JPH04289829A - 希土類ドープ光ファイバ増幅器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、希土類元素をドープし
た光フアイバ増幅器に関する。一般に、光信号を電気信
号に変換することなく直接光の領域のみで信号の増幅を
行う光直接増幅を行う光増幅器には、希土類元素（Ｅｒ
，Ｎｂ，Ｙｂ等）をドープした光ファイバとポンプ光を
組み合わせたものや、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応用した
もの，の３つがある。

【０００２】このうち希土類ドープ光ファイバは偏波依
存性が無い点，低い雑音である点，伝送路（光ファイバ
）との結合損失が小さいと言った優れた特徴があり、光
通信システムにおける伝送中継距離の飛躍的増大及び光
信号の多数分岐等を可能にするものある。

【０００３】本発明は、この希土類元素をドープした光
フアイバを用いた増幅器に関して言及するものである。

【０００４】

【従来の技術】図４乃至図６に希土類元素ドープファイ
バ増幅器の従来例としてエルビウム（以下Ｅｒ）ドープ
ファイバを用いて説明をする。

【０００５】図４に後方励起の従来例を示す。信号入力
端１からアイソレータ６を通ってＥｒドープファイバ３
に入射した信号光は、０．９８μｍ帯の励起と比べて光
出力が可能な１．４８μｍの光を出力するポンプ用レー
ザＬＤ４から合分波器５を通過してＥｒフアイバ３に入
射した単一波長のポンプ光により励起状態となったＥｒ
原子が誘導放出することによりＥｒフアイバ３内を伝播
するうちに、増幅されて合分波器５アイソレータ７を通
って信号光出力端２から出射される。

【０００６】図５に前方向励起の従来技術を示す。増幅
の仕組みは図４と同じであるが信号光と励起を光をＥｒ
ドープファイバ３の前段で合分波器５により合波した光
がＥｒファイバ３内で伝播する内に、Ｅｒ原子が励起さ
れ誘導放出する事により光増幅を行っている。

【０００７】しかし、Ｅｒドープファイバの様な希土類
元素ドープファイバの利得は、ポンプ光の大きさに利得
が比例する関係があるため、利得を大きくするために、
ポンプ光を複数用いる方法が考えられている。

【０００８】図６に、ポンプ光を複数用いた構成の一例
として双方向励起の従来例を示す。図６は、図５に示し
た前方からポンプ光を入射する技術と、図４に示した後
方からポンプ光を入射する技術を組み合わせたものであ
り、Ｅｒファイバ３の信号光入射側に合分波器２０で信
号光にポンプ光加えると共に、Ｅｒファイバ３の信号光
出射側に合分波器２１で信号光にポンプ光加える構成と
し、Ｅｒファイバ３内に入射するポンプ光が２倍となる
様にしている。

【０００９】この為、図６の構成は図４及び図５の構成
よりも大きな利得が得られることができる。又、図７の
ように、複数のポンプ光４を合分波器１５により合波し
た光を図４及び図５に示す構成を用いて、Ｅｒドープフ
ァイバ３を励起する技術もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図４乃至図７の原理を
図８を用いて説明する。エルビウムドープファイバ３に
１．４８μｍのポンプ光４を励起すると、エルビウムの
エネルギー準位が、基底状態のエネルギー準位の４Ｉ５
／２　から励起状態の４Ｉ１３／２に上がり準安定状態
となる。

【００１１】ここに、信号光を入射することで、準安定
状態のエネルギーが誘導放出されることで信号光が増幅
される。また、準安定状態に溜まったエネルギーは、上
記の様な信号光による誘導放出の他に自然に、基底状態
のエネルギー順位の４Ｉ５／２　に遷移し自然放出光を
発生すしている。

【００１２】希土類ドープファバ増幅器は、ポンプ光が
大きければ大きいほど準安定状態に溜まるエネルギーが
多いため、大きな利得を得ることができる。従って、出
力光を大きくしても安定な出力を得られ１．４８μｍの
半導体レーザを用いていた。

【００１３】しかし、一つの半導体レーザで１．４８μ
ｍの光を励起するのではまだポンプ光のパワーが足りな
いため、図６のようにエルビウムドープファイバの両端
からポンプ光を入射したり、図７の用に２つのポンプ光
を偏波合成してポンプ用光源として、Ｅｒドープファイ
バに励起する方法が取られている。

【００１４】しかし、１．４８μｍの励起による光増幅
器においては、信号光波長１．５μｍ帯とポンプ光波長
が同じ励起準位にあるため増幅作用は二準位系となって
いる。このため雑音特性が他の０．９８μｍ帯の励起波
長と比べて雑音特性で劣ることが公知である。

【００１５】従って、図６や図７の技術の様に、２つの
１．４８μｍの光源を用いると、Ｓ／Ｎが低下する問題
がある。また、０．９８μｍ帯のレーザは高出力で安定
な動作を可能なレーザがなく、その寿命に問題があり信
頼性に欠ける問題があったため、０．９８μｍ帯のレー
ザを複数用いて増幅を行うことは行えない問題が有った
。

