JPH03180819A - ファイバ型光増幅器 - 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１ 本発明は光通信又は光計測分野などに用いられるファイ
バ型光増幅器に関する。

［従来の技術］ 光フアイバ中の光を増幅する手段としてファイバ型光増
幅器なる装置がある。これらは動作原理によって区別す
ると、非線形効果を利用したものと、反転分布を利用し
たものの２種類に別れる。

前者は強い励起光をファイバ内に入射することにより誘
導ラマン散乱や誘導ブリュルアン散乱などを起こし、こ
の非線形効果によって信号光を増幅するものである。後
者はコアに希土類元素などを添加したファイバに励起光
を与えることにより反転分布を生じさせ、誘導放出現象
によって信号光を増幅するものである０両者の同じ点は
目的が信号光の直接増幅であること、構成において信号
光のほかに励起光を増幅媒質に与えることおよび励起光
量によって増幅度が変ることである。違いは増幅媒質と
なるファイバが前者が通常の光ファイバでも可能なこと
に対して、後者はコアに希土類元素が添加されているこ
とである。

一方、光増幅器を区別する別の観点として増幅媒質の両
端の反射率による分は方がある　（ＩＥＥＥＪｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕａ＋　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ、Ｖｏｌ、ＱＢ−１７＋Ｎｏ。

６、　ｐｐ、　１０２Ｂ−１０３４）。増幅媒質の両端
の信号光に対する反射率をそれぞれＲ１、Ｒ２、単一通
過利得をＧｓ、信号利得のリップルの大きさを２ｄＢと
すると、Ｇｓ、ｒＹ「χＲ２＜　０．１となる条件を満
たすものを進行波型光増幅器、そうでないものを共振器
型光増幅器と定義されている。この進行波型光増幅器は
増幅できる信号光の波長帯域が比較的広いという特徴を
有する。その反射率を一例として求めてみるトＧｓ＝２
０ｄＢ　０１合、ｒ１ＴヌＴｒ＜　０．００１　［＝０
．１Ｘ＋　　となり、かなり低い反射率が必要である。

つぎに従来のファイバ型進行波光増幅器について、希土
類添加型を例に取り説明する。この光増幅器は既に０ｐ
ｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ、１２＋Ｎｏ、１１
．ｐｐ８８８−８９０等に開示されている。第５図に原
理図を示す。添加する希土類元素はエルビウム（元素記
号：　Ｅｒ）とする。

信号光（波長１５３６ｎｍ）は光合波手段のポート２に
入射し、光合波手段のポート３から入った励起光（波長
１４８０ｎｍ）と合波される。この光合波手段は例えば
光合波器や光カブラなとである。光合波手段のポートｌ
よりＥｒ添加ファイバのＡ端に入射する。希土類添加フ
ァイバ内は励起光により反転分布状態になっており、信
号光は誘導放出現象によって増幅される。Ｅｒ添加ファ
イバのＢ端では増幅された信号光に励起光が加わった状
態であり、このままではＳＮ比の悪化や受光器の飽和を
招く。したがって、光フィルタによって励起光成分のみ
を減衰させる場合が多い、この場合、このＢ端で除去さ
れる励起光の光量はＡ端での光量よりは低いが、無視で
きない量となっている場合が多い、特にＥｒ添加ファイ
バ等３準位遷移型のファイバ型光増幅器では、微視的に
見である一定の光量がないと増幅せずに逆に減衰が起き
てしまうため、ファイバ全体にわたって増幅媒質とする
ためには励起光がもっとも弱くなる端でもある一定の光
量がなければならない、このように励起光エネルギーは
一部しか使われておらず、これは励起光の効率的な利用
という観点から見ると問題であった。

一方、ファイバレーザでは、この問題を回避するために
増幅媒質となる光ファイバの出力端側に光ファイバに対
し直角に反射器を配置し、この反射器の励起光に対する
反射率を高くして光ファイバに励起光を再入射する方法
が提案、されている（ＩＲＥ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
、ｖｏｌ、１３５＋Ｐｔ、Ｊ、Ｎｏ、６＋ｐｐ、３８５
−４０７）、シかし、この方法では励起光に対する高い
反射率を維持しつつ、信号光に対する反射率を０．１ｚ
以下に押さえることは困難で、特に信号光波長と励起光
波長が接近している場合はさらに難しくなる。したがっ
て、この方法を本発明にかかる進行波型光増幅器に用い
ることは非常に困難であった。

［発明が解決しようとする課題〕 本発明は進行波型光増幅器の安定な動作に不可欠な、信
号光に対する低反射率を維持しつつ、かつ、励起光の利
用効率の高いファイバ型進行波光増幅器を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決する一手法として、信号光に対する低
反射率を維持したまま、光増幅の効率を高めるべく、増
幅用光フアイバ内に閉じ込める励起光のエネルギーを高
める。

