JPH0346636A - 光増幅装置 - 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、光通信等に用いられる光増幅装置に関するも
のである。

（従来の技術） 従来、光通信用の光増幅器としては、半導体レーザ増幅
器、光ファイバの非線形性を利用した光ファイバラマン
増幅器、光増幅媒質を光ファイバ内に混入して光増幅器
として用いるエルビウム・ドープト・ファイバ増幅器等
が期待されており、研究・開発が盛んに行われている。

中でもエルビウム・ドープト・光ファイバ増幅器は増幅
波長帯が１．５ｐｍ帯であり、光ファイバの最低損失波
長帯と一致していること、伝送路である光ファイバとの
結合損が小さく抑えられる利点があるため研究開発が盛
んとなってきている。

一般に光増幅器においては、増幅媒質を励起して反転分
布を生じさせ、この反転分布により光増幅作用を実現す
る。また励起光で反転分布を生じる光増幅器では、その
励起効率が低いため大きな励起光パワーを必要とする欠
点がある。特に光ファイバ内に増幅媒質を混入した光増
幅器では、一般に増幅媒質を励起するために励起光を用
いており、この励起光に大きな光パワーが必要となる欠
点があった。例えば、エルビウム・ドープト、ファイバ
では０．９ｐｍ帯あるいは１．４９ｐｍ帯の光励起を用
いることで、１．５ｐｍ帯に増幅可能波長帯が生じるこ
とが知られている（Ｋ、Ｉｗａｔｓｕｋｉｅｔａｌ、　
”Ｅｒ３＋ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒ−ｒｉｎｇ−１ａｓｅ
ｒ　ｗｉｔｈ　ｌｅｓ　ｔｈａｎ　１０　ｋＨｚ　Ｉｉ
ｎｅｗｉｄｔｈ”。

Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　０ｐｔｉｃ
ａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ、　Ｈｏｕｓｔｏｎ、　Ｔｅｘａｓ、１
９８９）０これらの実験例では、励起用光源として小型
で出力パワーの比較的大きい半導体レーザが用いられて
おり、将来の励起用光源として最も期待されている。し
がし半導体レーザはエルビウム・ドープト・ファイバの
励起光波長の１つである。０．９ｐｍ帯では発振しにく
い。

またもう１つの励起光波長である１、４９ｐｍ帯での励
起用光源としては数１０ｍＷ以上の励起光パワーが必要
であり、半導体レーザから光ファイバへの結合損失を考
慮すると半導体レーザは１００ｍＷ以上の出力パワーを
必要とする。このような出力パワー値は、現状の半導体
レーザでは信頼性の面で実現が困難である。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように光励起を行う光増幅器や、光ファイバ内
に光増幅可能なイオンを混入した光ファイバ増幅器では
、大きな励起光パワーが必要となり、信頼性が低下する
という欠点があった。

本発明の目的は、上記欠点を除去し、簡単に充分な励起
光パワーが得られる光増幅装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の第１の光増幅器は、励起光により光増幅媒質に
増幅機能を発生する光増幅器と前記光増幅器の励起光波
長で増幅が可能な励起用光増幅器とを内部に含み前記励
起光波長で発振するレーザ共振器と、前記光増幅器に前
記光増幅媒質が増幅可能な波長の信号光を前記励起光の
光路とは異なる光路から入出力する手段とを有すること
を特徴とした光増幅装置である。

本発明の第２の光増幅器は、励起光により光増幅媒質に
増幅機能を発生する光増幅器と前記光増幅器の励起光波
長で増幅が可能な励起用光増幅器とを内部に含み前記励
起光波長で発振するレーザ共振器と、前記光増幅媒質が
増幅可能な波長の信号光を前記励起光の光路に沿って前
記レーザ共振器端から入出力する手段とを有することを
特徴とした光増幅装置である。

ここで、光増幅器として光ファイバ増幅器を用いること
ができる。

本発明の第３の光増幅器は、励起光により光増幅媒質に
増幅機能を発生する光増幅器と前記光増幅器の励起光波
長で増幅が可能な励起用光増幅器とを内部に含み前記励
起光波長で発振するレーザ共振器と、前記光増幅媒質が
増幅可能な波長の信号光を前記励起光の光路に沿って前
記光増幅器に入力する手段と、光増幅器と励起用光増幅
器の間に配置され増幅信号光を励起光波長の光と分離す
る手段とを有することを特徴とした光増幅装置である。

