JPH06291392A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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- JPH06291392A JPH06291392A JP5079706A JP7970693A JPH06291392A JP H06291392 A JPH06291392 A JP H06291392A JP 5079706 A JP5079706 A JP 5079706A JP 7970693 A JP7970693 A JP 7970693A JP H06291392 A JPH06291392 A JP H06291392A
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- optical fiber
- edf
- light
- polarization
- signal light
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 利得・雑音特性が良好で経済性に優れた光フ
ァイバ増幅器を提供する。 【構成】 希土類元素をドープした希土類ドープ光ファ
イバ２６，２７，２８，２９に、励起光源２２，２３か
らの励起光を入射すると共に信号光Ｌｓを入射し、信号
光Ｌｓを直接増幅する光ファイバ増幅器において、希土
類ドープ光ファイバ２６、２７、２８、２９が、信号光
Ｌｓの波長帯で単一偏波動作する希土類ドープ偏波面保
存光ファイバであることを特徴としている。
ァイバ増幅器を提供する。 【構成】 希土類元素をドープした希土類ドープ光ファ
イバ２６，２７，２８，２９に、励起光源２２，２３か
らの励起光を入射すると共に信号光Ｌｓを入射し、信号
光Ｌｓを直接増幅する光ファイバ増幅器において、希土
類ドープ光ファイバ２６、２７、２８、２９が、信号光
Ｌｓの波長帯で単一偏波動作する希土類ドープ偏波面保
存光ファイバであることを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ増幅器に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】エルビウム（Ｅｒ3+）ドープ光ファイバ
増幅器（以下ＥＤＦＡという）は、１．５５μｍ帯で３
０ｄＢ以上の高利得、１００ｍＷ近い高出力が得られ、
量子限界の雑音指数（Noise Figure、以下ＮＦという）
である３ｄＢに近い低雑音が実現可能な増幅器である。
このＥＤＦＡは中継増幅器、ブースタ増幅器及び前置増
幅器としての応用が期待されている。
増幅器（以下ＥＤＦＡという）は、１．５５μｍ帯で３
０ｄＢ以上の高利得、１００ｍＷ近い高出力が得られ、
量子限界の雑音指数（Noise Figure、以下ＮＦという）
である３ｄＢに近い低雑音が実現可能な増幅器である。
このＥＤＦＡは中継増幅器、ブースタ増幅器及び前置増
幅器としての応用が期待されている。
【０００３】図６は従来のＥＤＦＡの概略図である。
【０００４】同図において、１は１．４８μｍ帯（或い
は０．９８μｍ帯）の励起光Ｌｅとしてのレーザ光を発
生する励起用半導体レーザであり、２は信号光Ｌｓが入
力される信号入力端子である。３は信号光Ｌｓと励起光
Ｌｅとを合波する光合分波カプラ（以下ＷＤＭカプラと
いう）であり、４ａ、４ｂは光を一方向へ透過させる光
アイソレータであり、５はエルビウムがドープされたエ
ルビウムドープ光ファイバ（以下ＥＤＦという）であ
る。６は光学フィルタであり、７は増幅された信号光Ｌ
ｓを出力するための信号出力端子である。
は０．９８μｍ帯）の励起光Ｌｅとしてのレーザ光を発
生する励起用半導体レーザであり、２は信号光Ｌｓが入
力される信号入力端子である。３は信号光Ｌｓと励起光
Ｌｅとを合波する光合分波カプラ（以下ＷＤＭカプラと
いう）であり、４ａ、４ｂは光を一方向へ透過させる光
アイソレータであり、５はエルビウムがドープされたエ
ルビウムドープ光ファイバ（以下ＥＤＦという）であ
る。６は光学フィルタであり、７は増幅された信号光Ｌ
ｓを出力するための信号出力端子である。
【０００５】このＥＤＦＡは、波長１．５５μｍ帯の信
号光Ｌｓが信号入力端子に入力されると、信号光Ｌｓが
ＷＤＭ３で励起光Ｌｅと合波され、ＥＤＦ５で光増幅さ
れ、光学フィルタ６で励起光成分及び増幅された自然放
出光成分（Amplified Spontaneous Emission, 以下ＡＳ
Ｅという）が除去された後信号出力端子７から出力され
る。尚、光アイソレータ４ａ、４ｂはＥＤＦ５が発振す
るのを防止するためのものである。尚、このＥＤＦＡは
励起用半導体レーザ１がＥＤＦ５の前方（入力側）に配
置されているため前方向励起型ＥＤＦＡと呼ばれてい
る。
号光Ｌｓが信号入力端子に入力されると、信号光Ｌｓが
ＷＤＭ３で励起光Ｌｅと合波され、ＥＤＦ５で光増幅さ
れ、光学フィルタ６で励起光成分及び増幅された自然放
出光成分（Amplified Spontaneous Emission, 以下ＡＳ
Ｅという）が除去された後信号出力端子７から出力され
