JPH0496287A

JPH0496287A - 多段光増幅器

Info

Publication number: JPH0496287A
Application number: JP2206705A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sugie; 利彦杉江; Takeshi Ito; 武伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1990-08-06
Publication date: 1992-03-27
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JP2843129B2

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、光信号を、光−電気変換することなく、光の
まま直接増幅するファイバ型光増幅器の構成に関するも
のである。

（従来の技術）Ｅｒ等の希土類元素をドープした光ファイバを増幅用媒
体とし、波長１．４８μｍ　、０．９８μｍ等のレーザ
光を励起光源として、１．５μｍ帯の光信号を増幅する
ファイバ型光増幅器は、光通信用直接増幅器として有望
である。従来、この光増幅器の構成として、■増幅用フ
ァイバ内で、光信号の伝搬方向と励起光のそれとが同一
な「前方向励起構成」、■光信号の伝搬方向に対し、励
起光を増幅用ファイバの光信号出力端から入力端に向け
て、逆方向に励起する「後方向励起構成」が用いられて
いる。

また、さらに高出力化をはかるため、■増幅用ファイバ
を光信号入力端、出力端の双方向から励起して全励起電
力を増大させる「双方向励起構成」が用いられている。

第６図は、これらの構成を説明した図で、第６図（ａ）
は、前方向励起構成、ら）は後方向励起構成、（Ｃ）は
双方向励起構成を示す。第６図において、１は入力光信
号、２はファイバ型増幅器により増幅された増幅光出力
、３はＥｒ等の希土類をドープした増幅用光ファイバ、
４は前方向励起用光源、５は光信号と励起光を合波する
合波用光結合器、６゜７は発振防止用の光アイソレータ
であり、８は後方励起用光源、９は増幅された光信号と
後方励起光を合波する合波用光結合器、１０．１１は発
振防止用の光アイソレータである。光増幅器では、低入
力の光信号に対し、低雑音であること、安定であること
、増幅利得の大きいこと、また飽和光出力が大きいこと
が重要である。

これらの特性を実現するために、従来、第６図に示した
各基本構成において増幅用ファイバの長さを最適化した
り、励起光出力を増大する工夫がされてきた。また光増
幅器の出力側に、さらに光フィルタを接続して、不要な
自然放出光成分を除去し、これによる利得の飽和や雑音
を除去することが行われている。前記の基本構成では、
前方向励起構成より、後方向励起構成、さらに、後方向
励起構成よりも双方向励起構成の方が約２ｄＢ程度高い
飽和出力や増幅利得が得られることが知られている。

しかし、実際には現在の増幅用光ファイバでは、これら
の方法でも、励起用光源の光電力を約１００ｍ１（とじ
た時でさえ、最大光出力は高々＋１５ｄＢｍ程度であっ
た。また、さらに増幅利得や光出力を大きくするには、
増幅用光ファイバを選定することや、励起用光源の光電
力をさらに増大したり、損失な少ない光合波器や光アイ
ソレータを用いることしか手段はなかった。また、前方
向励起構成に比べ後方向励起構成や双方向励起構成では
、安定化のための光アイソレートは原理的に増幅用光フ
ァイバの光信号入射部にしか配置できず、高い後方励起
光が入射し、増幅された光信号が通過する出力部では、
本質的に光結合器等からの反射光を生じることになる。

この反射光は、入力光信号電力が＋１０ｄＢｍ程度と十
分大きい場合は通常問題はないが、小さい場合（１０ｄ
Ｂｍ以下）や増幅用ファイバの利得の中心と光信号周波
数が一致しない場合、自然放出光成分の一部を誘起し、
発振を生じ易くするので、不安定で雑音増加の原因とな
る。このため、特に低入力信号に対し安定な高い光出力
を実現するような高利得・高飽和出力を得る上からは本
質的に大きな欠点となっている。

以上述べたように、第６図に示した基本構成に基づいて
、それぞれの特徴を有効に生かした高出力化光増幅器の
構成は実現されておらず、例えば２０ｄＢｍの低入力光
信号を＋１５ｄＢｍを超えた光信号に安定で低雑音で増
幅するような、低入力光信号から直接安定な高出力信号
に増幅することは不可能だった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、ファイバ型光増幅器における基本構成を組み
合わせ、多段構成とすることにより、低入力信号を安定
で高出力信号に増幅する光増幅器を提供することにある
。

