JPH0486728A

JPH0486728A - エルビウムドープ光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JPH0486728A
Application number: JP2201440A
Authority: JP
Inventors: Keiko Takeda; 恵子武田; Shinya Inagaki; 真也稲垣; Kenji Tagawa; 憲治田川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-19
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JP2834867B2

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】概要光信号を電気信号に変換することなく直接光領域のみで
光信号の増幅を行うエルビウム（Ｅｒ）ドープ光ファイ
バ増幅器に関し、Ｅｒドープ光ファイバ内で発生する自然放出光を減少さ
せ、自然放出光が信号光に与える悪影響を無くすことに
よって、適正な信号光を得ることができるエルビウムド
ープ光ファイバ増幅器を目的とし、Ｅｒをドープした光ファイバに信号光とポンピング光と
を入射することにより、信号光を直接増幅するエルビウ
ムドープ光ファイバ増幅器において、前記光ファイバ（
１０）内で発生する自然放出光の内、前記信号光の増幅
に影響を与える波長の光を分波して除去する分波手段を
具備して構成する。

産業上の利用分野本発明は光信号を電気信号に変換することなく直接光領
域のみで光信号の増幅を行うエルビウム（Ｅｒ）　　ド
ープ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て
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、■希土類光１（Ｅｒ。

Ｎｂ、Ｙｂ等）をドープした光ファイバとポンピング光
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ニアン増幅器
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）とポンピング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て
いる。

従来の技術第６図にＥｒ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にポンピン
グ光（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後方励起法によるエルビ
ウムドープ光ファイバ増幅器の例を第７図に示し、その
説明を行う。

１０はＥｒをドープしたＥｒドープ光ファイバであり、
Ｅｒドープ光ファイバ１ｏには信号光入力端１１から光
アイソレータ１２を介して信号光が入射されるとともに
、ボンピング光源（励起光源）１３から出射されたポン
ピング光（励起光）が光アイソレータ１４及び合分波器
１５を介して入射される。ポンピング光の光パワーを十
分大きくすることにより、Ｅｒドープ光ファイバ１０中
のＥｒ原子を高いエネルギー準位に励起することができ
、信号光の入射により同一波長の光が誘導放出され、増
幅された信号光が合分波器１５及び光アイソレータ１６
を介して信号光出射端１７から出射される。

次に、前方励起法によるエルビウムドープ光ファイバ増
幅器の例を第８図に示し、その説明を行う。なお、第８
図において第７図の各部に対応する部分には同一の符号
が付しである。

信号光入力端１１からの信号光とポンピング光源１３か
らのポンピング光とが合分波器１５及びアイソレータ１
８を介してＥｒドープ光ファイバ１０に入射され、Ｅｒ
ドープ光ファイバ１０中で励起状態となったＥｒ原子が
誘導放出することによって、信号光がＥｒドープ光ファ
イバ１０内を伝搬するうちに増幅され、アイソレータ１
９を介して信号光出射端１７から出射される。

発明が解決しようとする課題Ｅｒドープ光ファイバ１０による光増幅作用を、第９図
のエネルギー準位図を参照して説明する。

Ｅｒ原子は、波長０．９８μｍ又は１．４８μｍのポン
ピング光のエネルギーで基底準位（’Ｌｓ７□）から励
起準位に上がり、励起準位内で遷移し、１．５５μｍ帯
準位ζ４’１１３／□）に落ちる。このとき信号光とし
て１．５３６μｍの光を入射すると、矢印Ａで示すよう
に１．５５μｍ帯準位ζ４１１３／２）にとどまってい
たＥｒ原子の誘導放出が起こり、信号光が増幅される。

この時、１．５５μｍ帯準位ζ４’Ｉ＋３７゜）の広が
りのため矢印Ｂで示すように１．５３〜１．５７μｍの
自然放出光も同時に発生する。しかし、このＥｒドープ
光ファイバ１０内で発生した自然放出光は、信号光の増
幅と同様にＥｒドープ光ファイバ１０内でポンピング光
のエネルギーによって増幅されるために、信号光の増幅
作用に悪影響を与える。従って、適正な信号光を得るこ
とができない問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、Ｅ
ｒドープ光ファイバ内で発生する自然放出光を減少させ
、自然放出光が信号光に与える悪影響を無くすことによ
って、適正な信号光を得ることができるエルビウムドー
プ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Ｅｒをドープした光ファイバに信号光とポンピング光と
を入射することにより、信号光を直接増幅するエルビウ
ムドープ光ファイバ増幅器において、前記光ファイバ内
で発生する自然放出光の内、前記信号光の増幅に影響を
与える波長の光を分波して除去する分波手段を具備して
構成する。