前記光増幅器として光ファイバ増幅器、信号光を励起光
の光路に沿って前記光増幅器に入力する手段並びに、増
幅された前記信号光を励起光波長の光と分離する手段と
して光合分波器を用いることができる。

（作用） 一般に励起光を用いて光増幅機能を持たせる光増幅器は
、増幅器への大きな励起光パワーを必要とする。本発明
の光増幅器は、光増幅器とこの光増幅器を励起する波長
で増幅機能を有する励起用増幅器と、これら２つの増幅
器を内部に含む励起光波長において発振可能なレーザ共
振器によって溝底されている。ここで励起用光増幅器の
増幅率を大きくしていくと、光共振器内で励起光波長に
おける損失と増幅率が等しくなり発振を生じる。この発
振光パワーは光共振器内のみに存在し、光共振器内に大
きな励起光パワーを得ることができる。この様な横取を
とることで、光増幅器を励起するのに充分な励起光パワ
ーを容易に得ることができる。

本発明の第１の光増幅器では、励起光波長で発振するレ
ーザ発振器を溝底し、これを発振させて励起光パワーを
得ている。本発明では、信号光をこの励起光の光路と異
なる光路を用いて光増幅器に入力している。

本発明の第２の光増幅器でも、励起光波長で発振するレ
ーザ発振器を溝底し、これを発振させて励起光パワーを
得ている。本発明では、信号光をこの励起光の光路と同
一光路を用いて光増幅器に入力することで高効率の光増
幅を可能にしている。

本発明の第３の光増幅器でも、励起光波長で発振するレ
ーザ発振器を溝底し、これを発振させて励起光パワーを
得ている。本発明では、信号光をこの励起光の光路と同
一光路を用いて光増幅器に入力するとともに、信号光は
励起用光増幅器を通過しない構成になっており、励起用
増幅器での吸収を受けないため、さらに高効率の光増幅
を可能にしている。

（実施例） 本発明の第１の実施例を第１図に示す。

本実施例においては光励起の光増幅器として、ＹＡＧレ
ーザ励起のＫＣＩ：Ｔｌカラーセンタ増幅器を例として
述べる。このカラーセンタ増幅器の励起光波長はＹＡＧ
レーザの波長である１、０６ｐｍ、カラーセンタ媒質３
０２の増幅可能波長帯は１．４５−１．６１１ｍ帯であ
る。本実施例ではさらにこのカラーセンタ増幅器質ａｏ
２を１．４５−１．６１１ｍ帯で共振する光共振器内に
置くことで１．４５−１．６ｐｍにおける広帯域光増幅
器として用いている。まず励起光の波長１．０６１１ｍ
で発振する励起光波長レーザ３０４は、１．０６ｐｍで
光増幅可能なＹＡＧロッド３０３とカラーセンタ媒質３
０２を含み、波長１．０６ｐｍで共振波長を持つファプ
リーペロ型光共振器３０５からなる。

以下にこのカラーセンタ増幅器の動作について述べる。

まずＹＡＧロッド３０３を励起してＹＡＧロッド３０３
が波長１．０６ｐｍで増幅率２０ｄＢ以上とれるように
設定した。このとき励起光波長レーザ３０４はカラーセ
ンタ媒質を内部に含んだ状態で１．０６ｐｍの発振した
。この発振光によりカラーセンタ媒質３０２は励起され
、波長１．４５−１．６ｐｍ帯内で増幅機能を持つた。

この際ＹＡＧロッド３０３を励起するのに必要なパワー
は、従来のＹＡＧレーザでカラーセンタを励起する場合
に比較して小さくなった。

次に本発明の第２の実施例を示す。本実施例では光増幅
器として、光ファイバ増幅器であるエルビウム・ドープ
ト・光ファイバ増幅器１を用いている。

また本実施例では、励起用増幅器として１．４９ｐｍ帯
に増幅率の最大となる波長を持つ進行波型レーザ増幅器
である半導体レーザ増幅器４０を用いている。さらにこ
れら光ファイバ増幅器１と半導体レーザ増幅器４０とを
内部に含み、１．４９ｐｍ帯の光をほぼ１００％反射し
、増幅可能波長帯である１、５３ｐｍの光をほぼ透過す
る干渉膜フィルタで作られた波長選択型ミラー１０１．
１０２で溝底される光共振器でレーザ発振器２０１を溝
底している。

