JPH03214125A - 光ファイバ増幅器 - 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】 概要 希土類ドープファイバを用いてなる光ファイバ増幅器に
関し、 伝送路用ファイバとの結合損失が小さい光ファイバ増幅
器の提供を目的とし、 希土類ドープファイバに信号光及び励起光を伝搬させて
信号光の増幅を行い、該増幅された信号光を上記希土類
ドープファイバのモードフィールド径と異なるモードフ
ィールド径を有する伝送路用ファイバに結合するように
した光ファイバ増幅器であって、上記希土類ドープファ
イバの励起光入射側端部近傍に、信号光が伝搬する第１
の光ファイバを側面融着すると共に該融着部を延伸して
、信号光及び励起光が上記希土類ドープファイバを伝搬
するようにし、該希土類ドープファイバの信号光及び励
起光の伝搬方向下流側端部近傍に、上記伝送路用ファイ
バのモードフィールド径と略等しいモードフィールド径
を有する第２の光ファイバを側面融着すると共に該融着
部を延伸して、上記希土類ドープファイバにおいて増幅
された信号光のみが上記第２の光ファイバに結合するよ
うにして構成する。

産業上の利用分野 本発明は希土類ドープファイバを用いてなる光ファイバ
増幅器に関する。

光信号を電気信号に変換することなく光信号のままで直
接増幅する光増幅器は、事実上ピットレートフリーであ
り大容量化が容易であるという点及び多チャンネルの一
括増幅が可能であるという点から、将来の光通信システ
ムのキーデバイスの一つとして各研究機関で盛んに研究
されている。

この種の光増幅器としては、■希土類元素（Ｅｒ。

Ｎｄ、Ｙｂ等）を主としてコアにドープした光ファイバ
（本願明細書中「希土類ドープファイバ」と称する。）
を用いたもの、■半導体レーザ型のもの、■光ファイバ
中の非線形効果を応用したもの、が知られている。この
うち、■の希土類ドープファイバを用いた光ファイバ増
幅器は、偏波依存性がないこと、低雑音であること、伝
送路用ファイバとの接続が容易であることといった優れ
た特長を有しており、その構成の最適化が模索されてい
る。

尚、光ファイバ増幅器の具体的な利用態様としては次の
ようなものがある。

■送信側において光パワーブースタとして用い、分岐・
挿入損の補償や送信パワーの増加を図る。

■受信側において光プリアンプとして用い、受信感度の
改善を図る。

■光中継器として用い、光中継器の小型化や高信頼化を
図る。

従来の技術 第５図に希土類ドープファイバによる光増幅の原理を模
式的に示す。ｌはコア１ａ及びクラッドｌｂからなる希
土類ドープファイバであり、コアｌａ中には希土類元素
又は希土類元素イオンがドープされている。希土類ドー
プファイバ１に励起光が入射すると、希土類原子が高い
エネルギー準位に励起される。この状態にある希土類ド
ープファイバ１に信号光が入射すると、光の誘導放出が
生じて希土類原子が低いエネルギー準位に遷移し、この
とき信号光のパワーが光ファイバに沿っ゛て次第に大き
くなり、信号光の増幅が行われる。

二の種の希土類ドープファイバを構成要素とする光ファ
イバ増幅器は、所定の波長関係を有する信号光及び励起
光が希土類ドープファイバに入射するようにして構成さ
れており、その具体例を第６図に示す。

第６図（ａ）に示された構成は、信号光源５からの信号
光と励起光源６からの励起光とを波長選択フィルタ１１
により合波して希土類ドープファイバ１に入射させるよ
うにしたものである。４は増幅された信号光が結合され
る伝送路用ファイバ、１２は信号光を伝搬させる光ファ
イバ、１３．１４゜１５は光結合のためのレンズである
。

第６図ら）に示された構成は、信号光源５からの信号光
と励起光源６からの励起光とをファイバ融着型の光合分
波器２Ｉにより合波して希土類ドープファイバ１に入射
させるようにしたものである。

いずれの構成によっても、信号光及び伝搬光が希土類ド
ープファイバを伝搬するようになるので、前述の原理に
従って信号光についての光増幅がなされる。

発明が解決しようとする課題 第６図（ａ）の構成であると、波長選択フィルタ１１で
合波された信号光と励起光の希土類ドープファイバｌへ
の結合がレンズ系を介してなされているので、結合損失
が著しく大きいという問題がある。また、装置を製造す
るに際して光軸調整が必要であり、しかも大型化を避け
られないという問題もある。

第６図（ｂ）の構成にあっては、第６図（ａ）の構成の
ように結合損失が著しく大きいということはないが、希
土類ドープファイバ１と伝送路用光ファイバ４との結合
損失が問題になる。即ち、効率の良い光増幅を行うこと
等を目的として希土類ドープファイバｌのモードフィー
ルド径と伝送路用ファイバ４のモードフィールド径とを
意図的に異ならせているとき等に、これらの融着による
或いは光コネクタによる接続部の結合損失を無視し得な
くなる。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、伝
送路用ファイバとの結合損失が小さい光ファイバ増幅器
の提供を主目的としている。！！造造作性性良好で小型
化に適した光ファイバ増幅器の提供もこの発明の目的で
ある。また、増幅効率が高い光ファイバ増幅器の提供も
この発明の目的である。

