JPH03110525A - 光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、誘導放出効果を利用した光増幅器に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの種の光増幅器を第４図に示し、以下に説明す
る。

１は波長λｐ　（−１，４８μｍ）の励起光Ｌｌ）を照
射する半導体レーザ（ＬＤ）　、Ｆ＋　は半導体レーザ
１に接続されて励起光Ｌｍ）を伝送する第１の石英系光
ファイバ、Ｆ８は波長λ１１　　（−１，５５μｍ）の
信号光Ｌｓを伝送する第２の石英系光ファイバ、２は励
起光ＬＰと信号光Ｌｓとをミキシングする光カブラ、Ｆ
、−８は第１の光ファイバＦ１のうち光カプラ２の融着
延伸された部分から延出された状態のファイバ部分であ
り、この延出ファイバ部分ｖｒ−，は、光カプラ２でミ
キシングされた励起光Ｌｐと信号光Ｌｓとの合成光を伝
送する。

Ｆ、は石英系光ファイバのコア部ａに希土類元３３Ｅｒ
（エルビウム）をドープされて光増幅機能を発揮するＥ
ｒドープ光ファイバ、３は前記の延出ファイバ部分Ｆ　
Ｉ−ｍの出射端部とＥｒドープ光ファイバＦ、の入射端
部とを突き合わせ状態で接続する第１の光コネクタであ
る。

４はＥｒドープ光ファイバＦ、の出射端部と第３の石英
系光ファイバＦｓの入射端部とを突き合わせ状態で接続
する第２の光コネクタ、５は第３の光ファイバＦ、中を
伝送される励起光Ｌｐと増輻された信号光Ｌｓのうち信
号光ＬＳのみを透過させる；３過波長がλＳのフィルタ
、Ｆ４はフィルタ５を透過した増幅信号光Ｌ　ｓを次の
光増幅器（図示せず）まで伝送する長尺な第４の石英系
光ファイバである。

光カブラ２は、次のように構成されている。

すなわち、第５図の（Ａ）に示すように、第１の光ファ
イバＦ、と第２の光ファイバＦｔの側面どうしを添わせ
、融着（加熱溶融による一体化）をしながらその融着部
分を延伸することにより、第５図の（Ｂ）に示す光カブ
ラ２が作られている。

第１の光ファイバＦ、から励起光Ｌｐを入射し、第２の
光ファイバＦｔから信号光Ｌｓを入射すると、コアａを
包囲しているクラッドｂが融着延伸により細径化するの
に伴って両光ファイバＦＦｔのコアａどうしが接近して
いることから、光カブラ２において励起光Ｌｐと信号光
Ｌｓとが両光ファイバＦ＋、Ｆｔのコア間を反復転移し
ながらミキシングされる。

励起光１．ｐと信号光ＬＳとがミキシングされた合成光
は、第１の光ファイバＦ２からも第２の光ファイバＦ２
からも出射するが、その出射量の比率α、：α２は、光
カブラ２における融着低伸長ｌとコア間距離Ｗとによっ
て左右され、それらを適当に定めることにより、αＩ　
：αｔ　＃１００％−〇％とすることができる。すなわ
ち、合成光の全量を第１の光ファイバＦＩの延出ファイ
バ部分？”＋−ａからのみ出射させ、第２の光ファイバ
Ｆｔの端部を合成光がほとんど出射しない開放端にとす
ることができる。

次に、この従来例の光増幅器の動作を説明する。

半導体レーザｌを起動して波長λｐ　（＝１．４８μｍ
）の励起光Ｌｐを第１の光ファイバＦ１に入射すると、
その励起光り、ｐは光カブラ２から延出ファイバ部分Ｆ
、−１および第１の光コネクタ３を通ってＥｒドープ光
ファイバＦ、に入る。Ｅｒドープ光ファイバＦ、におい
て、エルビウムＥ「の基底のエネルギー準位Ｅ１にある
最外殻電子が励起光Ｌｌ）のエネルギーによって高いエ
ネルギー準位Ｅｘに励起される。