る。尚、光アイソレータ４ａ、４ｂはＥＤＦ５が発振す
るのを防止するためのものである。尚、このＥＤＦＡは
励起用半導体レーザ１がＥＤＦ５の前方（入力側）に配
置されているため前方向励起型ＥＤＦＡと呼ばれてい
る。
【０００６】図７は従来の他のＥＤＦＡの概略図であ
る。
る。
【０００７】図６に示したＥＤＦＡとの相違点は、励起
用半導体レーザ１がＥＤＦ５の後方（出力側）に配置さ
れ、ＥＤＦ５に後方から励起光Ｌｅを供給している点で
ある（後方向励起型ＥＤＦＡ）。
用半導体レーザ１がＥＤＦ５の後方（出力側）に配置さ
れ、ＥＤＦ５に後方から励起光Ｌｅを供給している点で
ある（後方向励起型ＥＤＦＡ）。
【０００８】この後方向励起型ＥＤＦＡも前述の前方向
励起型ＥＤＦＡと同様に、信号光Ｌｓが入力端子２に入
力されると、信号光Ｌｓと励起光ＬｅとがＷＤＭ３で合
波し、ＥＤＦ５で光増幅された後信号出力端子７から出
力するようになっている。
励起型ＥＤＦＡと同様に、信号光Ｌｓが入力端子２に入
力されると、信号光Ｌｓと励起光ＬｅとがＷＤＭ３で合
波し、ＥＤＦ５で光増幅された後信号出力端子７から出
力するようになっている。
【０００９】図８は従来の他のＥＤＦＡの概略図であ
る。
る。
【００１０】図６に示したＥＤＦＡとの相違点は、励起
用半導体レーザ１ａ、１ｂがＥＤＦ５の前方及び後方に
配置され、ＥＤＦ５内に双方向から励起光Ｌｅを供給す
る点である（双方向励起型ＥＤＦＡ）。
用半導体レーザ１ａ、１ｂがＥＤＦ５の前方及び後方に
配置され、ＥＤＦ５内に双方向から励起光Ｌｅを供給す
る点である（双方向励起型ＥＤＦＡ）。
【００１１】この双方向励起型ＥＤＦＡは、励起用半導
体レーザ１ａからのレーザ光がＷＤＭ３ａ及び光アイソ
レータ４ａを介してＥＤＦ５に供給されると共に、励起
用半導体レーザ１ｂからのレーザ光がＷＤＭ３ｂ及び光
アイソレータ４ｂを介してＥＤＦ５に供給される。信号
光Ｌｓが入力端子２に入力されるとＥＤＦ５で光増幅さ
れた後信号出力端子７から出力するようになっている。
体レーザ１ａからのレーザ光がＷＤＭ３ａ及び光アイソ
レータ４ａを介してＥＤＦ５に供給されると共に、励起
用半導体レーザ１ｂからのレーザ光がＷＤＭ３ｂ及び光
アイソレータ４ｂを介してＥＤＦ５に供給される。信号
光Ｌｓが入力端子２に入力されるとＥＤＦ５で光増幅さ
れた後信号出力端子７から出力するようになっている。
【００１２】図９は従来のさらに他のＥＤＦＡの概略図
である。
である。
【００１３】図６に示したＥＤＦＡとの相違点は、光サ
ーキュレータ８とミラー９とを用いて、ＥＤＦ５内に双
方向から励起光Ｌｅを供給する点である（反射双方向励
起型ＥＤＦＡ）。
ーキュレータ８とミラー９とを用いて、ＥＤＦ５内に双
方向から励起光Ｌｅを供給する点である（反射双方向励
起型ＥＤＦＡ）。
【００１４】このＥＤＦＡは、励起用半導体レーザ１か
らレーザ光が発生すると、ＷＤＭ３を介してＥＤＦ５内
を通過した後ＥＤＦ５の他端に設けられたミラー９で反
射されて再度ＥＤＦ５に入力される。
らレーザ光が発生すると、ＷＤＭ３を介してＥＤＦ５内
を通過した後ＥＤＦ５の他端に設けられたミラー９で反
射されて再度ＥＤＦ５に入力される。
【００１５】一方、入力端子２に入力された信号光Ｌｓ
は光サーキュレータ８の一方の出力端を介してＷＤＭ３
に入力され、ＥＤＦ５内で光増幅された後ミラー９で反
射されて再度ＥＤＦ５内を通過すると共に光増幅され、
光サーキュレータ８の一方の出力端を介して光サーキュ
レータ８の他方の出力端子から信号出力端子７に出力さ
れるようになっている。
は光サーキュレータ８の一方の出力端を介してＷＤＭ３
に入力され、ＥＤＦ５内で光増幅された後ミラー９で反
射されて再度ＥＤＦ５内を通過すると共に光増幅され、
光サーキュレータ８の一方の出力端を介して光サーキュ
レータ８の他方の出力端子から信号出力端子７に出力さ
れるようになっている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ＥＤ
ＦＡの利得・雑音特性の解析が活発に行われている。小
信号領域では信号光Ｌｓと逆方向に伝搬するＡＳＥ（Ａ
ＳＥ−、ＡＳＥマイナスと呼ぶ）が増幅されてＥＤＦ５
の入射端で支配的になり、飽和により反転分布状態を劣
化、つまり入射側での自然放出光係数が劣化し、その結
果ＥＤＦＡ全体のＮＦが劣化する等の知見が得られてい
る（山下真司、大越孝敬、“光ファイバ増幅器の特性解
析”、電子情報通信学会技術研究報告、OCS92-27,199
2)。
ＦＡの利得・雑音特性の解析が活発に行われている。小
信号領域では信号光Ｌｓと逆方向に伝搬するＡＳＥ（Ａ
ＳＥ−、ＡＳＥマイナスと呼ぶ）が増幅されてＥＤＦ５
の入射端で支配的になり、飽和により反転分布状態を劣
化、つまり入射側での自然放出光係数が劣化し、その結
果ＥＤＦＡ全体のＮＦが劣化する等の知見が得られてい
る（山下真司、大越孝敬、“光ファイバ増幅器の特性解
析”、電子情報通信学会技術研究報告、OCS92-27,199
2)。
【００１７】また、従来のＥＤＦＡに使用されている光
アイソレータ４ａ、４ｂは、基本的に二つの偏光子の間
に光非相反点作用を有するファラデー回転素子を挿入し