（課題を解決するための手段）本発明の光増幅器は、低入力信号を０〜１０ｄＢｍ程度
まで増幅する初段の増幅部と、それにつづく高出力な光
出力を実現する後段の増幅部等により光増幅器を構成す
る。すなわち初段の増幅は低雑音で高利得な増幅機能を
有する構成とし、次に飽和出力の大きい増幅特性を有す
る構成とすることにより、低入力の光信号を、安定に高
い光出力に増幅する光増幅器を構成する。

本発明は、高出力な光増幅器を構成するにあたり、雑音
、利得、飽和の観点から基本構成を組み合わせ配置する
ことにより、安定な高い光出力を実現するので、従来の
単に基本構成を用いて、増幅用光ファイバを選定し、励
起光源の光電力を増大にする方法とは本質的に大きく異
なる。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成口であって、１は入力
光信号、２は増幅光出力、３は増幅用光ファイバ、４は
前方向励起用光源、５は合波用光結合器、６は光アイソ
レータ、８は後方向励起用光源、９は合波用光結合器、
ＩＬ　１２は光アイソレータ、１３は後方向励起増幅用
光ファイバを示す。

これらのうち、１，３，４．５，６．１２により、前方
向励起による光フアイバ増幅器を構成し、２゜８．　９
．１１．１２．１３により後方向励起による増幅器を構
成する。すなわちこの構成は前方向励起構成と後方向励
起構成を縦続接続した構成であり、光アイソレータ１２
は、前方向励起構成の出力側アイソレータであると同時
に、後方向励起構成の入射側アイソレータでもある。

基本構成における前方向励起構成では、雑音特性を表わ
す雑音指数ＮＦは、ＮＦ＝３〜４ｄＢ程度と後方向励起
構成のＮＦ＝３〜８ｄＢに比べ小さい。さらに、この構
成では、増幅用光ファイバの両端に原理的に光アイソレ
ータを接続することが可能であるので、増幅用光ファイ
バと金波用光結合器や励起用光源等との接続部での残留
反射による発振を抑圧し、容易に安定化を行うことがで
きる。次に後方向励起構成では雑音指数は大きいものの
飽和出力は前方向励起構成に比べ２ｄＢ以上、利得も５
〜１０ｄＢ近く大きくなる（参考文献、例えば０ｐｔｉ
ｃｓＬｅｔｔｅｒ　ｖｏｌ、１４．　Ｎｏ、１９．　ｐ
ｐ、１０６２〜１０６４．１９８９など）。

前述したように、この構成では原理的に高い励起光が入
射し、増幅された高光信号が通過する増幅用光ファイバ
の信号出方部に光アイソレータを接続することは不可能
である。しかし、初段で増幅された高光信号の場合、後
段の増幅用光ファイバの自然放出光成分は十分抑圧され
ているので、反射による不安定な現象は生ぜず、安定に
高出力化を図ることができる。このため、低入力光信号
、例えば−２０ｄＢｍ以下の光信号に対して、＋１５ｄ
Ｂｍ以上の高い増幅光出力を、安定かつ低雑音で得るに
は、初段として前方向励起構成により一たん増幅し、さ
らに後段で飽和出力の大きい後方向励起構成により増幅
することが有効となる。

第２図に実際の測定値を示す。励起用光源としては、波
長１．４８μｍで光出力約１００ｍＷの半導体レーザを
用い、増幅用光ファイバとして通常一般に用いられてい
る約２５ｐｐｍのＥｒをドープした長さ約９８ｍのファ
イバと、Ｅｒのドープ量９６ｐｐｍの長さ１４０ｍのフ
ァイバを用いた。ここでは前者の増幅用光ファイバを前
方向励起構成とし、後者の増幅用ファイバを後方向励起
構成として用いた場合の特性と、本発明の構成による特
性も示した。これから明らかなように、本発明による構
成では入力光信号＋９　ｄＢｍに対し、増幅光出力は＋
１８．７ｄＢｍと明らかに前方向励起構成に比べ約３ｄ
Ｂ、後方向励起構成に比べ約２ｄＢ高出力が得られるこ
とがわかる。