つまり、信号光と励起光との合波手段とは反対側の増幅
用光ファイバ端に３ボ一ト型ハイブリツド伝送手段を有
し、第１のポートに入射した信号光を第２のポートへ出
射し、第１のポートに入射した励起光のみを第３のポー
トへ出射し、第３のポートの入射光を第１のポートへ出
射させ、光ハイブリッド伝送手段の第３のポートの端に
反射器を備えた。

例えば、光ハイブリッド伝送手段として誘電体ミラーか
ら構成される光合分波器を用いて、出射して利用しなか
った励起光のエネルギーを反射して再利用するようにし
た。

［作用］ 最初に光ハイブリッド伝送手段の一例として使用する、
誘電体ミラーから構成される光合分波器の機能について
説明する。光合分波器の特性例を第４図に示す。第１の
ポートに入った光λＩ＋λ２はその波長によって、第３
のポートへλ１と、第２のポートへλ２と分波される。

また、光合分波器は双方向性であり第１のポートから第
３のポートへの特性と第３のポートから第１のポートへ
の特性は等しい、また、同様に第１のポートから第２の
ポートへの特性と第２ポートから第１のポートへの特性
は等しい、したがって、第３のポートにより入った光λ
１と第２のポートより入った光λ２は第１のポートより
λ１＋λ２として合波される。一方、全反射器は各波長
にたいして非常に高い反射率を有するものである。本発
明ではこの性質を利用してλ１＝励起光波長λＰ、λ２
−信号光波長λＳと設定し、光合分波器の励起光の端の
第３のポートに全反射器を置く、この場合、第１のポー
トから見て励起光に対しては高い反射率を有し、信号光
に対しては波長選択性の減衰が２回になるため、低反射
率を得ることが出来る。

また、第１のポートから第２のポートの透過特性は従来
の光フィルタと同しになる。また、全反射器の代わりに
ダイクロイックミラー等の波長選択性の反射器を用いれ
ば、信号光に対して波長選択性の減衰が３回になるため
、さらに低反射率を得ることが出来る。

［実施例］ 以下図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の第一の実施例を示す構成国であり、
例として希土類添加ファイバ型進行波光増幅器１を例に
取り説明する。添加する希土類はエルビウムとする。ま
た、次のような条件を満たすように光合分波器２と全反
射器７を置き、進行波型光増幅器としての動作を損なう
ことなく励起光のみを増幅媒質となるＥｒ添加ファイバ
３へ再入射する。

■信号光の透過率は９５％以上。

■信号光の反射率は０．１％以下。

■励起光の透過率は２ｚ以下。

■励起光の反射率は９０２以上。

信号用光源４から出射された信号光（波長１５３６ｎＩ
１１）は光合波手段５のポート５２に入射し、光合波手
段５のポート５３に入射した励起用光源６より出射され
た励起光（波長１４８０ｎｍ）と合波される。この光合
波手段５は、例えば光合分波器や光カブラなとである。

光合波手段５のポート５１よりＥｒ添加ファイバ３のＡ
端に入射にする。Ｅｒ添加ファイバ３内は励起光により
反転分布状態になっており、信号光は誘導放出現象によ
って増幅され、ｆｉｒ添加ファイバ３のＢ端より光合分
波器２の第１のポート２１に入射する。ここで光合分波
器２の特性を第４図で考えると第１のポート２１から第
２のポート２２への信号光透過率は０．９７　［＝９７
％］、励起光の透過率は２χとなり、励起光は信号光に
対して減衰され、ＳＮ比の劣化を防ぐ、一方、全反射器
７の励起光および信号光に対する反射率を共に９８χと
すると、第１のポート２１から入って第３のポート２３
に反射する励起光の光量、すなわち増幅媒質となる［Ｅ
ｒ添加ファイバ３へ再入射する励起光は、第１のボー）
２１から第３のポート２３への励起光反射率［９７Ｘ］
×全反射器７の反射率［９８Ｘ］　ｘ第３のポート２３
から第１のポート２１への励起光反射率［９７Ｘ］　＝
全体としての励起光反射率［９２＄１　となる。これに
対し第１のボー１−２１への信号光の反射率は、第１の
ポート２１から第３のポート２３への信号光反射率［３
χ１×全反射器４の反射率［９８χ１×第３のポート２
３から第１のポート２１への信号光反射率［３Ｘ］＝全
体としての信号光反射率［０，０８８２］となる。した
がって、励起光に対する十分に高い反射率を維持しつつ
、希土類添加ファイバ型進行波型光増幅器ｌに必要な信
号光に対する低反射率を得ることが出来る。