【００１６】以上の様な問題を解決する為、本発明は希
土類ドープファイバ増幅器の利得の向上と、雑音特性を
向上させることを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】希土類元素をドープした
光ファイバに、信号光とポンプ光を合波して入射するこ
とにより、光直接増幅を行う希土類ドープ光ファイバ増
幅器に於いて、ポンプ光は、少なくとも、２種類以上の
異なる波長の光を光合波器により合波した光とする。

【００１８】そして、異なる波長のポンプ光は、該希土
類元素に対して準安定状態が同じで、三準位系の増幅作
用を及ぼす光と、二準位系の増幅作用を及ぼす光の構成
とするとこで、上記目的を達成する。

【００１９】

【作用】上記の構成の原理を希土類元素としてエルビウ
ムを用いた場合を図１を用いて説明する。

【００２０】エルビウムドープファイバ３に１．４８μ
ｍのポンプ光４を励起すると、エルビウムのエネルギー
準位が、基底状態のエネルギー準位の４Ｉ５／２　から
励起状態の４Ｉ１３／２に上がり準安定状態となる。

【００２１】更に、エルビウムドープファイバ３に０．
９８μｍのポンプ光１９を励起すると、エルビウムのエ
ネルギー準位が、基底状態のエネルギー準位の４Ｉ５／
２　から０．９８μｍの励起状態のエネルギー準位４Ｉ
１１／２に上がる。

【００２２】そして、エネルギー準位４Ｉ１１／２に上
がったエネルギーが遷移し、準安定状態のエネルギー順
位である４Ｉ５／２　となる。この準安定状態のエネル
ギー順位に対応するエネルギーの光を信号光として入射
することで、準安定状態のエネルギーが誘導放出される
ことで信号光が増幅される。

【００２３】ここで、三準位系の光増幅は、増幅効率が
良いため、励起パワーが小さくても、高い利得を得るこ
とができるため、励起パワーを小さくし、使用すること
で長寿命化が図れる。

【００２４】即ち、本発明の構成は、二準位系の光増幅
を行う１．４８μｍの増幅と、三準位系の光増幅を行０
．９８μｍの増幅を同時に行うようにしている。よって
、パワーの大きい１．４８μｍのポンプ光とノイズの小
さい０．９８μｍのポンプ光を組み合わせる用いること
により、１．４８μｍのポンプ光を２つ用いるよりは、
低ノイズで、０．９８μｍのポンプ光を２つ用いるより
は高信頼な光増幅器を構成することができる。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を図２及び図３を用いて説明
する。まず、第１の実施例を図２を用いて説明する。

【００２６】図２は後方励起型の実施例を示している。 信号光は、入力端１より入射され、Ｅｒドープファイバ
３に入射される。合分波器１７により、０．９８μｍの
ポンプ光と、１．４８μｍのポンプ光を合波する。

【００２７】この合波した光を合分波器１６によりＥｒ
ドープファイバ３の後方から励起を行う。この励起によ
り、０．９８μｍのポンプ光により三準位系の増幅を行
い、１．４８μｍのポンプ光により二準位系の増幅を行
っている。

【００２８】ここでは、後方励起に付いて述べたが、合
分波器１６をＥｒドープファイバの前方に設け、前方励
起を行っても良い。第２の実施例を図３を用いて説明す
る。

【００２９】図に於いて、信号入力端１からアイソレー
タ６を通ってＥｒドープファイバ３に入射した信号光は
、１．４８μｍの光を出力するポンプ用レーザＬＤ４か
らの光と合分波器２０により合波されＥｒドープファイ
バ３に入射する。

【００３０】Ｅｒドープフアイバ３に入射した１．４８
μｍのポンプ光により励起状態となったＥｒ原子が誘導
放出することにより二準位系の増幅を行う。Ｅｒドープ
フアイバ３の信号光出力側に合分波器２１を設け、後方
から０．９８μｍの光をＥｒファイバ３に入射すること
で、Ｅｒ原子が誘導放出し、３準位系増幅が可能となる
。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、パワーの大きい１．４
８μｍのポンプ光とノイズの小さい０．９８μｍのポン
プ光をを組み合わせる用いることにより、二準位系の増
幅と三準位系の増幅を行えるため、低ノイズで高信頼な
光増幅器を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す図である。

【図２】本発明の第一の実施例を示す図である。

【図３】本発明の第二の実施例を示す図である。

【図４】第１の従来技術を示す図である。

【図５】第２の従来技術を示す図である。

【図６】第３の従来技術を示す図である。

【図７】第４の従来技術を示す図である。

【図８】１．４８μｍの励起におけるエネルギー準位の
図である。

【符号の説明】

３　　　　Ｅｒドープファイバ ６，７　　　　アイソレータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　希土類元素をドープした光ファイバに
   、信号光とポンプ光を合波して入射することにより、光
   直接増幅を行う希土類ドープ光ファイバ増幅器に於いて
   、ポンプ光は、少なくとも、２種類以上の異なる波長の
   光を光合波器により合波した光とし、該異なる波長のポ
   ンプ光は、該希土類元素に対して準安定状態が同じで、
   三準位系の増幅作用を及ぼす光と、二準位系の増幅作用
   を及ぼす光であることを特徴とする希土類ドープ光ファ
   イバ増幅器。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の、希土類元素はエルビ
   ウムで、ポンプ光の波長が０．９８μｍと１．４８μｍ
   であることを特徴とする希土類ドープ光ファイバ増幅器
   。