JPH0422928A - Optical fiber amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は長距離光通信や光交換システム等に使用される
光ファイバ増幅装置に係わり、詳細には希土類金属がド
ープ(Dope )された光ファイバに特定波長の高電
力励起光を入射させて信号光を増幅する光ファイバ増幅
装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical fiber amplifier used in long-distance optical communications, optical switching systems, etc. The present invention relates to an optical fiber amplifier that amplifies signal light by inputting high-power pumping light of a specific wavelength into a fiber.
光ファイバ通信や光交換システムにおいて、光スィッチ
や光分岐等のデバイスの挿入損失および伝送距離の増大
等による光パワーの低下を補うために、信号光の増幅が
行われる。そして、信号光を一端電気信号に変換するこ
となく直接増幅する光増幅装置が注目されている。In optical fiber communications and optical switching systems, signal light is amplified to compensate for the reduction in optical power due to insertion loss of devices such as optical switches and optical branches and increases in transmission distance. Optical amplification devices that directly amplify signal light without converting it into an electrical signal have been attracting attention.
従来の光ファイバ通信用の光ファイバ増幅装置としては
、進行波形半導体レーザ光増幅装置や、希土類元素特に
エルビウム・イオン(Er”)をドーピングした光ファ
イバを使用する光ファイバ増幅製蓋がある。エルビウム
・イオンをドープした光ファイバ増幅装置(光ファイバ
アンプ)は、半導体光増幅装置に比べて、高ゲインであ
り、結合損失が低く、波長多重時のクロストークが低く
、更に偏波依存性がない等の多くの点で優れているため
活発に開発が進袷られている。Conventional optical fiber amplifiers for optical fiber communications include traveling wave semiconductor laser optical amplifiers and optical fiber amplifier lids that use optical fibers doped with rare earth elements, particularly erbium ions (Er'').・Ion-doped optical fiber amplifiers (optical fiber amplifiers) have higher gain, lower coupling loss, lower crosstalk during wavelength multiplexing, and no polarization dependence than semiconductor optical amplifiers. Because it is superior in many aspects such as, it is being actively developed.
この光ファイバアンプの原理は、ボンピング光としての
半導体レーザ光でエルビウム・イオンを励起し、信号光
を引金として誘導放出を起こさせることである。The principle of this optical fiber amplifier is to excite erbium ions with semiconductor laser light as bombing light and cause stimulated emission using signal light as a trigger.
第3図は、従来の光ファイバ増幅装置の構成を表わした
ものである。FIG. 3 shows the configuration of a conventional optical fiber amplifier.
エルビウムドープ光ファイバ11の一端には、エルビウ
ム・イオンを励起するボンピング光12と信号光13と
をそれぞれ入射する波長合成プリズム14が接続されて
いる。信号光13が入力される光コネクタ1,6と波長
合成プリズム14との間、および出力側の光コネクタ1
7とエルビウムドープ光ファイバ14との間には、光通
信システム全体の高アイソレーションを考慮して、アイ
ソレータ18.19、および短波長遮断光干渉フィルタ
21が接続されている。A wavelength combining prism 14 is connected to one end of the erbium-doped optical fiber 11, into which a bombing light 12 for exciting erbium ions and a signal light 13 are respectively incident. Between the optical connectors 1 and 6 into which the signal light 13 is input and the wavelength combining prism 14, and the optical connector 1 on the output side
7 and the erbium-doped optical fiber 14, isolators 18 and 19 and a short wavelength cutoff optical interference filter 21 are connected in consideration of high isolation of the entire optical communication system.
光コネクタ16端面から人力される微弱な特定波長の信
号光13は、波長合成プリズム14を介してエルビウム
ドープ光ファイバ11に入射される。入射された信号光
13は、第1および第2のレーザダイオード22.23
からのボンピング光12によって励起されたエルビウム
・イオンからエネルギを吸収し、増幅される。A weak signal light 13 of a specific wavelength manually input from the end face of the optical connector 16 is inputted to the erbium-doped optical fiber 11 via the wavelength combining prism 14 . The input signal light 13 is transmitted to the first and second laser diodes 22 and 23.
Energy is absorbed from the erbium ions excited by the bombing light 12 from the erbium ions and amplified.
