JPH0499080A - 光増幅器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信及び光計測の分野において用いられる
Ｅｒ添加光ファイバを増幅媒質とする光増幅器であり、
温度変動に対する信号光利得を安定化させることを企図
するものに関する。

〔従来の技術〕

Ｅｒ添加光ファイバを用いたファイバ型の光増幅器は、
通信用石英ファイバの伝般損失が最小となる１、５μｍ
帯での光増幅が可能であり、偏波依存性が無く、雑音特
性が優れている等の特徴を有Ｌ、光通信の重要な部品で
ある。

第３図にＥｒ添加光ファイバを用いた光増幅器の構成を
示す。２は励起光を発生する励起光源である半導体レー
ザ（以下、ＬＤと記す。）、３はファイバ型カップラ、
４は光アイソレータ、５はＥｒ添加光ファイバである。

ここで、ＬＤ２は周囲温度の変化による発振波長及び励
起光量の変動を抑えるための温度制御機能を有する。又
、各部品は融着またはコネクタにより接続されている。

以下、動作を説明する。信号光と励起光をファイバ型カ
ップラ３を用いて合波しＥｒ添加光フアイバ５に結合す
る。この際Ｅｒ添加光ファイバ５の発振を防ぐために光
アイソレータ４を挿入する。

Ｅｒ添加光フアイバ５で増幅された信号光は、図示しな
い光学フィルター等で励起光成分及び自然放出光成分を
除去され取り出される。

第７図に、ＬＤ２で発生する励起光量が一定という条件
でのＥｒ添加光フアイバ５の長さしと信号光利得Ｇの関
係を示す。図に示すように信号光利得が最大となる最適
長Ｌｇｏが存在する。従って、従来のファイバ型光増幅
器においては最大利得を得ることを目的とする場合には
、Ｅｒ添加光ファイバの長さは最適長Ｌｇｏに設定され
ていた。

また同図には、励起光量Ｐの変動に対する信号光利得Ｇ
の変化（ΔＧ／ΔＰ）も併せて示す。ファイバ長の増加
にともないΔＧ／ΔＰが増加する。

すなわち、所望の信号光利得を得る場合、Ｅｒ添加光フ
ァイバの長さを最適長Ｌｇｏよりも長い側に設定するよ
りも短い側に設定する方が、励起光量Ｐの変動に対して
安定である。従って、従来の光フアイバ増幅器では、最
適長Ｌｇｏより短いＥｒ添加光ファイバを用いてファイ
バ型光増幅器を構成していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかＬ、この様なファイバ型光増幅器では、Ｅｒ添加光
ファイバの温度依存性のため、信号光利得が大幅に変化
するという欠点があった。第８図にＥｒ添加光ファイバ
の温度依存性の一例を示す。

０．９８μｍ帯及び１．４８μｍ帯ＬＤを励起光源に用
いた。励起光量は、各々ｌＯｍＷ及び１６ｍＷである。

Ｅｒ添加光ファイバの諸元は、コア径２．８５μｍ、カ
ットオフ波長０．８５μｍ、比屈折率差１．２％、Ｅｒ
濃度７９ｐｐｍであり、信号光波長１．５３６μｍであ
る。また、Ｅｒ添加光ファイバのファイバ長は、各々の
最適長Ｌｇ。

である４０ｍ及び１００ｍである。図に示す様に、温度
の上昇と供に信号光利得が単調に減少する。

そこで、光増幅器の信号光利得を温度に対して安定にす
るため、Ｅｒ添加光ファイバの温度を制御する方法とし
て、第９図に示す構成が考えられていた。図中、第３図
と同一の構成要素には同一の符号を付けて表した。６は
恒温漕及びそのコントローラである。第９図（ａ）はＥ
ｒ添加光ファイバのみを温度制御する場合であり、第９
図（ｂ）はファイバ型光増幅器全体を温度制御する場合
である。しかＬ、この様な構成はファイバ型光増幅器の
小型化及び低価格化を困難としていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、その目
的は温度依存性の無いファイバ型光増幅器の小型化及び
価格の低減（ｈを図ることにある。

以上の目的を達成するため、本願発明はＥｒを添加した
石英系単一モード光ファイバをレーザ活性物質とする増
幅媒質と、前記レーザ活性物質を励起するための励起光
を発生する励起光源と、前記励起光と被増幅光を結合し
て前記レーザ活性物質に導く光学系とを有する光増幅器
において、前記Ｅｒを添加した石英系単一モード光ファ
イバのファイバ長をＬ、ある励起光の光強度に対する２
θ℃での信号光利得が最大となるファイバ長をＬｇｏ（
２０℃）とするとき、次式の関係を満足Ｌ、２ＸＬｇｏ
（２０℃）≧　Ｌ　　＞　　Ｌｇｏ（２０℃）かつ信号
光利得の温度係数が±０．０２ｄＢ／℃以内となるよう
に、前記Ｅｒ添加光ファイバのファイバ長が設定されて
いることを特徴とする光増幅器を提供する。