また、他の構成手段として、前記光ファイバを、前記信
号光の曲げ損失が微小であって、該信号光に関与する自
然放出光の曲げ損失が大きくなるように曲げ半径を設定
してコイル状に巻いて構成する。

更に、その他の構成手段として、前記光ファイバのコア
全体にＥｒをドーピングすると共に、該コアの中心部に
アルミニュウムをドーピングして構成してもよい。

作　　　用上述した本発明によれば、分波手段によって、増幅器に
入射される信号光の増幅に影響を与える波長の自然放出
光が分波されて除去されるので、信号光が適正に増幅さ
れて出力される。

また、信号光の曲げ損失が微小であって、該信号光に関
与する自然放出光の曲げ損失が大きくなるように曲げ半
径を設定してコイル状に巻かれた光ファイバを増幅器に
適用した場合は、信号光に関与する自然放出光がコイル
によって除去されるので、信号光が適正に増幅されて出
力される。

更に、光ファイバのコア全体にＥｒがドーピングされる
と共に、該コアの中心部にアルミニュウムがドーピング
された光ファイバを増幅器に適用した場合は、コアの中
心部にドーピングされたアルミニニウムによって、信号
光に影響を与える波長の蛍光が減少し、更に、コア全体
に広範囲にドーピングされたＥｒによって、ポンピング
光のしきい値以下のＥｒ分布が増幅に関与せず信号光と
同じ波長付近の吸収損失の増加に作用するようになる。

このため、信号光に影響を与える波長の自然放出光が小
さくなる。つまり、信号光に影響を与える波長の自然放
出光を小さくすることができると共に、この自然放出光
の増幅に使われているポンピング光のエネルギーを信号
光の増幅に用いることが可能となり、信号光の増幅率が
向上する。

実　　施　　例以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例の後方励起法によるエル
ビウムドープ光ファイバ増幅器を説明するための図であ
る。この図において、第７図に示す従来例の各部に対応
する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

この第１の実施例が、第７図に示す従来例と異なる点は
、第１図に示すように、２つのＥｒドープ光ファイバ１
０ａ、１０ｂを設け、それらＥｒドープ光ファイバ１０
ａ、１０ｂ間に、分波器２０を介装したことである。分
波器２０は、信号光入力端１１に入射される信号光より
も長波長側の自然放出光（１，５５μｍ以上の光）を分
岐して放出するものである。

即ち、このような構成によれば、ボンピング光源１３か
ら出射されたポンピング光は、光アイソレータ１４及び
合分波器１５を介してＥｒドープ光ファイバ１０ａ１分
波器２０、Ｅｒドープ光ファイバ１０ｂと伝搬する。一
方、信号光は信号光入力端１１に入射され、光アイソレ
ータ１２を介してＥｒドープ光ファイバ１０ｂに入射さ
れ、ここでポンピング光のパワーにより増幅される。こ
の時、従来例で説明したように自然放出光も発生するが
、次段の分波器２０によって、その自然放出光の信号光
よりも長波長側の１．５５μｍ以上の光は分岐されて放
出される。そして、分波器２０から出力された信号光は
、Ｅｒドープ光ファイバ１０ａ内で、更に増幅され、合
分波器１５及び光アイソレータ１６を介して信号光出射
端１７から出射される。また、Ｅｒドープ光ファイバ１
０ａ内で発生した自然放出光においても、前記同様、そ
の１．５５μｍ以上の光が、分波器２０によって分岐さ
れて放出されるので、Ｅｒドープ光ファイバ１０ｂに入
射されることはない。

従って、各Ｅｒドープ光ファイバ１０ａ、１０ｂ内で発
生した自然放出光の１．５５μｍ以上の光が、分波器２
０によって除かれるので、信号光の増幅作用に悪影響を
与えることが無くなり、適正な信号光を得ることができ
る。しかも、自然放出光の増幅に使われていたポンピン
グ光のエネルギーを信号光の増幅に移すことが可能とな
るので信号光の増幅率の向上を図ることができる。

また、この例では分波器２０を１個だけ用いたが複数個
用いることも可能である。

次に、本発明の第２の実施例の前方励起法によるエルビ
ウムドープ光ファイバ増幅器を、第２図を参照して説明
する。なお、この第２図において、第８図に示す従来例
の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明
を省略する。