以下にこの光増幅器の動作について説明する。

まず半導体レーザ増幅器４０に注入電流を加え、１．４
９ｐｍ帝に増幅率の最大となる波長を有する光増幅器と
して動作させた。この半導体レーザ増幅器の増幅率を上
昇させると、波長選択型ミラー１０１、１０２で構成さ
れた光共振器内で１．４９ｐｍ帯の波長での発振を生じ
た。この１．４９ｐｍ帯での発振は、半導体レーザ増幅
器４０への注入電流を９５ｍＡとした時に生じた。この
状態で信号光６１を波長選択型ミラー１０１を通して入
射し、エルビウム・ドープト・光ファイバ増幅器１を通
過させた後、半導体レーザ増幅器４０を通過させ、さら
に波長選択型ミラー１０２を通過させた後出力光６２を
得た。このとき信号光６１はエルビウム・ドープト・光
ファイバ増幅器ｌで増幅されるが、半導体レーザ増幅器
４０は、入射した信号光の波長が半導体のバンドキャッ
プに対応する波長に比較して長波側であるためほぼ損失
なく半導体レーザ増幅器４０を通過した。またこのとき
の信号光の増幅率は約２０ｄＢであった。この様に本発
明の光増幅器では、半導体レーザ増幅器４０への注入電
流を小さく抑えてもエルビウム・ドープト・光ファイバ
増幅器を簡単に励起できた。

次に本発明の第３の実施例を示す。本実施例においては
、光増幅器として、光ファイバ増幅器であるエルビウム
・ドープト・光ファイバ増幅器１を用いている。この光
ファイバ増幅器は１．４９ｐｍ帯の励起光で励起され、
１．５３ｐｍ帯の信号光を増幅する光増幅器として動作
させる。また励起波長光と信号光を合波して人力する手
段として１．４９ｐｍ帯の光をポート２１から入力し１
．５３ｐｍの信号光６１をポート２２から人力して、波
長選択的に合波した後、ポート２３から出力する波長選
択型光ファイバカップラ２を用いた。また光ファイバ増
幅器ｌを通過した光を１．４９１１ｍ帯の励起光波長成
分と１．５３ｐｍ帯の信号光成分に分離する手段として
、光ファイバ増幅器１を通過した光をポート３１から人
力し、励起光波長の光をポート３３に、増幅された信号
光をポート３４に出力する波長選択型光ファイバカップ
ラ３を用いた。

励起光波長に増幅率を持つ励起用光増幅器としては半導
体レーザ増幅器４０を、光共振器としてはミラー５０と
、励起光波長の光のみを波長選択してポート２１に反射
する回折格子５１とレンズ５２の光学系を用いた。

次にこの光増幅器の動作について説明する。本実施例の
光増幅器は、回折格子５１−レンズ５２−波長選（１１
） 折型光ファイバカップラ２−エルビウム・ドープト・光
ファイバ増幅器１−波長選択型光ファイバカップラ３−
半導体レーザ増幅器４０−ミラー５０からなり、励起光
波長である１、４９ｐｍ帯で発振するレーザ発振器を構
成している。ここで用いた半導体レーザ増幅器４０は、
利得中心波長を１．４９１１ｍに持ち両端面を無反射コ
ートした進行波型レーザ増幅器である。この進行波型レ
ーザ増幅器は、注入電流を１００ｍＡに設定した時２０
ｄＢ以上の増幅率が得られた。またこの２０ｄＢ以上の
増幅率が得られた状態で光共振器内に励起光波長である
１、４９ｐｍ帯でのレーザ発振を生じた。この時光共振
器内に蓄積された１、４９ｐｍ帯の光パワーはｌｏＯｍ
Ｗ程度であった。このように光共振器内で１．４９１１
ｍ帯のレーザ発振を起こした状態で、ポート２２から信
号光６１として１．５３ｐｍ帯の光を入力した。この信
号光６１は波長選択型光ファイバカップラ２−エルビウ
ム・ドープト・光ファイバ増幅器１−波長選択型光ファ
イバカップラ３を通過してポート３４から出力され、出
力光６２となった。このとき信号光６１はエルビウム・
ドープト・光ファイバ増幅器工で（１２） 約２０ｄＢ増幅された。このように半導体レーザ増幅器
４０への注入電流値を１００ｍＡと小さい値に設定した
状態でエルビウム・ドープト・光ファイバ増幅器を励起
しても、１．５３１１ｍ帯で２０ｄＢと高い増幅率を得
ることができた。

本発明には様々な変形例がある。

第１の光増幅器の実施例おいては、ＫＣＩ：Ｔｌカラー
センタ媒質を他のカラーセンタ媒質にしても良い。また
カラーセンタ媒質を異なる光共振器内に入れることでカ
ラーセンタレーザとして用いることもできる。

