JPH05190945A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JPH05190945A
JPH05190945A JP281492A JP281492A JPH05190945A JP H05190945 A JPH05190945 A JP H05190945A JP 281492 A JP281492 A JP 281492A JP 281492 A JP281492 A JP 281492A JP H05190945 A JPH05190945 A JP H05190945A
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fiber
band
doped
light
coupler
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JP281492A
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Inventor
Masuo Suyama
益夫 寿山
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は少数の励起光源、光部品で構成され、
1.3μm帯と1.5μm帯の両方の信号光を増幅でき
る光増幅器の実現を目的とする。 【構成】入射側及び出射側ファイバ12,14の間に接
続された、PrとYbをドープしたフッ化物ガラスから
形成された第1ドープファイバ16と;前記第1ドープ
ファイバ16と並列に前記入射側及び出射側ファイバ1
2,14の間に接続された、Erをドープした石英ガラ
ス又はフッ化物ガラスから形成された第2ドープファイ
バ18と;波長0.98μmの光を出射する励起光源2
8と;前記励起光源28からの励起光を前記第1ドープ
ファイバ16に結合する合波カプラ30と;前記励起光
源28からの励起光を前記第2ドープファイバ18に結
合する合波カプラ32と;から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に希土類元素をド
ープした光ファイバに信号光と励起光を入射することに
より、信号光を直接増幅する光増幅器に関し、特に1.
3μm帯の信号光と1.5μm帯の信号光を同時に増幅
できる光増幅器に関する。
【0002】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、一定距離ごとに再生中継器を挿入し
ている。再生中継器では、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再変換し、光フ
ァイバ伝送路に再び送り出すという構成をとっている。
【0003】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ため、光信号を直接増幅できる光
増幅器の研究が盛んに進められている。
【0004】現在注目されている光増幅器として、希土
類元素をドープした光ファイバと励起光を組み合わせた
光増幅器が挙げられる。この光増幅器は、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るため、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。
【0005】現在、光通信システムで用いられる波長は
1.3μm帯と1.5μm帯であり、一つの光増幅器で
これら二つの波長域をカバーできれば、波長多重通信の
自由度が拡がるだけでなく、波長変更が容易になり通信
システムの柔軟性が増大し、大きなメリットがある。
【0006】
【従来の技術】1.5μm帯光増幅器としては、石英系
或いはフッ化物系シングルモードファイバにエルビウム
(Er)をドープしたErドープ光ファイバ増幅器で高
い利得が確認されている。Erを石英系ガラスにドープ
した場合LDが実用レベルにあるため1.48μmの励
起波長が現在では実用的であるが、0.98μmの励起
光でもErを励起可能である。また、Erをフッ化物ガ
ラスにドープした場合でも0.98μm帯に吸収バンド
があるため、石英系の場合と同じく0.98μmの励起
光でErを励起可能である。
【0007】最近プラセオジム(Pr)をドープしたフ
ッ化物ガラスシングルモードファイバにより1.3μm
帯で30dB以上の利得が確認された。(Y.Miyajima,
T.Sugawa and Y.Fukasawa, ‘38.2dB amplification at
1.31μm and the possibility of 0.98μm pumping
in Pr3+ -doped fluoride fiber’,Optical Amplifiers
and Their Applications,1991,July,PdP1 )。
【0008】この文献に記載された光増幅器では主に
1.017μmの励起光が使用されているが、イッテル
ビウム(Yb)をPrとともにドープすることにより
0.98μm帯の励起光でPrを励起可能であることが
検討されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】希土類元素を光ファイ
バ中にドープした上述した光増幅器では、1.5μm帯
の信号光又は1.3μm帯の信号光をそれぞれ単独で増