た構造で、一方向性があり、反射戻り光を遮断する機能
を有する。長波長帯（１．３〜１．５μｍ）の光アイソ
レータ４ａ、４ｂには、ファラデー回転素子としてヴェ
ルデ定数が大きなイットリウム・アイアン・ガーネット
（ＹＩＧ）の結晶が、また偏光子として一般に水晶・方
解石等のバルク型偏光子が用いられている。
アイソレータ４ａ、４ｂは、基本的に二つの偏光子の間
に光非相反点作用を有するファラデー回転素子を挿入し
た構造で、一方向性があり、反射戻り光を遮断する機能
を有する。長波長帯（１．３〜１．５μｍ）の光アイソ
レータ４ａ、４ｂには、ファラデー回転素子としてヴェ
ルデ定数が大きなイットリウム・アイアン・ガーネット
（ＹＩＧ）の結晶が、また偏光子として一般に水晶・方
解石等のバルク型偏光子が用いられている。
【００１８】ところが、ＹＩＧやバルク型偏光子はそれ
自体高価であり、さらに光ファイバとＹＩＧやバルク型
偏光子を光結合するためにレンズを用いた高度な光軸合
わせ技術が必要となるため、光アイソレータ４ａ、４ｂ
の価格も高価となっている。また、バルク型偏光子は耐
環境性に劣り、固定法等に問題が残る。従って、ＥＤＦ
Ａにおいて低価格化及び高信頼性化を図るには、使用す
る光アイソレータ４ａ、４ｂの個数が限られてしまう。
自体高価であり、さらに光ファイバとＹＩＧやバルク型
偏光子を光結合するためにレンズを用いた高度な光軸合
わせ技術が必要となるため、光アイソレータ４ａ、４ｂ
の価格も高価となっている。また、バルク型偏光子は耐
環境性に劣り、固定法等に問題が残る。従って、ＥＤＦ
Ａにおいて低価格化及び高信頼性化を図るには、使用す
る光アイソレータ４ａ、４ｂの個数が限られてしまう。
【００１９】また、従来のバルク型偏光子を用いた光ア
イソレータ４ａ、４ｂは、ＥＤＦＡの励起光Ｌｅとなる
波長１．４８μｍ帯の光に対しても反射戻り光を遮断す
る機能を有しているので、後方励起型ＥＤＦＡや双方向
励起型ＥＤＦＡのＥＤＦの途中に光アイソレータ４ａ、
４ｂを挿入した場合には信号光Ｌｓと逆方向に伝搬する
励起光Ｌｅは光アイソレータ４ａ、４ｂを通過する際に
大きな損失となる。従ってＥＤＦ５の途中に光アイソレ
ータ４ａ、４ｂを挿入するという方法は前方向励起型Ｅ
ＤＦＡにしか適用することができない。
イソレータ４ａ、４ｂは、ＥＤＦＡの励起光Ｌｅとなる
波長１．４８μｍ帯の光に対しても反射戻り光を遮断す
る機能を有しているので、後方励起型ＥＤＦＡや双方向
励起型ＥＤＦＡのＥＤＦの途中に光アイソレータ４ａ、
４ｂを挿入した場合には信号光Ｌｓと逆方向に伝搬する
励起光Ｌｅは光アイソレータ４ａ、４ｂを通過する際に
大きな損失となる。従ってＥＤＦ５の途中に光アイソレ
ータ４ａ、４ｂを挿入するという方法は前方向励起型Ｅ
ＤＦＡにしか適用することができない。
【００２０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、利得・雑音特性が良好で経済性に優れた光ファイバ
増幅器を提供することにある。
し、利得・雑音特性が良好で経済性に優れた光ファイバ
増幅器を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、希土類元素をドープした希土類ドープ光フ
ァイバに、励起光源からの励起光を入射すると共に信号
光を入射し、信号光を直接増幅する光ファイバ増幅器に
おいて、希土類ドープ光ファイバが、信号光の波長帯で
単一偏波動作する希土類ドープ偏波面保存光ファイバで
あるものである。
に本発明は、希土類元素をドープした希土類ドープ光フ
ァイバに、励起光源からの励起光を入射すると共に信号
光を入射し、信号光を直接増幅する光ファイバ増幅器に
おいて、希土類ドープ光ファイバが、信号光の波長帯で
単一偏波動作する希土類ドープ偏波面保存光ファイバで
あるものである。
【００２２】
【作用】本発明の光ファイバ増幅器は、光増幅用の希土
類ドープ光ファイバとして、信号光の波長帯域で単一偏
波動作する希土類ドープ光ファイバを用いたことにあ
り、信号光と異なる偏波状態のＡＳＥの伝送損失を高損
失とすることでＡＳＥを抑圧し、それによってＥＤＦＡ
の利得・雑音特性を改善したものである。
類ドープ光ファイバとして、信号光の波長帯域で単一偏
波動作する希土類ドープ光ファイバを用いたことにあ
り、信号光と異なる偏波状態のＡＳＥの伝送損失を高損
失とすることでＡＳＥを抑圧し、それによってＥＤＦＡ
の利得・雑音特性を改善したものである。
【００２３】また、本発明の光ファイバ増幅器は単一偏
波波動動作する希土類ドープ光ファイバの途中にファラ
デー回転素子を挿入したものであり、このファラデー回
転素子と単一偏波動作する希土類ドープ光ファイバによ
り光ファイバ中を伝搬する信号光と同一偏波面の戻り光
を抑圧し、それによってＥＤＦＡの利得・雑音特性を改
善したものである。
波波動動作する希土類ドープ光ファイバの途中にファラ
デー回転素子を挿入したものであり、このファラデー回
転素子と単一偏波動作する希土類ドープ光ファイバによ
り光ファイバ中を伝搬する信号光と同一偏波面の戻り光
を抑圧し、それによってＥＤＦＡの利得・雑音特性を改