課題を解決するための手段 上述した技術的課題を解決するためになされた本発明の
光ファイバ増幅器は、第１図に示すように、希土類ドー
プファイバ１に信号光及び励起光を伝搬させて信号光の
増幅を行い、該増幅された信号光を上記希土類ドープフ
ァイバ１のモードフィールド径と異なるモードフィール
ド径を存する伝送路用ファイバに結合するようにした光
ファイバ増幅器であって、上記希土類ドープファイバｌ
の励起光入射側端部近傍に、信号光が伝搬する第１の光
ファイバ２を側面融着すると共に該融着部を延伸して、
信号光及び励起光が上記希土類ドープファイバ１を伝搬
するようにし、該希土類ドープファイバ１の信号光及び
励起光の伝搬方向下流側端部近傍に、上記伝送路用ファ
イバのモードフィールド径と略等しいモードフィールド
径を有する第２の光ファイバ３を側面融着すると共に該
融着部を延伸して、上記希土類ドープファイバ１におい
て増幅された信号光のみが上記第２の光ファイバ３に結
合するようにしたものである。

作　　　用 本発明の構成によると、第２の光ファイバ３を伝送路用
ファイバと接続したときに、第２の光ファイバ３のモー
ドフィールド径と伝送路用ファイバのモードフィールド
径とは略等しいから、希土類ドープファイバ１において
増幅された信号光を伝送路用ファイバに結合するに際し
て、モードフィールド径の違いに起因する結合損失の増
大を防止することができるようになる。第２の光ファイ
バ３のモードフィールド径と希土類ドープファイバ１の
モードフィールド径とは異なるが、これらは端面接続さ
れているのではなく、側面融着及び延伸によってエバネ
ッセント波結合されているから、モードフィールド径の
違いに起因して損失が増大する恐れはない。また、本発
明の構成によると、第６図（ａ）に示されたようなレン
ズ結合系が不要であるから、製造作業性が良好になり、
しかも装置が大型化することがない。

実　　施　　例 以下本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の光ファイバ増幅器を光送信機の光パワ
ーブースタとして用いた例を示す。希土類ドープファイ
バ１の一端１ａには半導体レーザ等を用いて構成される
励起光源６が接続されており、希土類ドープファイバ１
の他端１ｂには、反射戻り光の発生を防止するために無
反射膜が形成されている。希土類ドープファイバ１の有
効長さは数十メートルであり、モードフィールド径は例
えば約４μｍである。希土類ドープファイバ１の励起光
入射側端部近傍には、第１の光ファイバ２を相手方とし
て第１の融着・延伸部７が形成されており、希土類ドー
プファイバ１の無反射膜が形成された端部１ｂの近傍に
は、第２の光ファイバ３を相手方として第２の融着・延
伸部８が形成されている。第１の光ファイバ２の一端２
ａ（希土類ドープファイバ１の一端１ａと同じ側）には
信号光源５が接続されており、第１の光ファイバ２の他
端２ｂには遮光膜が設けられている。第２の光ファイバ
３の希土類ドープファイバ１側の一端３ａにも遮光膜が
形成されており、第２の光ファイバ３の他端３ｂは伝送
路用ファイバ４に例えば光コネクタにより接続されてい
る。第２の光ファイバ３及び伝送路用ファイバ４のモー
ドフィールド径は例えば約８μｍである。

第３図に第１、第２の融着・延伸部７．８のカップリン
グ率の波長依存性を示す。同図において縦軸はカップリ
ング率（％）であり、横軸は波長（μｍ）である。カッ
プリング率とは、入力光パワーに対する相手方の光ファ
イバに移行した光パワーの比率をいう。励起光の波長λ
１　においてカップリング率が０％となり、信号光の波
長λ２においてカップリング率が１００％となるもので
ある。融着・延伸部において、カップリング率が０％、
１００％になる波長を調整するには、融着・延伸を行う
に際して融着・延伸部の長さ、外径等の形状要素を所要
のものとすれば良い。ドープされでいる希土類元素がエ
ルビウム（Ｅｒ）である場合において、波長λ２が１．
５５μｍの信号光を増幅するときには、励起光の波長λ
、としては、例えば１，４８μｍが選択される。

信号光源５からの信号光は、第１の融着・延伸部７で１
００％のカップリング率にて希土類ドープファイバｌに
カップリングする。一方、励起光源６からの励起光は、
第１の融着・延伸部７で第１の光ファイバ２にはカップ
リングしない。従って、信号光及び励起光が希土類ドー
プファイバ１を伝搬するようになり、励起光による信号
光の増幅がなされる。増幅された信号光は、第２の融着
・延伸部８で１００％のカップリング率にて第３の光フ
ァイバ３にカップリングし、減衰した励起光はカップリ
ングせずに希土類ドープファイバの一端１ｂを介して外
部に放出される。