幅している。上述したように、現在光通信システムで用
いられている波長は1.3μm帯と1.5μm帯である
ため、ErとPrを一種類の励起光源で励起できれば、
励起光源の低コスト化が図れ経済的である。
【0010】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、少数の励起光源及
び光部品を使用して1.3μm帯の信号光と1.5μm
帯の信号光をともに増幅することのできる光増幅器を提
供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の側面によ
ると、1.3μm帯と1.5μm帯の2波長の信号光に
対して増幅作用を有する本発明の光増幅器は、入射側フ
ァイバと;出射側ファイバと;前記入射側及び出射側フ
ァイバの間に接続された、プラセオジム(Pr)とイッ
テルビウム(Yb)をドープしたフッ化物ガラスから形
成された第1ドープファイバと;前記第1ドープファイ
バと並列に前記入射側及び出射側ファイバの間に接続さ
れた、エルビウム(Er)をドープした石英ガラス又は
フッ化物ガラスから形成された第2ドープファイバと;
前記入射側ファイバと前記第1及び第2ドープファイバ
の間に介装された1.3μm帯と1.5μm帯の光を分
波する分波カプラと;前記出射側ファイバと前記第1及
び第2ドープファイバの間に介装された1.3μm帯と
1.5μm帯の光を合波する第1合波カプラと;波長
0.98μmの光を出射する励起光源と;前記励起光源
からの励起光を前記第1ドープファイバに結合する第2
合波カプラと;前記励起光源からの励起光を前記第2ド
ープファイバに結合する第3合波カプラと;から構成さ
れる。
【0012】ErドープファイバとPrドープファイバ
を並列に配置した上述した構成に代えて、Erドープフ
ァイバとPrドープファイバを直列配置した構成も採用
可能である。このとき、Erドープファイバは1.5μ
m帯の光を増幅し1.3μm帯の光に対しては透明であ
り、Prドープファイバは1.3μm帯の光を増幅し
1.5μm帯の光を吸収することに注意して、Erドー
プファイバとPrドープファイバは分波カプラを介して
接続し、1.5μm帯の信号光がPrドープファイバを
バイパスするようにする。
【0013】Erドープファイバの場合、Erの他にY
b、Al、P等の元素をドープして増幅波長域又は励起
波長域を多少変化させることも可能である。さらにフッ
化物ガラス基板上にErドープ光導波路とPr及びYb
ドープ光導波路とを形成した導波路型光増幅器でも、
1.3μm帯と1.5μm帯の両方の波長域の信号光を
増幅可能である。
【0014】
【作用】フッ化物ガラスファイバにPrとYbをともに
ドープすることにより、0.98μm帯の励起光でPr
を励起可能であるため、上述した構成を採用することに
より、ErとPrを波長0.98μmの光を出射する励
起光源で励起することが可能となる。
【0015】本発明の光増幅器は少数の励起光源、光部
品で構成されているので、1.3μm/1.5μm波長
多重光通信システムに用いる光増幅器の低消費電力化、
低価格化、高信頼度化が実現できる。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。まず図1を参照すると、本発明の第1実施
例構成図が示されている。12,14は信号伝送路を構
成する入射側シングルモードファイバ、出射側シングル
モードファイバである。入射側ファイバ12と出射側フ
ァイバ14の間には、コア内にプラセオジム(Pr)と
イッテルビウム(Yb)をドープしたフッ化物ガラスか
ら形成されたシングルモードファイバ(以下Prドープ
ファイバという)16と、コア内にエルビウム(Er)
をドープした石英ガラスから形成されたシングルモード
ファイバ(以下Erドープファイバという)18が並列
に接続されている。
【0017】20は波長1.3μm帯の信号光と波長
1.5μm帯の信号光を分波する分波カプラであり、分
波カプラ20を透過した波長1.3μm帯の信号光はシ
ングルモードファイバ22を介してPrドープファイバ
16に導入される。一方、分波カプラ20で分波された
波長1.5μm帯の信号光はシングルモードファイバ2
4を介してErドープファイバ18に導入される。
【0018】Erドープファイバ18を伝搬した波長
1.5μm帯の信号光は合波カプラ26によりPrドー
プファイバ16を伝搬してきた波長1.3μm帯の信号
光と合波され、出射側ファイバ14に出力される。
【0019】28は波長0.98μmの励起光(ポンプ
光)を出射する励起用レーザダイオード(LD)であ
り、本実施例では2個設けられている。一方のLD28
から出射された波長0.98μmの励起光は合波カプラ
30により波長1.3μm帯の信号光と合波されて、P
rドープファイバ16に導入される。他方のLD28か
ら出射された波長0.98μmの励起光は合波カプラ3
2により波長1.5μm帯の信号光と合波され、Erド
ープファイバ18に導入される。
【0020】Prドープファイバ16内では波長0.9
8μmの励起光によりPrが高いエネルギー準位に励起
される。このような状態のところに、波長1.3μm帯
の信号光が伝搬されてくると、信号光と同一波長帯の光
が誘導放出され、信号光が増幅されて合波カプラ26を
介して出射側ファイバ14に出力される。
【0021】一方、Erドープファイバ18に波長0.