〔作用〕

本願発明では、Ｅｒ添加光ファイバのファイバ長を温度
依存性を低減する値に設定することにより、従来必要で
あった恒温漕等の付加的な設備を用いることなく、温度
変動に対して、安定に信号光利得を維持することを可能
とする。

本願発明者らはファイバ長と信号光利得との関係に検討
を加え、その結果、温度が変動しても信号光利得が一定
であるファイバ長が存在することを初めて明らかにした
ものである。その知見に基づき、本願発明は成されたも
のであり、従来用いられていたファイバ長とは異なるフ
ァイバ長のＥｒ添加光ファイバを用いてファイバ型光増
幅器を構成することにより、若干の信号光利得の減少は
生じるが、その代わりに温度依存性を低減したファイバ
型光増幅器を実現することを可能とする。

以下、図面を用いて説明する。

第１図に入射励起光量を一定とした場合におけるＥｒ添
加光ファイバの各温度（−４０，０，８０℃）毎の信号
光利得とファイバ長の関係を示す。

Ｅｒ添加光ファイバの諸元は、コア径２．８５μｍ、カ
ットオフ波長０．８５μｍ、比屈折率差１゜２％、Ｅｒ
濃度７９ｐｐｍであり、信号光波長は１．５３６．ｃｚ
ｍである。第１図（ａ）は０．９８μｍ帯ＬＤ励起（励
起光量］ＯｍＷ）、第１図（ｂ）は１．４８μｍ帯ＬＤ
励起（励起光量１６ｍ　Ｗ　）の特性である。０．９８
μｍ帯ＬＤ及びｌ。

４８μｍ帯ＬＤ励起は供に、異なる温度で同一の信号光
利得を有するファイバ長（矢印で示す）が存在すること
が分かる。すなわち、温度変動に対して信号光利得が変
化しない点が存在することがわかる。さらに、第２図に
、ファイバ長と信号光利得の温度係数及び２０℃での信
号光利得の関係を示す。最大信号光利得が得られるファ
イバ長しｇｏは０．９８μｍ帯ＬＤ励起が４０ｍ、１．
４８μｍ帯ＬＤ励起カ月００ｍである。さらに、信号光
利得の温度係数が０　（ｄＢ／℃）となる長さは０．９
８μｍ帯ＬＤ励起が５０ｍ、１．４８μｍ帯ＬＤ励起が
１６０ｍであり、Ｌｇｏに比べ各々、１．２５倍及び１
．６倍であった。

上記の様な結果はＥｒ添加光ファイバの諸元（コア径、
カットオフ波長、比屈折率差及びＥｒ添加濃度）に関係
なく観測されており、２０℃での最大信号光利得の得ら
れるファイバ長Ｌｇｏ（２０°Ｃ）に対して信号光利得
の温度係数が０（ｄＢ／℃）となる長さＬｃｏは、Ｌｇ
ｏ（２０℃）よりも長（，２倍のＬｇｏ（２０°Ｃ）よ
りも短い範囲内に存在するといえる。

従って、この範囲において、ファイバ長を適当に設定す
ることにより、温度に対して安定な特性を実現すること
ができる。すなわち、Ｅｒ添加光ファイバのファイバ長
りを、 ２ｘＬｇｏ（２０℃）≧Ｌ＞Ｌｇｏ（２０°Ｃ）とする
ことにより、信号光利得の温度依存性を無くすか、ある
いは温度依存性を低減することができる。実際の使用を
考慮した場合、信号光利得の温度係数が±０．０２ｄＢ
／℃以内であれば、充分温度依存性の無いファイバ型光
増幅器が構成できる。それゆえ、従来構造においてＥｒ
添加光ファイバの温度を安定にするために用いた恒温漕
を必要とせず、ファイバ型光増幅器の小型化及び低価格
化が容易に実現できる。