善したものである。
【００２４】図２は本発明の作用を説明するため、１．
５５μｍ帯で単一偏波動作するＥＤＦの直交する２つの
偏波モードの損失波長特性を示す図であり、横軸が波長
を示し、縦軸が損失を示している。実線で示す特性曲線
Ｌ1 はＸ偏波を示し、破線で示す特性曲線Ｌ2 はＹ偏波
を示している。
５５μｍ帯で単一偏波動作するＥＤＦの直交する２つの
偏波モードの損失波長特性を示す図であり、横軸が波長
を示し、縦軸が損失を示している。実線で示す特性曲線
Ｌ1 はＸ偏波を示し、破線で示す特性曲線Ｌ2 はＹ偏波
を示している。
【００２５】同図より波長が１．５０μｍ以上になると
Ｙ偏波の光の損失は急激に増大するのに対し、Ｘ偏波の
光の損失は約１．６０μｍ以上になるまでは略「０」で
あるのがわかる。従って１．５５μｍ帯で単一偏波動作
するＥＤＦは１．５０μｍから１．６０μｍまでの波長
範囲を利用して偏光子として機能させることができる。
Ｙ偏波の光の損失は急激に増大するのに対し、Ｘ偏波の
光の損失は約１．６０μｍ以上になるまでは略「０」で
あるのがわかる。従って１．５５μｍ帯で単一偏波動作
するＥＤＦは１．５０μｍから１．６０μｍまでの波長
範囲を利用して偏光子として機能させることができる。
【００２６】図３は本発明の作用を説明するためのＥＤ
Ｆの断面構造を示す図である。
Ｆの断面構造を示す図である。
【００２７】ＥＤＦは４層構造をなす楕円ジャケット型
光ファイバであり、断面が円形のコア１０と、コア１０
の周囲に設けられた断面が円形のクラッド１１と、クラ
ッド１１の周囲に設けられ断面がＸ軸方向に長軸を有す
る楕円形の楕円ジャケット１２と、楕円ジャケット１２
の周囲に設けられたサポート１３とで形成されている。
光ファイバであり、断面が円形のコア１０と、コア１０
の周囲に設けられた断面が円形のクラッド１１と、クラ
ッド１１の周囲に設けられ断面がＸ軸方向に長軸を有す
る楕円形の楕円ジャケット１２と、楕円ジャケット１２
の周囲に設けられたサポート１３とで形成されている。
【００２８】コア１０、クラッド１１、楕円ジャケット
１２及びサポート１３の各ガラス組成は例えば以下のよ
うになっている。
１２及びサポート１３の各ガラス組成は例えば以下のよ
うになっている。
【００２９】コア１０はＥｒ3+−Ａｌ−ＧｅＯ2 −Ｓｉ
Ｏ2 、クラッドはＳｉＯ2 、楕円ジャケットはＰ2 Ｏ5
−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 、サポートはＳｉＯ2 である。モ
ード複屈折率は８×１０-4のＥＤＦを直径８０ｍｍのボ
ビンに３５０ｍ巻いて１．５５μｍ帯で単一偏波波動作
させた。ＥＤＦは、波長１．５３μｍ以上の領域では主
軸（楕円ジャケットの長軸方向）に直交した偏波モード
（Ｙ偏波モード）が大きな損失を受けて減衰するため
に、ＥＤＦ出射時における偏波モードが主軸に平行なＸ
偏波モードとなり、偏光子として機能する。ＥＤＦに入
射する１．５５μｍ帯の信号光の偏波面の向きを主軸と
一致させれば、信号光は低損失で光ファイバを伝搬す
る。しかし、ＥＤＦを伝搬するＡＳＥは偏波面の方向が
ランダムであるから、ＡＳＥのほとんどの成分は大きな
損失を受けて消光される。
Ｏ2 、クラッドはＳｉＯ2 、楕円ジャケットはＰ2 Ｏ5
−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 、サポートはＳｉＯ2 である。モ
ード複屈折率は８×１０-4のＥＤＦを直径８０ｍｍのボ
ビンに３５０ｍ巻いて１．５５μｍ帯で単一偏波波動作
させた。ＥＤＦは、波長１．５３μｍ以上の領域では主
軸（楕円ジャケットの長軸方向）に直交した偏波モード
（Ｙ偏波モード）が大きな損失を受けて減衰するため
に、ＥＤＦ出射時における偏波モードが主軸に平行なＸ
偏波モードとなり、偏光子として機能する。ＥＤＦに入
射する１．５５μｍ帯の信号光の偏波面の向きを主軸と
一致させれば、信号光は低損失で光ファイバを伝搬す
る。しかし、ＥＤＦを伝搬するＡＳＥは偏波面の方向が
ランダムであるから、ＡＳＥのほとんどの成分は大きな
損失を受けて消光される。
【００３０】一方、波長１．４８μｍの励起光に対して
はＥＤＦは単一偏波動作しないので偏波面の方向に係わ
らず低損失である。
はＥＤＦは単一偏波動作しないので偏波面の方向に係わ
らず低損失である。
【００３１】ファラデー回転素子を挟んで対向する２本
の単一偏波動作するＥＤＦの主軸の向きは４５度（ファ
ラデー回転素子による偏光面の回転方向に）回転して固
定される。そしてファラデー回転素子は通過する１．５
５μｍ帯の信号光の偏波面の回転角が４５度となるよう
に、寸法及び磁場の強度を調整する。このようにするこ
とで入力側ＥＤＦの主軸を伝搬してきた１．５５μｍ帯
の光はファラデー回転素子を通過した後、出力側ＥＤＦ
の主軸に損失無く入射される。
の単一偏波動作するＥＤＦの主軸の向きは４５度（ファ
ラデー回転素子による偏光面の回転方向に）回転して固
定される。そしてファラデー回転素子は通過する１．５
５μｍ帯の信号光の偏波面の回転角が４５度となるよう
に、寸法及び磁場の強度を調整する。このようにするこ