98μmの励起光が導入されると、Erは高いエネルギ
ー準位に励起される。このような状態のところに、波長
1.5μm帯の信号光が伝搬してくると、信号光と同一
波長帯の光が誘導放出されて信号光が増幅される。増幅
された波長1.5μm帯の信号光は合波カプラ26を介
して出射側ファイバ14に出力される。
【0022】上述した実施例によれば、波長1.3μm
帯の信号光と1.5μm帯の信号光を同一種類の励起光
源を使用して、それぞれ直接光増幅することができる。
この実施例では励起用LD28が2個必要であるが、励
起用LDは消費電力、信頼度、価格の面から少ない方が
望ましい。
【0023】励起用LDを1個を使用する実施例を図2
に示す。この実施例では、ビームスプリッタ(分岐カプ
ラ)34により波長0.98μmの光を出射する1個の
励起用LD28の励起光を、それぞれ合波カプラ30,
32を介してPrドープファイバ16及びErドープフ
ァイバ18に導入している。他の構成及び作用は上述し
た第1実施例と同様であるので、同一構成部分に同一符
号を付してその説明を省略する。
【0024】次に図3を参照すると、Prドープファイ
バとErドープファイバを直列に接続した前方励起(フ
ォワードポンピング)の実施例が示されている。この実
施例では、Erドープファイバ18がPrドープファイ
バ16の上流側に配置されており、両ドープファイバ1
6,18の間には1.3μm帯の信号光と1.5μm帯
の信号光を分波する分波カプラ20が挿入されている。
【0025】分波カプラ20で分波された波長1.5μ
m帯の信号光はバイパス用シングルモードファイバ38
を伝搬して合波カプラ26により再び波長1.3μm帯
の信号光と合波され、出射側ファイバ14に出力され
る。このように波長1.5μm帯の信号光を分波カプラ
20でバイパスしているのは、Prドープファイバ16
が1.5μm帯の光を吸収するからである。
【0026】然して、励起用LD28から出射された波
長0.98μmの励起光は合波カプラ36により入射側
ファイバ12を伝搬されてきた波長1.3μm帯及び/
又は1.5μm帯の信号光と合波され、Erドープファ
イバ18に信号光とともに導入される。
【0027】Erドープファイバ18では波長1.5μ
m帯の信号光のみが増幅され、増幅された波長1.5μ
m帯の信号光は分波カプラ20により分波されてバイパ
ス用ファイバ38に導入され、Prドープファイバ16
をバイパスする。
【0028】一方、波長1.3μm帯の信号光は分波カ
プラ20を透過してPrドープファイバ16に導入さ
れ、誘導放出により増幅されて合波カプラ26を介して
出射側ファイバ14に出力される。
【0029】分波カプラ20は波長0.98μmの光と
波長1.3μm帯の光を透過し、波長1.5μm帯の光
を反射する特性を有している。このような分波カプラ2
0は、干渉膜型カプラ又はファイバ融着型カプラで実現
できる。
【0030】図4を参照すると、前方励起(フォワード
ポンピング)の他の実施例が示されている。この実施例
においては、Prドープファイバ16がErドープファ
イバ18よりも上流側に配置されている。本実施例の他
の構成は図3に示した第3実施例と同様であるので、同
一構成部分について同一符号を付し、その説明を省略す
る。
【0031】次に図5を参照すると、後方励起(バック
ワードポンピング)の本発明の他の実施例構成図が示さ
れている。この実施例においては、励起用LD28から
出射された波長0.98μmの励起光は合波カプラ30
によりPrドープファイバ16に結合され、信号光と逆
方向に伝搬される。
【0032】Erドープファイバ18はPrドープファ
イバ16よりも上流側に配置されているが、接続順序を
逆にしてもよい。この実施例においても、図3及び図4
に示した実施例と同様に、1.5μm帯の信号光は分波
カプラ20により分波されて、Prドープファイバ16
をバイパスする。
【0033】次に図6を参照すると、本発明を導波路型
光増幅器に適用した実施例が示されている。40はフッ
化物ガラス基板であり、基板40上にErをドープした
シングルモード導波路(以下Er導波路という)42
と、PrとYbをドープしたシングルモード導波路(以
下Prドープ導波路という)44が形成されている。
【0034】基板40上にはさらに、Prドープ導波路
44をバイパスするバイパス用シングルモード導波路4
6と、合波カプラ48と、分波カプラ50と、合波カプ
ラ52が形成されている。
【0035】入射側ファイバ12を伝搬してきた波長
1.3μm帯及び/又は1.5μm帯の信号光は、コリ
メータレンズ54により合波カプラ48に接続されたシ
ングルモード導波路60に結合される。一方、励起用L
D28から出射された波長0.98μmの励起光は、コ
リメータレンズ56により合波カプラ48に接続された
シングルモード導波路62に結合される。
【0036】波長0.98μmの励起光は合波カプラ4
8によりErドープ導波路42に導入され、Erを高い
エネルギー準位に励起する。このような状態のところに
波長1.5μm帯の信号光が伝搬してくると、信号光と
同一波長帯の光が誘導放出されて信号光が増幅される。
【0037】増幅された波長1.5μm帯の信号光は分
波カプラ50によりPrドープ導波路44をバイパスさ
れて、バイパス用シングルモード導波路46に導入さ
れ、導波路46を伝搬した後合波カプラ52によりシン
グルモード導波路64に結合される。
【0038】Erドープ導波路42を伝搬した波長0.