〔実施例〕

以下に図面を参照し本願発明をより具体的に詳述するが
、以下に開示する実施例は本願発明の単なる例示に過ぎ
ず、本願発明の範囲を何等限定するものではない。

（実施例１） 本実施例では、第３図に示す構成において、Ｅｒ添加光
フアイバ５の長さを５０ｍとした場合を示す。ただＬ、
ＬＤ２は、周囲温度（−１０℃〜６０℃）の変化による
発振波長の変動を０．９８±０．００２μｍに抑えると
共にＥｒ添加光フアイバ５へ入射する励起光量の変動を
１０±０．　１ｍＷに抑えるための温度制御機能を有す
る。使用したファイバ型カップラ３は一１θ℃から６０
℃までの温度依存性は無い。また光アイソレータ４は一
１θ℃から６０℃までの挿入損失の変動が±ｌｄＢの特
性のものを使用した。Ｅｒ添加光ファイバの諸元は、コ
ア径２．８５μｍ、カットオフ波長０．８５μｍ、比屈
折率差１．　２％、Ｅｒ濃度７９ｐｐｍであり、信号光
波長は１．５３６μｍである。本実施例のＥｒ添加光フ
ァイバは第１図（ａ）及び第２図の様な特性を有するた
め、２０℃での最大信号光利得の得られるファイバ長４
０ｍに対して信号光利得の温度係数が０　（ｄＢ／℃）
となる長さは５０ｍである。従ってＥｒ添加光フアイバ
５のファイバ長は５０ｍに設定した。

第４図に作成したファイバ型光増幅器の信号光利得の一
１０℃から６０℃までの温度特性を示す。

信号光利得の温度に対する変動は±ＩｄＢ以内であった
。ただＬ、この信号光利得の変動は光アイソレータ４の
特性に起因するものである。

（実施例２） 実施例１でのＬＤ２を１．４８．ｃｚｍ帯ＬＤに変え、
さらに、Ｅｒ添加光フアイバ５のファイバ長を１６０ｍ
にしてファイバ型光増幅器を構成した。

ただＬ、ＬＤ２からＥｒ添加光ファイバへ入射する励起
光量の変動は１６±Ｏ，１ｍＷに抑えた。

なお、本Ｅｒ添加光ファイバは１．４８μｍ帯ＬＤ励起
で励起光量１６ｍＷの場合、第１図（ｂ）及び第２図の
様な特性を有することより、ファイバ長は上記値とした
。

第５図に作成したファイバ型光増幅器の信号光利得の−
ｌＯ℃から６０℃までの温度特性を示す。

信号光利得の温度に対する変動は±１ｄＢ以内であった
。ただＬ、この信号光利得の変動は実施例１と同様に光
アイソレータ４の特性に起因するものである。

上記実施例１及び２の結果より、Ｅｒ添加光ファイバの
ファイバ長を適当に選択することにより温度依存性の無
いファイバ型光増幅器が実現できることが確認できた。

以上の実施例では、励起光源として０．９８及び１．４
８μｍ帯ＬＤを使用したが、これらに限定するものでは
なく、この他の励起波長帯（０゜５２．０．６４及び０
．８μｍ等）、さらには固体レーザを使用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本願発明はＥｒ添加光ファイバの
ファイバ長を適当に選択することにより、温度依存性の
無いファイバ型光増幅器を構成できる。従って、従来用
いていた恒温漕等を必要とせず、温度依存性の無いファ
イバ型光増幅器が実現でき、ファイバ型光増幅器の小型
化及び低価格化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はファイバ長と信号光利得の関係を示す図、第２
図はファイバ長と温度係数及び２０℃での信号光利得の
関係を示す図、第３図は光増幅器の構成図、第４図は実
施例１の光増幅器の信号光利得と温度との関係を示す図
、第５図は実施例２の光増幅器の信号光利得と温度との
関係を示す図、第６図はファイバ長と信号光利得及び励
起光量の変動に対する信号光利得の変化との関係を示す
図、第７図は従来用いられていたＥｒ添加光ファイバの
温度依存性、第８図は従来の他の例を説明する図である
。 ２・・・半導体レーザ（ＬＤ）、 ３・・・ファイバ型カップラ、４・・・光アイソレータ
、５・・・Ｅｒ添加光ファイバ、 ６・・・恒温漕及びそのコントローラ。 第２ 図 ファイバ長（ｍ） ａ　）　０．９８μｍ帯ＬＤ励起 ファイバ長（ｍ） 飼１ 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｅｒを添加した石英系単一モード光ファイバをレーザ活
   性物質とする増幅媒質と、前記レーザ活性物質を励起す
   るための励起光を発生する励起光源と、前記励起光と被
   増幅光を結合して前記レーザ活性物質に導く光学系とを
   有する光増幅器において、 前記Ｅｒを添加した石英系単一モード光ファイバのファ
   イバ長をＬ、ある励起光の光強度に対する２０℃での信
   号光利得が最大となるファイバ長をＬｇｏ（２０℃）と
   するとき、次式の関係を満足し、 ２×Ｌｇｏ（２０℃）≧Ｌ＞Ｌｇｏ（２０℃）かつ信号
   光利得の温度係数が±０．０２ｄＢ／℃以内となるよう
   に、前記Ｅｒ添加光ファイバのファイバ長が設定されて
   いることを特徴とする光増幅器。