この第２の実施例が、第８図に示す従来例と異なる点は
、第２図に示すように、２つのＥｒドープ光ファイバ１
０ａ、１０ｂを設け、それらＥｒドープ光ファイバ１０
ａ、１０ｂ間に、分波器２０を介装したことである。分
波器２０は、信号光入力端１１に入射される信号光より
も長波長側の自然放出光（１，５５μｍ以上の光）を分
岐して放出するものである。

即ち、このような構成によれば、ポンピング光源１３か
ら出射されたポンピング光は、合分波器１５を介してＥ
ｒドープ光ファイバ１０ａ１分波器２０、Ｅｒドープ光
ファイバ１０ｂと伝搬する。

一方、信号光入力端１１に入射された信号光は、合分波
器１５を介してＥｒドープ光ファイバ１０ａに入射され
、ここでポンピング光のパワーにより増幅される。この
時、第１実施例でも説明したように自然放出光も発生す
る。この自然放出光は、次段の分波器２０によって、そ
の信号光よりも長波長側の１．５５μｍ以上の光が除去
される。そして、分波器２０からは信号光のみが出力さ
れ、Ｅｒドープ光ファイバ１０ｂで、更に増幅され、光
アイソレータ１９を介して信号光出射端１７から出射さ
れる。また、Ｅｒドープ光ファイバ１０ｂ内で発生した
自然放出光においても、前８己同様、その１．５５μｍ
以上の光は、分波器２０によって分岐されて除去される
ので、Ｅｒドープ光ファイバ１０ａに入射されることは
ない。

従って、この第２実施例においても第１実施例同様、適
正な信号光を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施例の後方励起法によるエルビ
ウムドープ光ファイバ増幅器を、第３図を参照して説明
する。なお、この第３図において、第１図に示す第１実
施例の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その
説明を省略する。

この第３実施例が第１実施例と異なる点は、第３図に示
すように、光アイソレータ１２と合分波器１５との間に
、コイル状Ｅｒドープ光ファイバ２１を介装したことで
ある。このコイル状Ｅｒドープ光ファイバ２１は、波長
１．５３６μｍの信号光の曲げ損失が微小であってＥｒ
ドープ光ファイバ２１内で発生する信号光よりも長波長
側の自然放出光（１，５５μｍ以上の光）における曲げ
損失が大きくなるように、曲げ半径を設定してコイル状
に巻いたものである。この曲げ半径は、例えば半径２０
ｍｍ程度とする。これは、第４図の曲げ半径ＲとＥｒド
ープ光ファイバ２１の利得との関係図に示すように、波
長１．５５μｍ以上の自然放出光を除去し、かつ波長１
．５３６μｍの信号光を増幅するＥｒドープ光ファイバ
２１の利得が、曲げ半径Ｒ＝２９ｍｍ±３ｍｍ程度が最
も良いことから定めたものである。なお、第４図から分
かるように、曲げ半径Ｒ＝１３ｍｍ以下では利得が減少
する。

即ち、このような構成によれば、ポンピング光源１３か
ら出射されたポンピング光は、光アイソレータ１４及び
合分波器１５を介してコイル状Ｅｒドープ光ファイバ２
１へ伝搬される。一方、信号光は信号光入力端１１に入
射され、光アイソレータ１２を介してコイル状Ｅｒドー
プ光ファイバ２１に入射され、ここでポンピング光のパ
ワーにより増幅される。この時発生する波長１．５５μ
ｍ以上の自然放出光は、曲げ損失が大きいためにファイ
バ２１内を伝搬せずに除去される。更に、コイル状Ｅｒ
ドープ光ファイバ２１内を増幅されながら伝搬した信号
光は、合分波器１５及び光アイソレータ１６を介して信
号光出射端１７から出射される。

従って、この第３実施例によれば、コイル状Ｅｒドープ
光ファイバ２１によって、波長１．５５μｍ以上の自然
放出光が除去され、かつ波長１゜５３６μｍの信号光が
増幅されるので、第１実施例と同様な効果を得ることが
できる。

また、この第３実施例は、後方励起法によるエルビウム
ドープ光ファイバ増幅器にコイル状Ｅｒドープ光ファイ
バ２１を用いた場合であるが、第２図に示す前方励起法
によるエルビウムドープ光ファイバ増幅器の合分波器１
５と光アイソレータ１９との間に、コイル状Ｅｒドープ
光ファイバ２１を介装して用いても同様の効果がある。