とで入力側ＥＤＦの主軸を伝搬してきた１．５５μｍ帯
の光はファラデー回転素子を通過した後、出力側ＥＤＦ
の主軸に損失無く入射される。
【００３２】しかし、信号光と逆方向に出力側ＥＤＦの
主軸を伝搬してきた１．５５μｍ帯の反射戻り光及びＡ
ＳＥはファラデー回転素子を通過した後、入力側ＥＤＦ
の主軸と直交する方向に入射されるため大きな損失を受
けて消光される。
主軸を伝搬してきた１．５５μｍ帯の反射戻り光及びＡ
ＳＥはファラデー回転素子を通過した後、入力側ＥＤＦ
の主軸と直交する方向に入射されるため大きな損失を受
けて消光される。
【００３３】一方、信号光と逆方向に伝搬する波長１．
４８μｍの光は偏波面の向きに係わらず損失は受けない
ため、後方励起型ＥＤＦＡや双方向励起型ＥＤＦＡにも
適用可能である。
４８μｍの光は偏波面の向きに係わらず損失は受けない
ため、後方励起型ＥＤＦＡや双方向励起型ＥＤＦＡにも
適用可能である。
【００３４】単一偏波動作する光ファイバとしては、楕
円ジャケット型或いはパンダ型のような応力付与型、楕
円コアのような非軸対称コア型等の偏波面保存光ファイ
バがある。
円ジャケット型或いはパンダ型のような応力付与型、楕
円コアのような非軸対称コア型等の偏波面保存光ファイ
バがある。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
て詳述する。
【００３６】図１は本発明の光ファイバ増幅器の一実施
例の概略図である。
例の概略図である。
【００３７】同図において２０は信号光Ｌｓを受ける信
号入力端子であり、２１は入力した信号光Ｌｓの光路を
２つに分割する入力側光ビームスプリッタである。２２
は励起光としてのレーザ光Ｌｅａを発生する励起用半導
体レーザであり、２３は励起光としてのレーザ光Ｌｅｂ
を発生する励起用半導体レーザである。２４は入力側光
ビームスプリッタ２１で分割された一方の信号光Ｌｓａ
と励起光Ｌｅａとを合波するＷＤＭカプラであり、２５
は分割された他方の信号光Ｌｓｂと励起光Ｌｅｂとを合
波するＷＤＭカプラである。２６、２７は入力側単一偏
波動作ＥＤＦであり、２８、２９は出力側偏波動作ＥＤ
Ｆである。３０はファラデー効果を利用して入力した光
の偏波面を回転するファラデー回転素子であり、３１は
ファラデー回転素子３０に磁場を与えるための円筒形状
の永久磁石である。３２は２つの光路を通ってきた光を
合波する出力側ビームスプリッタであり、３３は光学フ
ィルタ、３４は増幅された信号光Ｌｓを出力する信号出
力端子である。
号入力端子であり、２１は入力した信号光Ｌｓの光路を
２つに分割する入力側光ビームスプリッタである。２２
は励起光としてのレーザ光Ｌｅａを発生する励起用半導
体レーザであり、２３は励起光としてのレーザ光Ｌｅｂ
を発生する励起用半導体レーザである。２４は入力側光
ビームスプリッタ２１で分割された一方の信号光Ｌｓａ
と励起光Ｌｅａとを合波するＷＤＭカプラであり、２５
は分割された他方の信号光Ｌｓｂと励起光Ｌｅｂとを合
波するＷＤＭカプラである。２６、２７は入力側単一偏
波動作ＥＤＦであり、２８、２９は出力側偏波動作ＥＤ
Ｆである。３０はファラデー効果を利用して入力した光
の偏波面を回転するファラデー回転素子であり、３１は
ファラデー回転素子３０に磁場を与えるための円筒形状
の永久磁石である。３２は２つの光路を通ってきた光を
合波する出力側ビームスプリッタであり、３３は光学フ
ィルタ、３４は増幅された信号光Ｌｓを出力する信号出
力端子である。
【００３８】入力側単一偏波動作ＥＤＦ２６、２７の出
射端２６ａ、２７ａと、出力側単一偏波動作ＥＤＦ２
８、２９の入射端２８ａ、２９ａとはそれぞれファラデ
ー回転素子３０を挟んで主軸の向きが４５度回転するよ
うに固定されている。尚、偏光ビームスプリッタ２１、
２８及びＷＤＭカプラ２４、２５は、バルク型、光導波
路型、光ファイバ型等があるが現状で最も低損失で光フ
ァイバとの結合損失が小さく、しかも戻り光が少ない光
ファイバ型を用いるのが望ましい。
射端２６ａ、２７ａと、出力側単一偏波動作ＥＤＦ２
８、２９の入射端２８ａ、２９ａとはそれぞれファラデ
ー回転素子３０を挟んで主軸の向きが４５度回転するよ
うに固定されている。尚、偏光ビームスプリッタ２１、
２８及びＷＤＭカプラ２４、２５は、バルク型、光導波
路型、光ファイバ型等があるが現状で最も低損失で光フ
ァイバとの結合損失が小さく、しかも戻り光が少ない光
ファイバ型を用いるのが望ましい。
【００３９】また、ファラデー回転素子３０の表面、両
ＥＤＦ２６、２７の入出力端面は反射防止処理を施すこ
とが望ましい。また、ファラデー回転素子３０は薄膜状
やボール状でなく、コア−クラッドからなる光導波路、
或いはコア−クラッドガラス母材を線引きした光ファイ
バであってもよい。
ＥＤＦ２６、２７の入出力端面は反射防止処理を施すこ
とが望ましい。また、ファラデー回転素子３０は薄膜状
やボール状でなく、コア−クラッドからなる光導波路、
或いはコア−クラッドガラス母材を線引きした光ファイ
バであってもよい。
【００４０】次に実施例の作用を述べる。
【００４１】励起用半導体レーザ（波長１．４８μｍ）