第２の光増幅器の実施例においては、エルビウム・ドー
プト・光ファイバ増幅器の励起波長を１．４９ｐｍ帯に
限ることなく、０．９１１ｍ帯でもよい。また励起用光
増幅器としては、半導体レーザ増幅器を用いる代わりに
、光ファイバラマン増幅器の様な光ファイバ増幅器を用
いることもできる。また光増幅器としては光ファイバラ
マン増幅器のような光ファイバ増幅器も用いることがで
きるし、カラーセン夕増幅器のような光ファイバ増幅器
でない光増幅器を用いることもできる。

第３の光増幅装置の実施例においては、エルビウム、ド
ープト、光ファイバ増幅器の励起波長を１．４９ｐｍ帯
に限ることなく、０．９ｐｍ帯でもよい。また光共振器
は励起光波長で共振し、増幅波長帯である１、５３ｐｍ
帯で発振しなければ、回折格子のかわりに通常ミラーを
用いて光共振器内に波長選択性を持たせた光共振器でも
良いし、励起用光増幅器に１．４９ｐｍ帯で増幅率を持
つ分布帰還型増幅器とした光共振器を用いることもでき
る。また励起用光増幅器としては、半導体レーザ増幅器
を用いる代わりに、光ファイバラマン増幅器の様な光フ
ァイバ増幅器を用いることもできる。また光増幅器とし
ては、光ファイバラマン増幅器のような光ファイバ増幅
器も用いることができるし、カラーセンタ増幅器のよう
な光ファイバ増幅器でない光増幅器を用いることもでき
る。光増幅器、励起用光増幅器の個数は、２個以上であ
っても良い。

（発明の効果） （１５） 以上説明したように、本発明によれば、光ファイバ増幅
器あるいは光励起型の光増幅器と、励起用光増幅器と、
光共振器で構成されたレーザ発振器内において、励起光
波長におけるレーザ発振を生じさせることで簡単に大き
な励起光パワーを得ることができ、容易に光増幅器を励
起することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の典型的な実施例の構成図である。 第２図は第２の発明の典型的な実施例の構成図である。 第３図は第３の発明の実施例の構成図である。 図中、 １：エルビウム・ドープト・ファイバ光増幅器、２．３
：波長選択型光ファイカップラ、４０：半導体レーザ増
幅器、５０：ミラー、５１：回折格子、６１：信号光、
６２：出力光、３０１：カラーセンタレーザ、３０２：
カラーセンタ媒質、３０３：ＹＡＧロッド、３０４：励
起光波長レーザである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）励起光により光増幅媒質に増幅機能を発生する光
   増幅器と前記光増幅器の励起光波長で増幅が可能な励起
   用光増幅器とを内部に含み前記励起光波長で発振するレ
   ーザ共振器と、前記光増幅器に前記光増幅媒質が増幅可
   能な波長の信号光を前記励起光の光路とは異なる光路か
   ら入出力する手段とを有することを特徴とする光増幅装
   置。
2. （２）励起光により光増幅媒質に増幅機能を発生する光
   増幅器と前記光増幅器の励起光波長で増幅が可能な励起
   用光増幅器とを内部に含み前記励起光波長で発振するレ
   ーザ共振器と、前記光増幅媒質が増幅可能な波長の信号
   光を前記励起光の光路に沿って前記レーザ共振器端から
   入出力する手段とを有することを特徴とする光増幅装置
   。
3. （３）前記光増幅器として光ファイバ増幅器を用いるこ
   とを特徴とした特許請求の範囲第（２）項に記載の光増
   幅装置。
4. （４）励起光により光増幅媒質に増幅機能を発生する光
   増幅器と前記光増幅器の励起光波長で増幅が可能な励起
   用光増幅器とを内部に含み前記励起光波長で発振するレ
   ーザ共振器と、前記光増幅媒質が増幅可能な波長の信号
   光を前記励起光の光路に沿って前記光増幅器に入力する
   手段と、光増幅器と励起用光増幅器の間に配置され増幅
   信号光を励起光波長の光と分離する手段とを有すること
   を特徴とした光増幅装置。
5. （５）光増幅器として光ファイバ増幅器、信号光を励起
   光の光路に沿って前記光増幅器に入力する手段並びに、
   増幅された前記信号光を励起光波長の光と分離する手段
   として光合分波器を有することを特徴とした特許請求の
   範囲第（４）項に記載の光増幅装置。