本発明の効果の一例としてＥｒ添加ファイバ型進行波光
増幅器で励起光８ＩｌｌＷ、Ｅｒ添加ファイバ長Ｉｍに
おいて２ｄＢの増幅度の向上が見られた。

第２図は本発明の第二の実施例である。構成上の違いは
希土類添加ファイバ型進行波光増幅器１の信号光出力端
側に励起用光源６と、第一の実施例で用いた光合分波器
２を置き、信号光入力端に光合分波器８と全反射器７を
置いた点にある。励起光の入射によってＥｒ添加ファイ
バ３内に反転分布をおこし、信号光を誘導放出現象によ
って増幅することは第一の実施例と同じである。

以上、本発明の趣旨に鑑みて各実施例において次のこと
が言える。

ａ）本発明はその原理から光励起型の光増幅器、つまり
希土類添加ファイバ型光増幅器のみならず誘導ラマン散
乱型ファイバ光増幅器や誘導ラマン型光増幅器にも適用
される。

ｂ）第一の実施例の光合分波器２の第３のポート２３お
よび第二の実施例の光合分波器８の第３のポート８３の
端に置かれる反射器７は、必ずしも全反射器である必要
はなく、励起光波長のみに高い反射率を持った反射器を
使うと信号光の反射率はさらに低減される。

Ｃ）第一の実施例で、励起光と信号光の合波手段５は光
合分波器、光カプラ等単に二つの光を合成できるものな
ら良い。

ｄ）第一の実施例及び第二の実施例とも双方向光増幅器
として使用でき、そのときは上記の入力側、出力側の区
別は便宜的なものとなる。また、第１図、および第２図
における実施例では、通信用のブースターアンプとして
使用する単方向の希土類添加ファイバ型進行波光増幅器
の例を説明したが、第３図に示すように信号用光源４と
希土類添加ファイバ型進行波光増幅器１との間に光分岐
手段９を備え、希土類添加ファイバ型進行波光増幅器１
を双方向光増幅器として使用し、光パルス試験器（ＯＴ
ＤＲ）はもちろん、半二重および全二重の通信用ブース
ターアンプにも使用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、信号光と励起光と
の合波手段として３つのポートを有し、第１のポートに
入射した信号光を第２のポートへ出射し、第１のポート
に入射した励起光のみを第３のポートへ出射し、第３の
ポートの入射光を第１のポートへ出射する光ハイブリッ
ド手段と、光ハイブリッド手段の第３のポートの端に反
射器を備えた。したがって、ファイバ型光増幅器の動作
を損なうことなく、励起効率すなわち増幅度を上げるこ
とが出来る。一方、同一増幅度であれば励起光量の低減
、ファイバ長の短縮が図れる。

また、本発明で付加した機能は従来必要としていた光フ
ィルタに構造的に近く、当然、光フィルタとしての機能
も有しており、コストの上昇はわずかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例、 第２図は本発明の第二の実施例、 第３図は本発明の第三の実施例、 第４図は光合分波器の特性例、 第５図は従来のファイバ型光増幅器の構成国、・ファイ
バ型光増幅器（希土類添加ファイバ型進行波光増幅器）
、 ２．８・・・光ハイブリッド手段（光合分波器）、３・
・・光ファイバ（Ｅｒ添加ファイバ）、４・・・信号用
光源、 ５・・・光合波手段、 ７・・・反射器（全反射器）、 ２１．８１・・・第１のポート、 ２２．８２・・・第２のポート、 ２３．８３・・・第３のポート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望の信号光に対し励起光の入射によって増幅媒
   質となる光ファイバと、該光ファイバの入力端に前記信
   号光と前記励起光を合波する手段とを備えたファイバ型
   光増幅器において、 前記光ファイバの出力側の端に、前記光ファイバより第
   １のポートに入射した前記信号光を第２のポートへ出射
   し、かつ前記励起光のみを第３のポートへ出射し、第３
   のポートへの入射光を第１のポートから前記光ファイバ
   へ向けて出射する３ポート型の光ハイブリッド手段と、
   該光ハイブリッド手段の第３のポートの端に反射器とを
   備えたことを特徴とするファイバ型光増幅器。
2. （２）所望の信号光に対し励起光の入射によって増幅媒
   質となる光ファイバと、該光ファイバの出力端に前記信
   号光と前記励起光を合波する手段とを備えたファイバ型
   光増幅器において、 前記光ファイバの入力側の端に、信号用光源より第２の
   ポートに入射した前記信号光を第１のポートから前記光
   ファイバへ出射し、かつ第１のポートに入射した前記励
   起光のみを第３のポートへ出射し、第３のポートへの入
   射光を第１のポートから前記光ファイバへ向けて出射す
   る３ポート型の光ハイブリッド手段と、該光ハイブリッ
   ド手段の第３のポートの端に反射器とを備えたことを特
   徴とするファイバ型光増幅器。