一般に、20dB前後の光利得を得るには、10QmW
以上のボンピング光12が必要である。Generally, to obtain an optical gain of around 20 dB, 10 QmW
The above bombing light 12 is necessary.
レーザダイオードからは、現在100mW程度のレーザ
光を出力することが可能であるが、光ファイバに接続す
るとファイバ出力としては53mW程度になる。そこで
、第1および第2のレーザダイオード22.23から出
力される互いに偏波方向の90度異なるレーザ光を偏波
合成器24で合成して100.mW以上のボンピング光
12を得ている。A laser diode can currently output a laser beam of about 100 mW, but when connected to an optical fiber, the fiber output becomes about 53 mW. Therefore, the laser beams output from the first and second laser diodes 22 and 23, which have polarization directions different from each other by 90 degrees, are combined by the polarization combiner 24 to produce a 100.degree. Bumping light 12 of mW or more is obtained.
このように、従来の光ファイバ増幅装置では、100m
W以上のボンピング光12を得るために、互いに偏波方
向の90度異なるレーザ光を偏波合成器24で合成して
いる。このため、レーザダイオード22.23には、出
力されるレーザ光を直線偏光に維持するために、特殊な
ファイバである偏波保存ファイバ26.27を接続する
必要がある。偏波保存ファイバ26.27の一端を半導
体レーザ22.23に接続する場合、偏波面を一致させ
る必要があり、その調整が大変であった。また、偏波面
保存ファイバ26.27の他端を偏光合成器24に接続
する場合にも、両ファイバの偏波面が互いに90度にな
るように接続する必要があり、その調整が大変であった
。In this way, with conventional optical fiber amplifiers, 100 m
In order to obtain the bombing light 12 of W or more, laser lights whose polarization directions are different by 90 degrees are combined by a polarization combiner 24. Therefore, it is necessary to connect polarization maintaining fibers 26, 27, which are special fibers, to the laser diodes 22, 23 in order to maintain the output laser light as linearly polarized light. When connecting one end of the polarization maintaining fiber 26, 27 to the semiconductor laser 22, 23, it is necessary to match the planes of polarization, and the adjustment is difficult. Furthermore, when connecting the other ends of the polarization-maintaining fibers 26 and 27 to the polarization combiner 24, it was necessary to connect the polarization planes of both fibers at 90 degrees to each other, which was difficult to adjust. .
このように従来の光ファイバ増幅装置では、偏波面の調
整作業が必要であり、その製造が大変であった。As described above, conventional optical fiber amplifiers require adjustment of the plane of polarization, which is difficult to manufacture.
そこで本発明の目的は、偏波面の調整が不用で容易に製
造することの可能な光ファイバ増幅装置を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier that does not require adjustment of the plane of polarization and can be easily manufactured.
請求項1記載の発明は、(1)希土類金属がドープされ
、直列に接続された複数のアンプ用光ファイバと、(i
i )これらの複数のアンプ用光ファイバのそれぞれに
対応して配置され希土類金属を励起する励起光を出力す
る複数の励起光出力手段と、(iii )これらの励起
光出力手段から出力されるそれぞれの励起光を対応する
アンプ用光ファイバに入射させる励起光入射手段とを光
ファイバ増幅装置に具備させる。The invention according to claim 1 provides: (1) a plurality of amplifier optical fibers doped with rare earth metals and connected in series;
i) a plurality of excitation light output means arranged corresponding to each of the plurality of amplifier optical fibers and outputting excitation light for exciting the rare earth metal, and (iii) each of the excitation light output means output from these excitation light output means. The optical fiber amplifying device is provided with a pumping light input means for making the pumping light enter the corresponding amplifier optical fiber.
すなわち本発明の光ファイバ増幅装置は、希土類金属が
ドープされた複数のアンプ用光ファイバを直列に接続し
、それぞれのアンプ用光ファイバに励起光を入射して信
号光を複数段階に分けて増幅するようにしたものである
。In other words, the optical fiber amplifier of the present invention connects a plurality of amplifier optical fibers doped with rare earth metals in series, and injects pumping light into each amplifier optical fiber to amplify the signal light in multiple stages. It was designed to do so.