この励起状態において、第２の光ファイバＦ！に波長λ
ｇ　（＝１．５５μｍ）の信号光Ｌ　ｓを入射すると、
信号光Ｌｓは同様に光カブラ２から延出ファイバ部分Ｆ
１−．および第１の光コネクタ３を通ってＥｒドープ光
ファイバＦ、に入る。

信号光Ｌｓのエネルギーが（Ｅｘ　　Ｅｌ）であると、
誘導放出効果によって高いエネルギー準位Ｅ！にある電
子が基底のエネルギー準位Ｅ１に戻り、このとき放出さ
れたエネルギー（Ｅｚ　−Ｅｌ　）の誘導光によって次
のエルビウムＥｒに誘導放出を起こさせる。このように
して、次々と誘導放出をＥｒドープ光フアイバＦｍに沿
って起こさせることにより、信号光Ｌ３のパワーを増幅
するのである。

増幅された信号光Ｌｓと励起光Ｌｐとの合成光は、第２
の光コネクタ４および第３の光ファイバＦコを通ってフ
ィルタ５に至り、励起光ＬＰがカットされ、増幅された
信号光Ｌ３のみが第４の光ファイバＦ、を介して遠方へ
と伝送される。

なお、α１　：α、＃０％：１００％として、第１の光
ファイバＦ１の延出ファイバ部分Ｆ　＋−ａを開放端に
とし、合成光を第２の光ファイバＦｔの延出ファイバ部
分Ｆ”ｘ−ｍからのみ出射させるようにし・この延出フ
ァイバ部分Ｆ２−１を第１の光コネクタ３に接続しても
同じである。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来の光増幅器の場合、第１の光フ
ァイバＦ、の延出ファイバ部分ｐ＋−ａ（あるいは第２
の光ファイバＦ８の延出ファイバ部分Ｆ！−□）とＥｒ
ドープ光ファイバＦ、とを光コネクタ３で接続した構成
となっており、この光コネクタ３において損失２反射が
発生するため、増幅率の低下の原因になっているととも
に、寄生発振が生じてＳ／Ｎ比の悪化を招いているとい
う問題がある。

加えて、光コネクタ３においては、第１の光ファイバＦ
、のコアａとＥｒドープ光ファイバＦゆのコアａとの芯
合わせをきわめて高精度に行う必要があるにもかかわら
ず、コア径が３〜１０μｍと非常に小さいために、その
高精度な芯合わせが著しく困難であり、しばしば芯ずれ
が生じるために、増幅率低下、Ｓ／Ｎ比悪化を一層助長
しているという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、増幅率およびＳ／Ｎ比の改善を図ることを目的とす
る。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

すなわち、本発明の光増幅器は、光ファイバの端部と前
記と同じ性状の光ファイバに希土類元素をドープして光
増幅機能をもたせたドープ光ファイバの端部どうしを突
き合わせて融着一本化してなる第１の光ファイバを、こ
れに側面を添わせた第２の光ファイバに対して、前記突
き合わせ箇所を含む長さ範囲で融着し延伸してなる光フ
ァイバカプラを備えたことを特徴とするものである。

なお、励起光、信号光の入射については、励起光を第１
の光ファイバから入射し、信号光を第２の光ファイバか
ら入射してもよいし、あるいはその逆でもよい。

〈作用〉 本発明の上記構成による作用は、次のとおりである。

すなわち、光カプラを形成するところの第１の光ファイ
バと第２の光ファイバのうち、第１の光ファイバを、光
ファイバとドープ光ファイバとを突き合わせ融着一本化
したものとして構成し、その突き合わせ箇所を含む長さ
範囲において第２の光ファイバに対し融着延伸している
から、換言すれば、融着延伸部分からドープ光ファイバ
が直接一体的に導出されているから、従来例における延
出ファイバ部分とドープ光ファイバとを接続するコネク
タを必要としない、したがって、光コネクタの存在に起
因する損失１反射がなく、その分、増幅率の低下が抑制
されるとともに、寄生発振によるＳ／Ｎ比悪化も抑制さ
れる。