また、この構成では入力光信号が小さいほど前方向励起
構成、後方向励起構成に比べ、大きい増幅光出力が得ら
れることが明らかである。

なお第２図には入力光信号−２０ｄＢｍ以上の場合しか
示さなかったが、さらに低入力光信号についても発振を
せず安定な特性が得られた。

次に、第３図を用いて本発明における増幅光出力の励起
用光源の光電力比依存性を説明する。第３図において、
Ｐｒ、Ｐｂは、それぞれ前方向励起用光源の光電力、後
方向励起用光源の光電力である。これから、全励起用光
源の光電力を一定とした場合（ｐｔ　＋　Ｐｂ　−一定
）では、前方向励起用光源の光電力に比べ、後方向励起
用光源の光電力を大きくした方が、大きい光出力が得ら
れることがわかる。すなわち本発明の構成では全励起電
力が制限される場合は、後方向励起用光源の光電力を前
方向励起のそれよりも大きくした方が、効率良く大きな
増幅光出力を得ることができる。

なお、この構成のうち安定性上問題が生じなければ、光
アイソレータ６を省略することも可能である。

第４図は他の実施例を示した図である。本発明の構成の
簡易化をはかるため、第１図における増幅用光ファイバ
３と光アイソレータ１２を省略し、光ファイバ１３によ
り前方向励起と後方向励起の構成を実現しようとするも
ので、励起用光源の光電力の比を最適化するなどして、
効率良く大きい増幅光出力を得るとともに、光アイソレ
ータ６により接続部の反射光や励起光の影響を抑圧し、
安定な動作を可能とする構成である。この構成は、励起
用光源の光出力比や安定化用アイソレータを用いている
ので、基本構成に述べた単なる双方向励起構成とは異な
る。

第５図は、さらに別の実施例を示した図である。

この構成では、初段に前方向励起構成を採用し、後段に
本発明で提案した構成を採用する構成である。すなわち
安定により増幅光出力を実現するため、第１図で説明し
た原理に基づいて後段で、さらに高利得となる構成とし
たものである。第４図にといて、１４．１７．１９は光
アイソレータ、１５は前方向励起用光源、２１は後方向
励起用光源、１６．２２は合波用光結合器、１８．２０
はそれぞれ前方向、後方向の増幅用光ファイバである。

また、後段として第４図に述べた構成や前段で第１図に
述べた構成等を採用することも可能である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の光増幅器は、低雑音特性
を有する構成を初段に採用し、それに続く後段の飽和出
力の大きい特性を有する構成を縦続に接続して、光増幅
器を構成することで、安定で高い光出力を実現すること
ができる。本発明では、単に光電力に着目すれば、光信
号だけでなく、高い光電力を実現するのにも有効である
。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は前方向励起構成、後方向励起構成および本発明
の構成による光信号の増幅特性の測定結果を示す図、第３図は本発明の構成において、前方向励起用および後
方向励起用光源の光電力と増幅光出力の測定結果を示す
図、第４図は構成の簡易化を図った本発明の他の実施例の構
成図、第５図は後段として第１図の構成を用いて、さらに高出
力化を図った本発明の別の実施例の構成図、第６図は従来の構成例を示す図である。１・・・入力光信号　　　　２・・・増幅光出力３・・
・増幅用光ファイバ　４・・・前方向励起用光源５・・
・合波用光結合器　　６・・・光アイソレータ７・・・
光アイソレータ　　８川後方向励起用光源９・・・合波
用光結合器　　１ｏ・・・光アイソレータ１１・・・光
アイソレータ　　１２・・・光アイソレータ１３・・・
増幅用光ファイバ１５・・・前方向励起用光源１７・・・光アイソレータ１９・・・光レイソレータ２１・・・後方向励起用光源１４・・・光アイソレータ１６・・・合波用光結合器１８・・・増幅用光ファイバ２０・・・増幅用光ファイバ２２・・・合波用光結合器第１図ｒ−−−−−−１「−〜特許

Claims

【特許請求の範囲】１、低雑音の光増幅機能を有する初段の増幅部と、それ
に続く飽和利得の高い機能を有する後段の増幅部とから
なる多段構成としたことを特徴とする光増幅器。２、特許請求の範囲第１項記載の光増幅器において、初
段の増幅部は低雑音な前方向励起構成とし、後段の増幅
部は飽和利得の高い後方向励起構成としたことを特徴と
する光増幅器。３、特許請求の範囲第１項記載の光増幅器において、初
段の増幅用光ファイバとして後段の増幅用光ファイバを
共用し、後段の増幅用光ファイバが前段と後段の増幅機
能を同時に有することを特徴とする光増幅器。