98μmの励起光は分波カプラ50を透過してPrドー
プ導波路44内に導入され、Prを高いエネルギー準位
に励起する。このような状態のところに、Erドープ導
波路42を透過した波長1.3μm帯の信号光が導入さ
れると、信号光と同一波長帯の誘導放出が発生し、波長
1.3μm帯の信号光が増幅される。
【0039】増幅された波長1.3μm帯の信号光は合
波カプラ52、シングルモード導波路64を伝搬して、
コリメータレンズ58により出射側ファイバ14に結合
される。同様に、合波カプラ52によりシングルモード
導波路64に結合された波長1.5μm帯の信号光もコ
リメータレンズ58により出射側ファイバ14に結合さ
れる。
【0040】上述した第6実施例では、Erドープ導波
路42をPrドープ導波路44の上流側に配置している
が、逆の順序で配置するようにしてもよい。さらに、第
6実施例では信号光と励起光が同一方向に伝搬する前方
励起であるが、励起光を信号光と反対方向に伝搬させる
後方励起にも容易に変更可能である。
【0041】上述した各実施例では、Erドープファイ
バに石英ガラスシングルモードファイバを採用した例に
ついて説明したが、フッ化物ガラスシングルモードファ
イバにErをドープするようにしてもよい。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、光通信で一般的に使用
される1.3μm帯と1.5μm帯の増幅を、少数の励
起光源及び光部品から構成される光増幅器でカバーでき
るので、1.3μm/1.5μm波長多重光通信システ
ムに用いる光増幅器の低消費電力化、低価格化、高信頼
度化を実現できるという効果を奏する。
【0043】また、本発明の光増幅器を用いると、1.
3μm帯光通信システムから1.5μm帯光通信システ
ムへのグレードアップも端局のみを交換すればよく、大
幅なコスト削減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例概略構成図である。
【図2】第2実施例概略構成図である。
【図3】第3実施例概略構成図である。
【図4】第4実施例概略構成図である。
【図5】第5実施例概略構成図である。
【図6】第6実施例概略構成図である。
【符号の説明】
12 入射側ファイバ 14 出射側ファイバ 16 Prドープファイバ 18 Erドープファイバ 20 分波カプラ 26,30,32 36 合波カプラ 28 励起用LD 34 ビームスプリッタ 38 バイパス用ファイバ 40 フッ化物ガラス基板 42 Erドープ導波路 44 Prドープ導波路

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射側ファイバ(12)と;出射側ファイバ
    (14)と;前記入射側及び出射側ファイバ(12,14) の間に
    接続された、プラセオジム(Pr)とイッテルビウム
    (Yb)をドープしたフッ化物ガラスから形成された第
    1ドープファイバ(16)と;前記第1ドープファイバ(16)
    と並列に前記入射側及び出射側ファイバ(12,14)の間に
    接続された、エルビウム(Er)をドープした石英ガラ
    ス又はフッ化物ガラスから形成された第2ドープファイ
    バ(18)と;前記入射側ファイバ(12)と前記第1及び第2
    ドープファイバ(16,18) の間に介装された1.3μm帯
    と1.5μm帯の光を分波する分波カプラ(20)と;前記
    出射側ファイバ(14)と前記第1及び第2ドープファイバ
    (16,18) の間に介装された1.3μm帯と1.5μm帯
    の光を合波する第1合波カプラ(26)と;波長0.98μ
    mの光を出射する励起光源(28)と;前記励起光源(28)か
    らの励起光を前記第1ドープファイバ(16)に結合する第
    2合波カプラ(30)と;前記励起光源(28)からの励起光を
    前記第2ドープファイバ(18)に結合する第3合波カプラ
    (32)と;から構成される1.3μm帯と1.5μm帯の
    2波長の信号光に対して増幅作用を有する光増幅器。
  2. 【請求項2】 前記励起光源(28)からの励起光を分岐し
    て前記第2合波カプラ(30)及び第3合波カプラ(32)に導
    入するビームスプリッタ(34)をさらに具備した請求項1
    記載の光増幅器。
  3. 【請求項3】 入射側ファイバ(12)と;出射側ファイバ
    (14)と;前記入射側ファイバ(12)に接続された、Erを