このように第１、第２の光ファイバ２．３のモードフィ
ールド径と希土類ドープファイバ１のモードフィールド
径とが異なるにも関わらず、第１、第２の融着・延伸部
７，８における信号光のカップリング率をほぼ１００％
にすることは容易であり、また、第２の光ファイバ３の
モードフィールド径は伝送路用ファイバ４のモードフィ
ールド径と等しく、接続損失は殆どないから、増幅され
た信号光を低損失で伝送路用ファイバ４に結合すること
ができる。

第４図（ａ）、　（ｂ）はそれぞれ伝送路用ファイバ４
及び希土類ドープファイバ１の屈折率分布及びモードフ
ィールドの説明図である。希土類ドープファイバ１にお
いては、コア中央部に光パワーを集中させて効率的な光
増幅を行うことを目的として、そのモードフィールド径
ω２が伝送路用コアイノ＜４のモードフィールド径ω１
　よりも小さくされている。また、このようなモードフ
ィールドを実現するために、希土類ドープファイバｌに
ふけるコア及びクラフト間の屈折率差（比屈折率差）Δ
２は伝送路用ファイバ４における屈折率差（比屈折率差
）Δ１　よりも大きくされている。ここで、モードフィ
ールド径とは、モードフィールドにおける最大電界振幅
の１／ｅ”　　＜ｅは自然対数の底）倍量上の電界振幅
を与える部分の直径をいう。

このように希土類ドープファイバ１のモードフィールド
径と伝送路用ファイバ４のモードフィールド径とが異な
っていると、従来技術による場合不可避的な結合損失が
生じていたものであるが、本発明においては、モードフ
ィールド径が互いに異なる光ファイバ同士の接続を第２
の融着・延伸部８において行っているので、モードフィ
ールド径の差に起因する結合損失が生じない。

希土類ドープファイバ１におけるモードフィールド径を
小さくすることによって、より具体的には例えば希土類
ドープファイバ１のモードフィールド径を伝送路用ファ
イバ４のモードフィールド径よりも小さくすることによ
って、希土類ドープファイバｌの伝搬光を希土類元素が
ドープされている部分に集中させることができるので、
効率的な光増幅が可能になる。

尚、伝送路用ファイバ４のモードフィールド径を希土類
ドープファイバ１のモードフィールド径と共に小さくす
ることによっても、結合損失の増大を防止することはで
きるが、この場合には現在敷設されている伝送路用ファ
イバを使用することができず産業経済上の多大なる損失
が予測されるから、この構成は現実的ではない。よって
、現在敷設されているモードフィールド径が大きい伝送
路用ファイバをそのまま使用する上で、この実施例は有
効である。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、伝送路用ファイバ
との結合損失が小さい光ファイバ増幅器の提供が可能に
なるという効果を奏する。また、本発明の光ファイバ増
幅器は、製造作業性に優れ、小型化に適しているという
優れた特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の実施例を示す光ファイバ増幅器等の接
続図、 第３図は融着・延伸部のカップリング率の波長依存性を
示すグラフ、 第４図は伝送路用ファイバ（ａ）及び希土類ドープファ
イバ（ｂ）の屈折率分布及びモードフィールドの説明図
、 第５図は希土類ドープファイバによる光増幅の原理を示
す模式図、 第６図は従来技術の説明図である。 １・・・希土類ドープファイ ２・・・第１の光ファイバ、 ３・・・第２の光ファイバ ４・・・伝送路用ファイバ ５・・・信号光源、 ６・・・励起光源。 バ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、希土類ドープファイバ（１）に信号光及び励起光を
   伝搬させて信号光の増幅を行い、該増幅された信号光を
   上記希土類ドープファイバ（１）のモードフィールド径
   と異なるモードフィールド径を有する伝送路用ファイバ
   に結合するようにした光ファイバ増幅器であって、 上記希土類ドープファイバ（１）の励起光入射側端部近
   傍に、信号光が伝搬する第１の光ファイバ（２）を側面
   融着すると共に該融着部を延伸して、信号光及び励起光
   が上記希土類ドープファイバ（１）を伝搬するようにし
   、 該希土類ドープファイバ（１）の信号光及び励起光の伝
   搬方向下流側端部近傍に、上記伝送路用ファイバのモー
   ドフィールド径と略等しいモードフィールド径を有する
   第２の光ファイバ（３）を側面融着すると共に該融着部
   を延伸して、上記希土類ドープファイバ（１）において
   増幅された信号光のみが上記第２の光ファイバ（３）に
   結合するようにしたことを特徴とする光ファイバ増幅器
   。 ２、上記希土類ドープファイバ（１）のモードフィール
   ド径は上記伝送路用ファイバのモードフィールド径より
   も小さいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ
   増幅器。