２２からのレーザ光ＬｅａはＷＤＭカプラ２４に入力
し、単一偏波動作ＥＤＦ２６を前方（図の左側）から励
起する。励起用半導体レーザ（波長１．４８μｍ）２３
からのレーザ光ＬｅｂもＷＤＭカプラ２５に入力し、単
一偏波動作ＥＤＦ２７を前方から励起する。
２２からのレーザ光ＬｅａはＷＤＭカプラ２４に入力
し、単一偏波動作ＥＤＦ２６を前方（図の左側）から励
起する。励起用半導体レーザ（波長１．４８μｍ）２３
からのレーザ光ＬｅｂもＷＤＭカプラ２５に入力し、単
一偏波動作ＥＤＦ２７を前方から励起する。
【００４２】信号入力端子２０に入力された波長１．５
５μｍ帯の信号光Ｌｓは、入力側偏光ビームスプリッタ
２１によって直交する２つの直線偏光の信号光Ｌｓａ、
Ｌｓｂに分離された後、それぞれＷＤＭカプラ２４、２
５で励起光Ｌｅａ、Ｌｅｂと合波する。合波した光はそ
れぞれ入力側単一偏波動作ＥＤＦ２６、２７の主軸に入
射する。入力側単一偏波動作ＥＤＦ２６、２７で増幅さ
れた信号光Ｌｓａ、Ｌｓｂは、ファラデー回転素子３０
を通過する際、偏光面の向きが４５度回転され、それぞ
れ出力側偏波動作ＥＤＦ２８、２９の主軸に結合されて
さらに増幅される。増幅された２つの信号光Ｌｓｃ、Ｌ
ｓｄは出力側偏光ビームスプリッタ３２によって合成さ
れた後、光学フィルタ３３で励起光Ｌｅａ、Ｌｅｂ成分
が除去されて信号出力端子３４から出力される。
５μｍ帯の信号光Ｌｓは、入力側偏光ビームスプリッタ
２１によって直交する２つの直線偏光の信号光Ｌｓａ、
Ｌｓｂに分離された後、それぞれＷＤＭカプラ２４、２
５で励起光Ｌｅａ、Ｌｅｂと合波する。合波した光はそ
れぞれ入力側単一偏波動作ＥＤＦ２６、２７の主軸に入
射する。入力側単一偏波動作ＥＤＦ２６、２７で増幅さ
れた信号光Ｌｓａ、Ｌｓｂは、ファラデー回転素子３０
を通過する際、偏光面の向きが４５度回転され、それぞ
れ出力側偏波動作ＥＤＦ２８、２９の主軸に結合されて
さらに増幅される。増幅された２つの信号光Ｌｓｃ、Ｌ
ｓｄは出力側偏光ビームスプリッタ３２によって合成さ
れた後、光学フィルタ３３で励起光Ｌｅａ、Ｌｅｂ成分
が除去されて信号出力端子３４から出力される。
【００４３】このとき信号光Ｌｓ（Ｌｓａ、Ｌｓｂ、Ｌ
ｓｃ、Ｌｓｄ）と逆方向に伝搬するＡＳＥの中で信号光
Ｌｓと異なる偏波状態のＡＳＥは伝送損失が大きいため
消光する。さらに、信号光Ｌｓと同一の偏波状態のＡＳ
Ｅはファラデー回転素子３０を通過した後入射側ＥＤＦ
２６、２７の主軸と直交する方向に入射されるため高損
失となり消光する。
ｓｃ、Ｌｓｄ）と逆方向に伝搬するＡＳＥの中で信号光
Ｌｓと異なる偏波状態のＡＳＥは伝送損失が大きいため
消光する。さらに、信号光Ｌｓと同一の偏波状態のＡＳ
Ｅはファラデー回転素子３０を通過した後入射側ＥＤＦ
２６、２７の主軸と直交する方向に入射されるため高損
失となり消光する。
【００４４】図４（ａ）は図１に示した光ファイバ増幅
器の入力信号パワーに対する雑音指数の特性を示す図で
あり、横軸が入力信号パワーを示し、縦軸がＮＦ（雑音
指数）を示している。図４（ｂ）は図１に示した光ファ
イバ増幅器の入力信号パワーに対する利得の特性を示す
図であり、横軸が入力信号パワーを示し、縦軸が利得を
示している。
器の入力信号パワーに対する雑音指数の特性を示す図で
あり、横軸が入力信号パワーを示し、縦軸がＮＦ（雑音
指数）を示している。図４（ｂ）は図１に示した光ファ
イバ増幅器の入力信号パワーに対する利得の特性を示す
図であり、横軸が入力信号パワーを示し、縦軸が利得を
示している。
【００４５】図４（ａ）及び（ｂ）において「●」は信
号光Ｌｓの波長が１５３５ｎｍの場合、「○」は信号光
Ｌｓの波長が１５５３ｎｍの場合の測定結果を示してい
る。
号光Ｌｓの波長が１５３５ｎｍの場合、「○」は信号光
Ｌｓの波長が１５５３ｎｍの場合の測定結果を示してい
る。
【００４６】ここで、入力側ＥＤＦ及び出力側ＥＤＦの
光ファイバ長さはそれぞれ５０ｍ及び３４０ｍであり、
それぞれ４０ｍｍ及び８０ｍｍのボビンに巻付けられて
１．５５μｍ帯で単一偏波動作するようにしてある。Ｅ
ｒ濃度は約４４ｐｐｍである。利得及びＮＦは光スペク
トラムアナライザを用いて光学的に測定した。尚、比較
のために従来型（通常のＥＤＦ３９０ｍの入射端側に光
アイソレータを設けた構成）の特性（「■」は信号光Ｌ
ｓの波長が１５３５ｎｍの場合、「□」は信号光Ｌｓの
波長が１５５３ｎｍの場合をそれぞれ示す）も図５
（ａ）、（ｂ）に合わせて記載してある。
光ファイバ長さはそれぞれ５０ｍ及び３４０ｍであり、
それぞれ４０ｍｍ及び８０ｍｍのボビンに巻付けられて
１．５５μｍ帯で単一偏波動作するようにしてある。Ｅ
ｒ濃度は約４４ｐｐｍである。利得及びＮＦは光スペク
トラムアナライザを用いて光学的に測定した。尚、比較
のために従来型（通常のＥＤＦ３９０ｍの入射端側に光
アイソレータを設けた構成）の特性（「■」は信号光Ｌ
ｓの波長が１５３５ｎｍの場合、「□」は信号光Ｌｓの
波長が１５５３ｎｍの場合をそれぞれ示す）も図５
（ａ）、（ｂ）に合わせて記載してある。
【００４７】同図より、従来に比べて利得・雑音特性と
もに大きく改善されているのがわかる。
もに大きく改善されているのがわかる。
