JPH04188777A

JPH04188777A - 光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JPH04188777A
Application number: JP2316055A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Okiyama; 沖山　正; Susumu Kinoshita; 進木下
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-07

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】概要希土類元素をドープした希土類ドープファイバに励起光
と信号光を共に伝搬させて、信号光を直接増幅する光フ
ァイバ増幅器に関し、利得効率を向上させると共に雑音を抑え、且つ高８力を
実現できる光ファイバ増幅器を提供することを目的とし
、希土類元素をドープした希土類ドープファイバに励起光
と信号光を共に伝搬させて、信号光を直接増幅する光フ
ァイバ増幅器において、前記希土類ドープファイバの入
力端に信号光を取り出す信号光取出手段と、励起光源か
らの励起光を信号光に合波する合波器を直列に設け、該
希土類ドープファイバの出力側に信号光波長成分を透過
し励起光波長成分及び自然放出光波長成分の透過を阻止
する光バンドパスフィルターと、偏光方向を４５゜回転
する旋光手段と、全反射手段とをこの順に直列に設けて
構成する。

産業上の利用分野本発明は希土類元素をドープした希土類ドープファイバ
に励起光と信号光婆共に伝搬させて、信号光を直接増幅
する光ファイバ増幅器に関する。

現在実用化されている光ファイバ通信システムにおいで
は、光ファイバの損失による光信号の減衰を補償するた
めに、一定距離ごとに中継器を挿入している。中継器で
は、光信号をフォトダイオードにより電気信号に変換し
て、電子増幅器により信号を増幅した後、半導体レーザ
等により光信号に変換し、光ファイバ伝送路に再び送り
出すという構成を取っている。もし、この光信号を低雑
音で直接光信号のまま増幅することができれば、光中継
器の小型化、経済化を図ることができる。

そこで、光信号を直接増幅できる光増幅器の研究が盛ん
に進ｔられており、研究の対象とされている光増幅器を
大別すると、■希土類元素（Ｅｒ。

Ｎｂ、Ｙｂ等）をドープした光ファイバと励起光を組み
合わせたもの、■希土類元素をドープした半導体レーザ
によるもの、■光ファイバ中の非線形効果を利用した誘
導ラマン増幅器、誘導ブＩＪ　ＩＪユアン増幅器の３つ
がある。

このうち■の希土類ドープ光ファイバ（以下ドープ光フ
ァイバと略称する）と励起光を組み合わせた光増幅器は
、偏波依存性がないこと、低雑音であること、伝送路と
の結合損失が小さいといった優れた特徴があり、光ファ
イバ伝送システムにおける伝送中継距離の飛躍的増大、
光信号の多数への分配を可能にすると期待される。

従来の技術第３図にドープ光ファイバによる光増幅の原理を示す。

２はコア４及びクラッド６から構成された光ファイバで
あり、コア４中にエルビウム（Ｅｒ）がドープされてい
る。このようなＥｒドープ光ファイバ２に励起光が入射
されると、Ｅｒ原子が高いエネルギー準位に励起される
。このように高いエネルギー準位に励起された光ファイ
バ２中のＥｒ原子に信号光が入ってくると、Ｅｒ原子が
低いエネルギー準位に遷移するが、このとき光の誘導放
出が生じ、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。

このような原理を用いた従来の光ファイバ増幅器の概略
構成図を第４図に示す。１０はエルビウム（Ｅｒ）を光
ファイバのコア中に微小量ドープしたＥｒドープファイ
バである。１２は例えば波長１．４８μｍのレーザ光を
出射する半導体レーザ等の励起光源であり、駆動回路に
より連続的に電流を流して駆動される。ｍＪ起光源１２
からの励起光は合波器１４を介してＥｒドープファイバ
１０に入射される。十分なパワーの励起光が入射される
と、Ｅｒドープファイバ１０中のＥｒ原子が高いエネル
ギー準位に励起される。

このようにＥｒ原子が励起状態のところに、例えば、波
長１．５５μｍの信号光が合″波器１４を介して入射さ
れると、励起状態のＥｒ原子が基底準位に急激に遷移す
るが、このとき信号光と同波長の光の誘導放出が起こり
、信号光が増幅されて信号光出力端より出射される。

発肋が解決しようとする課題上述したような構成を有する光ファイバ増幅器では、信
号光を希土類ドープファイバ中を一方向にのみ伝搬させ
ているため、利得効率（利得対励起光電力）が低いとい
う問題がある。また、高利得を得るたｔには、高い励起
光電力が必要であり、利得を高くすると雑音も増加する
という問題がある。さらに、後方励起を採用して高出力
を実現するという方法もあるが、これに伴い雑音も増加
するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、利得効率を向上させると共に雑
音を抑え、且つ高出力を実現できる光ファイバ増幅器を
提供することである。

課題を解決するための手段希土類元素をドープした希土類ドープファイバに励起光
と信号光を共に伝搬させて、信号光を直接増幅する光フ
ァイバ増幅器において、前記希土類ドープファイバの入
力側に信号光を取り出す信号光取出手段と、励起光源か
らの励起光を信号光に合波する合波器を直列に設ける。