そして、第１の光ファイバにおける光ファイバとドープ
光ファイバとの突き合わせ融着一本化の際にコアどうし
の若干の芯ずれが生じていたとしても、融着延伸によっ
てコアを包囲しているクラ７ドが細径化し突き合わせ箇
所を含む融着延伸部分の全体が実質的にコアとしてｔｌ
ａｔＦ、することになるため、高精度な芯合わせの必要
性がなくなり、増幅率向上、Ｓ／Ｎ比改善に寄与するこ
とになる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図の（Ａ）に示すように、石英系光ファイバＦ　Ｉ
−１と、これと同じ性状の石英系光ファイバに光増幅機
能をもたせるための希土類元素としてエルビウムＥｒを
ドープしたＥｒドープ光ファイバＦ　ｌ−１とを用意し
、第１図の（Ｂ）に示すように、石英系光ファイバＦ１
−１とＥｒドープ光ファイバＦ１−１の端部どうしを突
き合わせて融着一本化することにより第１の光ファイバ
Ｆｌを作っである。なお、図面上、Ｅｒドープ光ファイ
バと石英系光ファイバとを一目瞭然に区別できるように
するため、Ｅｒドープ光ファイバｐ＋−ｔに砂点を施し
である（Ｅｒドープは実際にはコアａにおいて行われる
）。

そして、第１図の（Ｃ）に示すように・第１の光ファイ
バＦ、と全体が石英系の第２の光ファイバＦ２の側面ど
うしを添わせた状態とし、両光ファイバＦ＋、Ｆｇを、
第１の光ファイバＦ１における突き合わせ箇所Ｑを含む
長さ範囲において融着し、かつ、第１図の（Ｄ）に示す
ように融着部分を延伸することによって光カブラ２を構
成している。

光カプラ２の融着延伸部分においては、その延伸によっ
て第１の光ファイバＦｔおよび第２の光ファイバＦ８の
クラッドｂが細径化し、全体が実質的にコアとして機能
する状態となっている。

第２図に示すように、第１の光ファイバＦ、における石
英系光ファイバＦ　ｌ−１の入射端部は、波長λｐ　（
＝１．４８μｍ）の励起光ｔ、ｐを照射する半導体レー
ザ１に接続してあり、Ｅｒドープ光ファイバＦ１−８の
出射端部は、光コネクタ４を介して第３の石英系光ファ
イバＦ、の入射端部に接続されている。

第２の光ファイバＦ、の入射端部からは波長λ３　（＝
１．５５μｍ）の信号光Ｌｓが入射されるように構成さ
れ、他端部は開放端にとなっている。この他端部を開放
端にとするために、光カブラ２の融着延伸部分において
、Ｅ「ドープ光ファイバＦ＋−１に出射する励起光Ｌｐ
と信号光Ｌｓとの合成光の量と、延出ファイバ部分Ｆ２
−１に出射する合成光の量との比率α、：α８が、α、
：α！＃１００％：０％となるように、融着延伸部分の
融着延伸長ｌとコア間距離Ｗとが定められている（第１
図の（Ｄ）参照）。

第３の光ファイバＦ、の出射端部は、透過波長を信号光
Ｌｓの波長λＳとするフィルタ５に接続され、このフィ
ルタ５から次の光増幅器（図示せず）まで増幅された信
号光ＬＳを伝送する第４の石英系光ファイバＦ４が導出
されている。

次に、この実施例の光増幅器の動作を説明する。

半導体レーザ１を起動して波長λｐ　（＝１．４８μｍ
）の励起光Ｌｐを第１の光ファイバＦ＋における石英系
光ファイバＦ、−３に入射すると、その励起光Ｌｐは光
カブラ２からＥ「ドープ光ファイバＦ　Ｉ−２に入り、
Ｅｒドープ光ファイバＦ　＋−ｔにおけるＥｒを励起す
る。