【００４８】図５は図１に示したファラデー回転素子部
の他の構成例の側面図を示す図である。
の他の構成例の側面図を示す図である。
【００４９】波長１μｍ以上のファラデー回転素子では
通常ＹＩＧ系材料が用いられており、現在Ｂｉ置換ＹＩ
Ｇが最も大きなファラデー回転能を有している。波長
１．０〜１．６μｍで２５０〜１０００度／ｃｍ程度で
あるから、偏波面を４５度回転させるにはファラデー回
転素子の厚さは２００〜５００μｍの長さとなる。
通常ＹＩＧ系材料が用いられており、現在Ｂｉ置換ＹＩ
Ｇが最も大きなファラデー回転能を有している。波長
１．０〜１．６μｍで２５０〜１０００度／ｃｍ程度で
あるから、偏波面を４５度回転させるにはファラデー回
転素子の厚さは２００〜５００μｍの長さとなる。
【００５０】この結果、ファラデー回転素子を挟んで信
号光入力側ＥＤＦと出力側ＥＤＦには数百μｍのギャッ
プが生じることとなる。２本のＥＤＦ間のギャップ部分
における光の広がりによる損失（回折損失）を低減する
には、例えば以下のような方法がある。
号光入力側ＥＤＦと出力側ＥＤＦには数百μｍのギャッ
プが生じることとなる。２本のＥＤＦ間のギャップ部分
における光の広がりによる損失（回折損失）を低減する
には、例えば以下のような方法がある。
【００５１】（ａ）信号光入力側ＥＤＦ４０の出射端４
０ａ及び出力側ＥＤＦ４１の入射端４１ａを熱処理し、
コア４２、４３のドーパントを拡散させることにより、
モードフィールド径（ＭＦＤ）を拡大する方法（同図
（ａ））。
０ａ及び出力側ＥＤＦ４１の入射端４１ａを熱処理し、
コア４２、４３のドーパントを拡散させることにより、
モードフィールド径（ＭＦＤ）を拡大する方法（同図
（ａ））。
【００５２】同図において、４４は固定基板であり、固
定基板４４上の凹部にファラデー回転素子４５が配置さ
れ、その両側に信号光入力側ＥＤＦ４０と出力側ＥＤＦ
４１とが対向して固定されている。ＭＦＤを２〜３倍に
拡大することで、回折損失は大幅に低減する。尚、この
方法はM.Shiraishi et al.:J.Lightwave Technol.,vol
8,p1151(1990)に記載されている。
定基板４４上の凹部にファラデー回転素子４５が配置さ
れ、その両側に信号光入力側ＥＤＦ４０と出力側ＥＤＦ
４１とが対向して固定されている。ＭＦＤを２〜３倍に
拡大することで、回折損失は大幅に低減する。尚、この
方法はM.Shiraishi et al.:J.Lightwave Technol.,vol
8,p1151(1990)に記載されている。
【００５３】（ｂ）ファラデー回転素子をボールレンズ
にしたものを用いる方法（同図（ｂ））。
にしたものを用いる方法（同図（ｂ））。
【００５４】同図において、固定基板４６の凹部のボー
ルレンズ４７が配置され、その両側に信号光入力側ＥＤ
Ｆ４８と出力側ＥＤＦ４９とが対向して固定されてい
る。光学の分野でよく知られているように、半径ｒのボ
ールレンズ４７の焦点距離ｆ（球の中心からの距離）は
数１で表される。
ルレンズ４７が配置され、その両側に信号光入力側ＥＤ
Ｆ４８と出力側ＥＤＦ４９とが対向して固定されてい
る。光学の分野でよく知られているように、半径ｒのボ
ールレンズ４７の焦点距離ｆ（球の中心からの距離）は
数１で表される。
【００５５】
【数１】ｆ＝ｎｒ／２（ｎ−１） 従って、この場合ギャップ部分の間隔Ｄは結合効率が良
くなるように２ｆに設定される。
くなるように２ｆに設定される。
【００５６】このような方法をとることで、ファラデー
回転素子４５、４７を挿入したことによる過剰損失は
０．３ｄＢ以下に抑えられる。
回転素子４５、４７を挿入したことによる過剰損失は
０．３ｄＢ以下に抑えられる。
【００５７】以上において本実施例によれば、光増幅用
の希土類ドープ光ファイバとして、信号光の波長帯域で
単一偏波動作する希土類ドープ光ファイバを用いたこと
にあり、信号光と異なる偏波状態のＡＳＥの伝送損失を
高損失とすることでＡＳＥを抑圧したので、利得・雑音
特性が良好で経済性に優れた光ファイバ増幅器を実現す
ることができる。すなわち、ＥＤＦの途中にファラデー
回転素子を挿入するだけで利得・雑音特性を改善するこ
とができ、またバルク型偏光子を使用せず、高度な光軸
合わせ作業も無いことなどからＥＤＦＡの低価格化にも
効果がある。
の希土類ドープ光ファイバとして、信号光の波長帯域で
単一偏波動作する希土類ドープ光ファイバを用いたこと
にあり、信号光と異なる偏波状態のＡＳＥの伝送損失を
高損失とすることでＡＳＥを抑圧したので、利得・雑音
特性が良好で経済性に優れた光ファイバ増幅器を実現す
ることができる。すなわち、ＥＤＦの途中にファラデー
回転素子を挿入するだけで利得・雑音特性を改善するこ
とができ、またバルク型偏光子を使用せず、高度な光軸
合わせ作業も無いことなどからＥＤＦＡの低価格化にも
効果がある。
【００５８】尚、本実施例では前方向励起方式のＥＤＦ
Ａの場合で説明したが、これに限定されるものではな
く、後方向励起方式或いは双方向励起方式のＥＤＦＡに
適用してもよい。また、本実施例では励起光の波長が
１．４８μｍの場合で説明したが、これに限定されず、