そして、希土類ドープファイバの出力側に、信号光波長
成分を透過し励起光波長成分及び自然放出光波長成分の
透過を阻止する光バンドパスフィルターと、偏波方向を
４５°回転する旋光手段と、全反射手段とをこの順に直
列に設けて構成する。

他の解決手段としては、希土類ドープファイバの入力側
に信号光を取り出す信号光取出手段と、信号光波長成分
を透過し励起光波長成分及び自然放出光波長成分の透過
を阻止する光バンドパスフィルターを直列に設ける。そ
して、希土類ドープファイバの出力側に偏波方向を４５
°回転する旋光手段と、励起光を透過し信号光を全反射
するフィルター手段と、励起光源とをこの順に直列に設
けて構成する。

作　　　用励起光は合波器で信号光と合波されて希土類ドープファ
イバ内に入射され、希土類原子を高いエネルギー準位に
励起する。このように希土類原子が励起状態のところに
、信号光が合波器を介して導入されると、励起状態の希
土類原子が基底準位に急激に遷移して信号光が増幅され
る。希土類ドープファイバの出力側に光バンドパスフィ
ルターが設けられているたｔ１信号光波長成分のみがこ
の光バンドパスフィルターを透過し他の波長成分はカッ
トされる。

信号光は旋光手段を二度通過することにより、偏光方向
が９０°回転するため、希土類ドープファイバ出力端で
の反射率が等価的になくなり、希土類ドープファイバで
の発振が抑えられる。全反射手段で反射された信号光は
再び希土類ドー、ブファイバを通過することにより増幅
され、この増幅された信号光は信号光取出手段により分
岐されて取り出される。

他の解決手段によると、励起光は希土類ドープファイバ
の出力側からフィルター手段を通して希土類ドープファ
イバ内に導入される。一方、信号光はフィルター手段に
より全反射されて希土類ドープファイバ内を二度通過す
るため、利得が倍増し、この増幅された信号光は信号光
取出手段により分岐されて取り出される。この第２の解
決手段によると、合波器を設ける必要がないため、挿入
損失を低減できる。

実　　施　　例以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例概略構成図を示している。２０
はコア中に微小量のＥｒをドープしたＥｒドープファイ
バであり、伝送路を構成する光ファイバにスプライシン
グ接続されている。Ｅｒドープファイバ２０の入力側に
は、信号光の入力方向に沿って光サーキュレータ２６と
、信号光と励起光を合波する合波器２４がこの順に設け
られている。２２は例えば波長１．４８μｍのレーザ光
を出射する半導体レーザ等の励起光源であり、駆動回路
により連続的に電流を流して駆動される。

一方、Ｅｒドープファイバ２０の出力側には、信号光波
長成分を透過し励起光波長成分及び自然放出光波長成分
の透過を阻止する光バンドパスフィルター２８と、偏光
方向を４５°回転するファラデー回転子３０と、このフ
ァラデー回転子３０の端面に接着された全反射腹３２が
この順に設けられている。

然して、励起光源２２からの励起光は合波器２４を介し
てＥｒドープファイバ２０内に入射され、Ｅｒドープフ
ァイバ２０内のＥｒ原子を高いエネルギー準位に励起す
る。このようにＥｒ原子が励起状態のところに、信号光
入力端から例えば波長１．５５μｍの信号光が光サーキ
ュレータ２６、合波器２４を介して入射されると、励起
状態のＥｒ原子が基底準位に急激に遷移するが、このと
き信号光と同波長の光の誘導放出が起こり、信号光が増
幅される。Ｅｒドープファイバ２０の出力側に光バンド
パスフィルター２８が設けられているたｔ１信号光の波
長成分のみがこの光バンドパスフィルター２８を透過し
、励起光及び自然放出光波長成分は通過を阻止されるた
め、光ファイバ増幅器で発生する雑音がここで除去され
る。

光バンドパスフィルター２８を通過した信号光はファラ
デー回転子３０を通過することにより、偏光方向が４５
゛回転され、全反射膜３２で全反射されて再びファラデ
ー回転子３０を逆方向に通過することにより、偏光方向
がさらに４５゛回転される。このように偏光方向が９０
゛回転された信号光は光バンドパスフィルター２８を逆
方向に通過して、再びＥｒドープファイバ２０内に導入
され、後方励起により増幅される。このようにＥｒドー
プファイバ２０を二度通過することにより増幅された信
号光は、合波器２４を通過して光サーキュレータ２５よ
り取り出される。

本実施例では、信号光をＥｒドープファイバ内を二度通
過させることにより、励起光電力を変えずに利得を倍増
することができる。信号光が４５゜ファラデー回転子を
二度通過することにより、偏光方向が９０゛回転するた
め、Ｅｒドープファイバ２０の出力端での反射率が等価
的に０になり、Ｅｒドープファイバでの発振を有効に防
止することができる。また、本実施例では戻り光の増幅
時には、後方励起となるため高出力が得られる。さらに
、バンドパスフィルター２８を信号光が二度通過するこ
とにより、狭帯域化を実現でき、雑音が抑えられる。