請求項2記載の光ファイバ増幅装置では、励起光入射手
段として、直列に接続されたアンプ用光ファイバの間に
配置され、アンプ用光ファイバを通過する信号光を透過
し、励起光を反射する誘電体干渉膜フィルタを使用する
。In the optical fiber amplifier according to claim 2, the excitation light input means is disposed between the amplifier optical fibers connected in series, and transmits the signal light passing through the amplifier optical fibers and reflects the excitation light. Use a dielectric interference film filter.
請求項3記載の光ファイバ増幅装置では、希土類金属と
してエルビウムを使用する。In the optical fiber amplifier according to the third aspect of the present invention, erbium is used as the rare earth metal.
以下実施例につき本発明の詳細な説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to Examples.
第1図は本発明の一実施例における光ファイバ増幅装置
の構成を表わしたものである。FIG. 1 shows the configuration of an optical fiber amplifier according to an embodiment of the present invention.
光ファイバ増幅装置31は、第1および第2のエルビウ
ムドープ光ファイバ32.33を備えており、両ファイ
バは波長合成プリズム34の合成膜に対して45度の角
度を成すように接続されている。波長合成プリズム34
は、合成膜を2枚のプリズムで挟むように構成されてい
る。波長合成プリズムの合成膜は、波長1.48μmで
透過損失0.3dB、波長1.53μmで透過喪失減衰
量20dBの誘電体干渉膜フィルタである。この合成膜
は、45度の角度で入射する光を、その波長により透過
または反射するようになっている。The optical fiber amplifier 31 includes first and second erbium-doped optical fibers 32 and 33, and both fibers are connected at an angle of 45 degrees with respect to the synthesis film of the wavelength synthesis prism 34. . Wavelength synthesis prism 34
is constructed so that a synthetic film is sandwiched between two prisms. The synthesis film of the wavelength synthesis prism is a dielectric interference film filter with a transmission loss of 0.3 dB at a wavelength of 1.48 μm and a transmission loss attenuation of 20 dB at a wavelength of 1.53 μm. This synthetic film is designed to transmit or reflect light incident at an angle of 45 degrees depending on its wavelength.
波長合成プリズム34には、合成膜のそれぞれの面に対
して45度の角度を成すように長さ約1mの第1および
第2のシングルモードファイバ36.37の一端がそれ
ぞれ接続されている。第1および第2のシングルモード
ファイバ36.37の他端には、それぞれ第1および第
2のレーザダイオード38.39が接続されている。第
1および第2のレーザダイオード38.39は、波長1
゜48μm1光出力100mWのファブリペロ (Fe
bry Perot )型のレーザダイオードが使用さ
れている。第1および第2のレーザダイオード38.3
9から出力されたレーザ光は、第1および第2のポンピ
ング光41.42としてファイバ出力50mWで波長合
成プリズム34に入射される。第1のポンピング光41
は、波長合成プリズム34の合成膜で反射されて第1の
エルビウムドープ光ファイバ32に入射される。第2の
ポンピング光42は、波長合成プリズム34の合成膜で
反射されて第2のエルビウムドープ光ファイバ33に入
射されるようになっている。One ends of first and second single mode fibers 36 and 37 each having a length of about 1 m are connected to the wavelength combining prism 34 so as to form an angle of 45 degrees with respect to each surface of the combining film. First and second laser diodes 38.39 are connected to the other ends of the first and second single mode fibers 36.37, respectively. The first and second laser diodes 38,39 have a wavelength of 1
゜48μm 1 optical output 100mW Fabry-Perot (Fe
A laser diode of the Bry Perot type is used. First and second laser diodes 38.3
The laser light outputted from 9 is input to the wavelength combining prism 34 as first and second pumping light 41, 42 with a fiber output of 50 mW. First pumping light 41
is reflected by the synthesis film of the wavelength synthesis prism 34 and enters the first erbium-doped optical fiber 32. The second pumping light 42 is reflected by the synthetic film of the wavelength combining prism 34 and is incident on the second erbium-doped optical fiber 33.