励起光の波長が０．９８μｍであってもよい。さらにま
た、図６に示した前方向励起方式のＥＤＦＡにおいて、
ＥＤＦを本発明の１．５５μｍ帯で単一偏波動作するＥ
ＤＦに置き換えてＥＤＦＡを作製しても同様の効果が得
られる。
Ａの場合で説明したが、これに限定されるものではな
く、後方向励起方式或いは双方向励起方式のＥＤＦＡに
適用してもよい。また、本実施例では励起光の波長が
１．４８μｍの場合で説明したが、これに限定されず、
励起光の波長が０．９８μｍであってもよい。さらにま
た、図６に示した前方向励起方式のＥＤＦＡにおいて、
ＥＤＦを本発明の１．５５μｍ帯で単一偏波動作するＥ
ＤＦに置き換えてＥＤＦＡを作製しても同様の効果が得
られる。
【００５９】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００６０】利得・雑音特性が良好で経済性に優れた光
ファイバ増幅器が実現できる。
ファイバ増幅器が実現できる。
【図１】本発明の光ファイバ増幅器の一実施例の概略図
である。
である。
【図２】本発明の作用を説明するため、１．５５μｍ帯
で単一偏波動作するＥＤＦ（エルビウムドープ光ファイ
バ）の直交する２つの偏波モードの損失波長特性を示す
図である。
で単一偏波動作するＥＤＦ（エルビウムドープ光ファイ
バ）の直交する２つの偏波モードの損失波長特性を示す
図である。
【図３】本発明の作用を説明するためのＥＤＦの断面構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図４】（ａ）は図１に示した光ファイバ増幅器の入力
信号パワーに対する雑音指数の特性を示す図であり、
（ｂ）は図１に示した光ファイバ増幅器の入力信号パワ
ーに対する利得の特性を示す図である。
信号パワーに対する雑音指数の特性を示す図であり、
（ｂ）は図１に示した光ファイバ増幅器の入力信号パワ
ーに対する利得の特性を示す図である。
【図５】図１に示したＥＤＦＡのファラデー回転素子部
の他の構成例の側面図を示す図である。
の他の構成例の側面図を示す図である。
【図６】従来のＥＤＦＡ（エルビウムドープ光ファイバ
増幅器）の概略図である。
増幅器）の概略図である。
【図７】従来の他のＥＤＦＡの概略図である。
【図８】従来の他のＥＤＦＡの概略図である。
【図９】従来のさらに他のＥＤＦＡの概略図である。
２２、２３ 励起光源 ２６、２７、２８、２９ 希土類ドープ光ファイバ ３０ ファラデー回転素子 ３１ 永久磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/17 8934−4Ｍ
Claims (2)
- 【請求項１】 希土類元素をドープした希土類ドープ光
ファイバに、励起光源からの励起光を入射すると共に信
号光を入射し、該信号光を直接増幅する光ファイバ増幅
器において、前記希土類ドープ光ファイバが、前記信号
光の波長帯で単一偏波動作する希土類ドープ偏波面保存
光ファイバであることを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項２】 前記希土類ドープ偏波面保存光ファイバ
の途中にファラデー回転素子が挿入されていることを特
徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5079706A JPH06291392A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5079706A JPH06291392A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291392A true JPH06291392A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=13697657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5079706A Pending JPH06291392A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06291392A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007510182A (ja) * | 2003-10-30 | 2007-04-19 | コーニング インコーポレイテッド | 単一偏波光ファイバレーザ及び増幅器 |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP5079706A patent/JPH06291392A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007510182A (ja) * | 2003-10-30 | 2007-04-19 | コーニング インコーポレイテッド | 単一偏波光ファイバレーザ及び増幅器 |
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