次に第２図を参照して、本発明の他の実施例について説
明する。本実施例の説明において、第１図に示した実施
例と実質的に同一構成部分については同一符号を付し、
その説明を一部省略する。

本実施例においては、励起光源２２をＥｒドープファイ
バ２０の出力側に配置し、その内側に励起光を透過し信
号光を全反射するフィルター膜３４が接着されたファラ
デー回転子３０を配置している。そして、Ｅｒドープフ
ァイバ２０の入力側に第１実施例と同様に光サーキュレ
ータ２６を配置するとともに、その内側に信号光波長成
分を透過し励起光波長成分及び自然放出光波長成分の透
過を阻止する光バンドパスフィルター２８を配置してい
る。

本実施゛例の動作について説明すると、励起光源２２か
らの励起光はフィルター３４を透過してＥｒドープファ
イバ２０内に導入され、Ｅｒドープファイバ２０中のＥ
ｒ原子を高いエネルギー準位に励起する。一方、信号光
は光バンドパスフィルター２８を透過してＥｒドープフ
ァイバ２０内に導入され、ここで信号光の増幅が行われ
る。Ｅｒドープファイバ２０を順方向に通過することに
より増幅された信号光はファラデー回転子３０により４
５°偏光方向が回転された後、フィルター３４により全
反射され再びファラデー回転子３０を逆方向に通過する
ことによりさらに偏光方向が４５゛回転され、Ｅｒドー
プファイバ２０を逆方向に伝搬し、ここで信号光が再び
増幅されて光バンドパスフィルター２８を通過し、光サ
ーキュレータ２６から増幅された信号光が取り出される
。

本実施例は上述した実施例の効果に加えて、信号光と励
起光を合波する合波器を省略できるため、信号光の挿入
損失を低減できるという効果がある。

上述した実施例では、信号光を取り出すのに光サーキュ
レータを採用しているが、光サーキュレータに代えて光
分岐回路を配置するようにしても良い。ただしこの場合
には、順方向通過時に分岐回路で３［］Ｂの損失があり
、逆方向通過時に３ｄＢの損失が発生する。また、光分
岐回路を設けた実施例においては、反射帰還光が信号光
の光源に悪影響を及ぼすのを防止するため、光アイソレ
ータを挿入する必要がある。

発明の効果本発明の光ファイバ増幅器は以上詳述したように構成し
たので、以下に示すような効果を奏する。

（１）信号光を希土類ドープファイバ内を二度通過させ
るため、励起光電力を変えずに利得が倍増できる。

（２）偏光方向を４５°旋光する旋光手段を信号光が二
度通過することにより、偏光方向が９０゜回転するため
、希土類ドープファイバ出力端での反射率が等価的に０
になり、希土類ドープファイバでの発振を有効に抑える
ことができる。

（３）信号光が希土類ドープファイバ内を往復するため
、−度は後方励起とすることができ高出力が得られる。

（４）光バンドパスフィルターを信号光が二度通過する
ため狭帯域化を実現でき、雑音を有効に抑えることがで
きる。

く５）第２実施例においては合波器を省略できるため、
信号光の挿入損失を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例概略構成図、第２図は本発明の他の実施例概略構成図、第３図はＥｒ
ドープファイバによる光増幅の原理を示す模式図、第４図は従来例概略構成図である。２０・・・Ｅｒドープファイバ、２２・・・励起光源、２４・・・合波器、２６・・・光サーキュレータ、２８・・・光バンドパスフィルター，３０・・・ファラデー回転子、３２・・・全反射膜、３４・・・フィルター。

Claims

【特許請求の範囲】１、希土類元素をドープした希土類ドープファイバ（２
０）に励起光と信号光を共に伝搬させて、信号光を直接
増幅する光ファイバ増幅器において、前記希土類ドープ
ファイバ（２０）の入力側に信号光を取り出す信号光取
出手段（２６）と、励起光源（２２）からの励起光を信
号光に合波する合波器（２４）を直列に設け、該希土類ドープファイバ（２０）の出力側に信号光波長
成分を透過し励起光波長成分及び自然放出光波長成分の
透過を阻止する光バンドパスフィルター（２８）と、偏
光方向を４５°回転する旋光手段（３０）と、全反射手
段（３２）とをこの順に直列に設けたことを特徴とする
光ファイバ増幅器。２、希土類元素をドープした希土類ドープファイバ（２
０）に励起光と信号光とを共に伝搬させて、信号光を直
接増幅する光ファイバ増幅器において、前記希土類ドー
プファイバ（２０）の入力側に信号光を取り出す信号光
取出手段（２６）と、信号光成長成分を透過し励起光波
長成分及び自然放出光波長成分の透過を阻止する光バン
ドパスフィルター（２８）を直列に設け、該希土類ドープファイバ（２０）の出力側に偏光方向を
４５°回転する旋光手段（３０）と、励起光を透過し信
号光を全反射するフィルター手段（３４）と、励起光源
（２２）とをこの順に直列に設けたことを特徴とする光
ファイバ増幅器。３、前記信号光取出手段（２６）は光サーキュレータで
ある請求項１又は２記載の光ファイバ増幅器。