この励起状態において、第２の光ファイバＦｔに波長λ
３　　（−１，５５μｍ）の信号光Ｌｓを入射すると、
信号光Ｌｓは同様に光カプラ２でミキシングされ、Ｅｒ
ドープ光ファイバＦ１４に入り、エルビウムＥｒに誘導
放出を起こさせ、Ｅ「ドープ光ファイバＦ１４に沿って
信号光Ｌｓのパワーを増幅していく。

増幅された信号光Ｌｓと励起光Ｌｐとの合成光は、光コ
ネクタ４および第３の光ファイバＦ、を通ってフィルタ
５に至り、励起光１．ｐがカットされて増幅された信号
光Ｌｓのみが第４の光ファイバＦ４を介して遠方へと伝
送される。

第２図と第４図との対比で明らかなように、本発明の場
合には、光カブラ２の融着延伸部分からＥ「ドープ光フ
ァイバＦｌ−ｔが直接一体的に導出されており、従来例
の場合の光コネクタ３が無（なっているため、その光コ
ネクタ３の存在による損失２反射がなくなる。

また、融着延伸部分での石英系光ファイバＦ　ｌ−１と
Ｅｒドープ光ファイバＦ　ｌ−１とのコアａどうしの芯
合わせについては、その延伸によってクラッドｂ自体が
細径化し全体が実質的にコアとして機能することになる
ため、芯合わせを高精度に行う必要性が低められる。

なお、第３図に示すように、励起光Ｌｐを第２の光ファ
イバＦ、から人射し、信号光Ｌｓを第１の光ファイバＦ
、から入射しても同様の光増幅効果が得られる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。

すなわち、光合成部分である融着延伸部分を形成する第
１の光ファイバとし°ζ、光ファイバとドープ光ファイ
バとを突き合わせ融着一本化したものを用い、その突き
合わせ箇所を含む長さ範囲において第２の光ファイバと
融着し延伸することにより、融着延伸部分からドープ光
ファイバを直接一体的に導出しであるから、従来例で見
られた光コネクタに起因した損失９反射を解消すること
ができる。

加えて、前記の融着一本化した突き合わせ箇所において
第２の光ファイバと融着延伸しているから、第１の光フ
ァイバにおける光ファイバとドープ光ファイバのクラッ
ドが細径化し全体が実質的にコアとして機能することに
なるため、融着一本化の際にコアどうしの高精度な芯合
わせの必要性がなくなる。

以上の相乗によって、光増幅率およびＳ／Ｎ比を改善す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例に係り、第１図
は光カプラの製作過程の説明図、第２図は光増幅器の概
略構成図である。第３図は本発明の別の実施例に係る光
増幅器の概略構成図である。 第４図および第５図は従来例に係り、第４図は光増幅器
の概略構成図、第５図は光カプラの製作過程の説明図で
ある。 Ｆ　ｌ−１・・・石英系光ファイバ Ｆ　Ｉ−ｔ・・・Ｅｒドープ光ファイバＱ・・・突き合
わせ箇所 Ｆｌ・・・第１の光ファイバ Ｆｔ・・・第２の光ファイバ ｔ、ｐ・・・励起光 ＬＳ・・・信号光 １・・・半導体レーザ ２・・・光カブラ ４・・・光コネクタ ５・・・フィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバの端部と前記と同じ性状の光ファイバ
   に希土類元素をドープして光増幅機能をもたせたドープ
   光ファイバの端部どうしを突き合わせて融着一本化して
   なる第１の光ファイバを、これに側面を添わせた第２の
   光ファイバに対して、前記突き合わせ箇所を含む長さ範
   囲で融着し延伸してなる光ファイバカプラを備えたこと
   を特徴とする光増幅器。