第1および第2のエルビウムドープ光ファイバ32.3
3の他端には、それぞれ短波側減衰量20dBの第1お
よび第2の短波長遮断光干渉フィルタ43.44が接続
されている。第1および第2の短波長遮断干渉フィルタ
43.44と、光コネクタ46.47の間には、それぞ
れアイソレーション50dBをもつ第1および第2のア
イソレータ48.49が接続されている。First and second erbium-doped optical fibers 32.3
3 are connected to first and second short wavelength cutoff optical interference filters 43 and 44 each having a short wavelength side attenuation of 20 dB. First and second isolators 48,49 each having an isolation of 50 dB are connected between the first and second short wavelength cutoff interference filters 43,44 and the optical connector 46,47.
このように構成された光ファイバ増幅装置の動作につい
て次に説明する。The operation of the optical fiber amplifier device configured in this way will be described next.
光コネクタ46の端面から入射される波長1゜53μm
の微弱化した信号光51は、第1のアイソレータ48、
第1の短波長遮断光干渉フィルタ43を介して第1のエ
ルビウムドープ光ファイバ32に入射される。第1のエ
ルビウムドープ光ファイバ32に入射された信号光51
は、第1のポンピング光41により増幅された後、波長
合成プリズム34を通過して第2のエルビウムドープ光
ファイバ33に入射される。増幅された信号光51は、
更に第2のエルビウムドープ光ファイバ33で第2のポ
ンピング光42により増幅され、第2の短波長遮断光干
渉フィルタ44と第2のアイソレータ49を介して光コ
ネクタ47から出力される。Wavelength 1°53 μm incident from the end face of the optical connector 46
The weakened signal light 51 passes through the first isolator 48,
The light is input to the first erbium-doped optical fiber 32 via the first short wavelength cutoff optical interference filter 43 . Signal light 51 incident on first erbium-doped optical fiber 32
After being amplified by the first pumping light 41, the light passes through the wavelength combining prism 34 and enters the second erbium-doped optical fiber 33. The amplified signal light 51 is
Furthermore, it is amplified by the second pumping light 42 in the second erbium-doped optical fiber 33 and outputted from the optical connector 47 via the second short wavelength cutoff optical interference filter 44 and the second isolator 49 .
第2図は、本発明の他の実施例における光ファイバ増幅
装置の構成を表わしたものである。第1図と統一の部分
には同一の符号を付して適宜説明を省略する。FIG. 2 shows the configuration of an optical fiber amplifier according to another embodiment of the present invention. Components that are the same as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
光ファイバ増幅装置61は、第1および第2のエルビウ
ムドープ光ファイバ32.33と第1および第2の波長
合成プリズム62.63を備えている。これらは、第1
の波長合成プリズム62、第1のエルビウムドープ光フ
ァイバ32、第2の波長合成プリズム63およ第2のエ
ルビウムドープ光ファイバ33の順に接続されている。The optical fiber amplifier 61 includes first and second erbium-doped optical fibers 32.33 and first and second wavelength combining prisms 62.63. These are the first
The wavelength combining prism 62, the first erbium-doped optical fiber 32, the second wavelength combining prism 63, and the second erbium-doped optical fiber 33 are connected in this order.
第1の波長合成プリズム62には、第1のレーザダイオ
ード38から出力される第1のポンピング光41が合成
膜で反射されて第1のエルビウムドープ光ファイバ32
に入射されるように接続されている。第2の波長合成プ
リズム63には、第2のレーザダイオード39から出力
される第2のポンピング光42が合成膜で反射されて第
2のエルビウムドープ光ファイバ33に入射されるよう
に接続されている。The first pumping light 41 outputted from the first laser diode 38 is reflected by the first wavelength combining prism 62 by a combining film, and is connected to the first erbium-doped optical fiber 32.
is connected so that it is input to the The second wavelength combining prism 63 is connected so that the second pumping light 42 output from the second laser diode 39 is reflected by the combining film and input into the second erbium-doped optical fiber 33. There is.
第1のポンピング光41は第1のエルビウムドープ光フ
ァイバ32方向に反射されるので、この実施例では第1
の波長合成プリズム62と第1のアイソレータ48との
間に、短波長遮断光干渉フィルタは配置していない。Since the first pumping light 41 is reflected toward the first erbium-doped optical fiber 32, in this embodiment, the first pumping light 41
No short wavelength cutoff optical interference filter is disposed between the wavelength combining prism 62 and the first isolator 48 .