    ドープした石英ガラス又はフッ化物ガラスから形成され
    た第1ドープファイバ(18)と;前記第1ドープファイバ
    (18)と前記出射側ファイバ(14)の間に接続された、Pr
    とYbをドープしたフッ化物ガラスから形成された第2
    ドープファイバ(16)と;前記第2ドープファイバ(16)と
    並列に前記第1ドープファイバ(18)及び出射側ファイバ
    (14)の間に接続された、1.5μm帯の光をバイパスす
    るバイパスファイバ(38)と;前記第1ドープファイバ(1
    8)、第2ドープファイバ(16)及びバイパスファイバ(38)
    との間に介装された1.3μm帯と1.5μm帯の光を
    分波する分波カプラ(20)と;前記出射側ファイバ(14)、
    第2ドープファイバ(16)及びバイパスファイバ(38)との
    間に介装された1.3μm帯と1.5μm帯の光を合波
    する第1合波カプラ(26)と;波長0.98μmの光を出
    射する励起光源(28)と;前記励起光源(28)からの励起光
    を前記第1及び第2ドープファイバ(18,16) に結合する
    第2合波カプラ(36)と;から構成される1.3μm帯と
    1.5μm帯の2波長の信号光に対して増幅作用を有す
    る光増幅器。
  4. 【請求項4】 入射側ファイバ(12)と;出射側ファイバ
    (14)と;前記入射側ファイバ(12)に接続された、Prと
    Ybをドープしたフッ化物ガラスから形成された第1ド
    ープファイバ(16)と;前記第1ドープファイバ(16)と前
    記出射側ファイバ(14)との間に接続された、Erをドー
    プした石英ガラス又はフッ化物ガラスから形成された第
    2ドープファイバ(18)と;前記第1ドープファイバ(16)
    と並列に前記入射側ファイバ(12)と第2ドープファイバ
    (18)との間に接続された、1.5μm帯の光をバイパス
    するバイパスファイバ(38)と;前記入射側ファイバ(1
    2)、第1ドープファイバ(16)及びバイパスファイバ(38)
    との間に介装された1.3μm帯と1.5μm帯の光を
    分波する分波カプラ(20)と;前記第1ドープファイバ(1
    6)、第2ドープファイバ(18)及びバイパスファイバ(38)
    との間に介装された1.3μm帯と1.5μm帯の光を
    合波する第1合波カプラ(26)と;波長0.98μmの光
    を出射する励起光源(28)と;前記励起光源(28)からの励
    起光を前記第1及び第2ドープファイバ(16,18) に結合
    する第2合波カプラ(30)と;から構成される1.3μm
    帯と1.5μm帯の2波長の信号光に対して増幅作用を
    有する光増幅器。
  5. 【請求項5】 前記第2合波カプラ(30)は前記第1ドー
    プファイバ(18 又は16) の上流側に配置されている請求
    項3又は4記載の光増幅器。
  6. 【請求項6】 前記第2合波カプラ(30)は前記第2ドー
    プファイバ(16 又は18) の下流側に配置されている請求
    項3又は4記載の光増幅器。
  7. 【請求項7】 フッ化物ガラス基板(40)と;該フッ化物
    ガラス基板(40)上に形成されたErをドープした第1導
    波路(42)と;前記第1導波路(42)に接続されて前記ガラ
    ス基板(40)上に形成された、PrとYbをドープした第
    2ドープ導波路(44)と;前記第2ドープ導波路(44)と並
    列に前記ガラス基板(40)上に形成された、1.5μm帯
    の光をバイパスするバイパス導波路(46)と;1.3μm
    帯と1.5μm帯の光を分波して、1.3μm帯の光を
    前記第2導波路(44)に導入し1.5μm帯の光を前記バ
    イパス導波路(46)に導入する分波カプラ(50)と;前記第
    2導波路(44)を伝搬する1.3μm帯の光と前記バイパ
    ス導波路(46)を伝搬する1.5μm帯の光を合波する第
    1合波カプラ(52)と;波長0.98μmの光を出射する
    励起光源(28)と;前記励起光源(28)からの励起光を前記
    第1及び第2ドープ導波路(42,44) に結合する第2合波
    カプラ(48)と;から構成される1.3μm帯と1.5μ
    m帯の2波長の信号光に対して増幅作用を有する光増幅
    器。
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