次に、本発明の第４の実施例を説胡する。

この第４実施例は、第５図の断面図に示す構造のＥｒド
ープ光ファイバ２２を用いて、エルビラｌ、ドープ光フ
ァイバ増幅器を構成したものである。

第５図に示すＥｒドープ光ファイバ２２は、コア２２ａ
の中心部にアルミニュウム（ＡＩ）をドーピングすると
共に、Ｅｒをコア２２ａ全体に広範囲にドーピングして
形成したものである。

このようなＥｒドープ光ファイバ２２においては、アル
ミニニウムがコア２２ａの中心部にドーピングされるこ
とによって波長１．５３μｍの蛍光が減少し、更に、Ｅ
ｒがコア２２ａ全体に広範囲にドーピングされることに
よって、ポンピング光のしきい値以下のＥｒ分布が増幅
に関与せず波長１．５３６μｍ付近の吸収損失の増加に
作用するようになる。このため、波長１．５３μｍ付近
の自然放出光が小さくなる。

つまり、今までの第３実施例までの説胡においては、波
長１．５３６μｍの信号光を用いたが、この第４実施例
においては、波長１．５３μｍ付近の自然放出光が除去
されることになるので、波長１．５５μｍの信号光を用
いることになる。また、第５図に示すＥｒドープ光ファ
イバ２２は、第７図又は第８図に示すエルビウムドープ
光ファイバ増幅器のＥｒドープ光ファイバ１０の代わり
に用いればよい。

このように第７図又は第８図に示すエルビウムドープ光
ファイバ増幅器にＥｒドープ光ファイバ２２を用いるこ
とによって、波長１．５３μｍ付近の自然放出光を小さ
くすることができると共に、この自然放出光の増幅に使
われているポンピング光のエネルギーを波長１．５５μ
ｍの信号光の増幅に用いることが可能となり、信号光の
増幅率の向上を図ることができる。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、信号光の増幅率の
向上を図ることができると共に、適正な出力信号光を得
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるエルビウムドープ
光ファイバ増幅器を説明するための図、第２図は本発明
の第２の実施例によるエルビウムドープ光ファイバ増幅
器を説明するための図、第３図は本発明の第３の実施例
によるエルビウムドープ光ファイバ増幅器を説明するた
めの図、第４図はＥｒドープ光ファイバの利得とＥｒド
ープ光ファイバの曲げ半径との関係図、第５図は本発明
の第４の実施例によるエルビウムドープ光ファイバ増幅
器に適用されるＥｒドープ光ファイバの構成を示す図、第６図はＥｒドープ光ファイバによる光増幅の原理を示
す図、第７図は従来の後方励起法によるエルビウムドープ光フ
ァイバ増幅器を説明するたｔの図、第８図は従来の前方
励起法によるエルビウムドープ光ファイバ増幅器を説明
するための図、第９図は従来例のエネルギー単位を説明
するたｔの図である。１０・・・Ｅｒドープ光ファイバ、２０・・・分波手段、２１・・・コイル状のＥｒドープ光ファイバ２２ａ・・
・Ｅｒドープ光ファイバのコア。

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｅｒをドープした光ファイバ（１０）に信号光とポ
ンピング光とを入射することにより、信号光を直接増幅
するエルビウムドープ光ファイバ増幅器において、前記光ファイバ（１０）内で発生する自然放出光の内、
前記信号光の増幅に影響を与える波長の光を分波して除
去する分波手段（２０）を具備したことを特徴とするエ
ルビウムドープ光ファイバ増幅器。２、前記分波手段（２０）を信号光の伝搬方向に複数個
具備したことを特徴とする請求項１記載のエルビウムド
ープ光ファイバ増幅器。３、Ｅｒをドープした光ファイバ（１０）に信号光とポ
ンピング光とを入射することにより、信号光を直接増幅
するエルビウムドープ光ファイバ増幅器において、前記光ファイバ（１０）を、前記信号光の曲げ損失が微
小であって、該信号光に関与する自然放出光の曲げ損失
が大きくなるように曲げ半径を設定してコイル状（２１
）に巻いたことを特徴とするエルビウムドープ光ファイ
バ増幅器。４、Ｅｒをドープした光ファイバ（１０）に信号光とポ
ンピング光とを入射することにより、信号光を直接増幅
するエルビウムドープ光ファイバ増幅器において、前記光ファイバ（１０）のコア（２２ａ）全体にＥｒを
ドーピングすると共に、該コア（２２ａ）の中心部にＡ
ｌをドーピングしたことを特徴とするエルビウムドープ
光ファイバ増幅器。