この光ファイバ増幅装置61においても、微弱化した信
号光51は、第1のエルビウムドープ光ファイバ32で
第1のポンピング光41で増幅された後、更に第2のエ
ルビウムドープ光ファイバ33で第2のポンピング光4
2で増幅されて出力される。In this optical fiber amplifier 61 as well, the weakened signal light 51 is amplified by the first pumping light 41 in the first erbium-doped optical fiber 32 and then amplified by the second pumping light 41 in the second erbium-doped optical fiber 33. pumping light 4
2 and is amplified and output.
このように本発明によれば、直列に接続された複数のア
ンプ用光ファイバのそれぞれに励起光を入射することに
より、信号光を複数段階に分けて増幅する構成としたの
で、レーザダイオードの出力光を直線偏光に維持する必
要がない。従って、偏波面の調整作業が不用であり、容
易に製造することが可能となる。また、偏波合成器が不
用となるだけでなく、特殊な偏波保存ファイバを使用し
ないので、安価な光ファイバ増幅装置が提供される。As described above, according to the present invention, the signal light is amplified in multiple stages by inputting the excitation light into each of the plurality of amplifier optical fibers connected in series, so that the output of the laser diode is There is no need to keep the light linearly polarized. Therefore, there is no need to adjust the plane of polarization, making it possible to manufacture the device easily. Moreover, not only is a polarization combiner unnecessary, but also a special polarization-maintaining fiber is not used, so an inexpensive optical fiber amplification device can be provided.
第1図と第2図は本発明の一実施例を説明するためのも
のであり、このうち第1図は光ファイバ増幅装置の構成
図、第2図は光ファイバ増幅装置の他の実施例の構成図
、第3図は従来の光ファイバ増幅装置の構成図である。
33・・・・・・第2のエルビウムドープ光ファイバ3
4・・・・・・波長合成プリズム、
36・・・・・・第1のシングルモードファイバ、37
・・・・・・第2のシングルモードファイバ38・・・
・・・第1のレーザダイオード、39・・・・・・第2
のレーザダイオード、62・・・・・・第1の波長合成
プリズム、63・・・・・・第2の波長合成プリズム。Figures 1 and 2 are for explaining one embodiment of the present invention, of which Figure 1 is a configuration diagram of an optical fiber amplifier, and Figure 2 is another embodiment of the optical fiber amplifier. FIG. 3 is a block diagram of a conventional optical fiber amplifier. 33...Second erbium-doped optical fiber 3
4... Wavelength combining prism, 36... First single mode fiber, 37
...Second single mode fiber 38...
...first laser diode, 39...second
laser diode, 62...first wavelength synthesis prism, 63...second wavelength synthesis prism.
Claims (1)
アンプ用光ファイバと、 これらの複数のアンプ用光ファイバのそれぞれに対応し
て配置され前記希土類金属を励起する励起光を出力する
複数の励起光出力手段と、 これらの励起光出力手段から出力されるそれぞれの励起
光を対応する前記アンプ用光ファイバに入射させる励起
光入射手段 とを具備することを特徴とする光ファイバ増幅装置。 2、励起光入射手段は、直列に接続されたアンプ用光フ
ァイバの間に配置され、アンプ用光ファイバを通過する
信号光を透過し、励起光を反射する誘電体干渉膜フィル
タであることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増
幅装置。 3、希土類金属はエルビウムであることを特徴とする請
求項1または2記載の光ファイバ増幅装置。[Claims] 1. A plurality of amplifier optical fibers doped with a rare earth metal and connected in series, and an excitation device disposed corresponding to each of the plurality of amplifier optical fibers to excite the rare earth metal. It is characterized by comprising a plurality of excitation light output means for outputting light, and excitation light input means for inputting the respective excitation light output from these excitation light output means into the corresponding optical fiber for the amplifier. Optical fiber amplifier. 2. The excitation light input means is a dielectric interference film filter placed between the amplifier optical fibers connected in series, which transmits the signal light passing through the amplifier optical fibers and reflects the excitation light. The optical fiber amplifier according to claim 1. 3. The optical fiber amplifier according to claim 1 or 2, wherein the rare earth metal is erbium.
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