
- 前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバの一方又は両方の入出力端に反射光抑制のための光アイソレータを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の広帯域複合光増幅器。
- 前記第１の光ファイバ増幅器と前記第２の光ファイバ増幅器の一方又は両方に利得等化器を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の広帯域複合光増幅器。
- 前記第１の光ファイバ増幅器と前記第２の光ファイバ増幅器とを直列接続したものに対して、波長1600ｎｍ帯の信号光を増幅するための第３の光ファイバ増幅器を並列に接続したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の広帯域複合光増幅器。
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