JPH06324368A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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- JPH06324368A JPH06324368A JP5109181A JP10918193A JPH06324368A JP H06324368 A JPH06324368 A JP H06324368A JP 5109181 A JP5109181 A JP 5109181A JP 10918193 A JP10918193 A JP 10918193A JP H06324368 A JPH06324368 A JP H06324368A
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- optical
- fiber
- port
- optical fiber
- optical amplification
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
- H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
- H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
- H01S3/2333—Double-pass amplifiers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 部品間の反射減衰量を越えた高利得でかつ低
雑音の光ファイバ増幅器を実現する。 【構成】 誘導放出遷移を有するイオンを少なくともコ
ア内に含有し、光励起により反転分布を形成して、特定
の波長において光増幅作用を有する光増幅用ファイバを
備えた光ファイバ増幅器において、４つのポートを有す
るサーキュレータのポートを１→２→３→４→１の順に
光学的に接続し、１のポートに入力信号用光ファイバ
を、４のポートに出力信号用光ファイバを接続し、２及
び３のポートにそれぞれ前記光増幅用ファイバを接続
し、該光増幅用ファイバの他端に信号／励起光分離光フ
ァイバカップラを接続し、該光ファイバカップラの一方
のポートに鏡を、他方のポートに半導体モジュールを接
続した。
雑音の光ファイバ増幅器を実現する。 【構成】 誘導放出遷移を有するイオンを少なくともコ
ア内に含有し、光励起により反転分布を形成して、特定
の波長において光増幅作用を有する光増幅用ファイバを
備えた光ファイバ増幅器において、４つのポートを有す
るサーキュレータのポートを１→２→３→４→１の順に
光学的に接続し、１のポートに入力信号用光ファイバ
を、４のポートに出力信号用光ファイバを接続し、２及
び３のポートにそれぞれ前記光増幅用ファイバを接続
し、該光増幅用ファイバの他端に信号／励起光分離光フ
ァイバカップラを接続し、該光ファイバカップラの一方
のポートに鏡を、他方のポートに半導体モジュールを接
続した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いられる光
ファイバ増幅器に関するものである。
ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の光ファイバ増幅器の構成は、図３
に示すように、光増幅用ファイバ８として、希土類イオ
ンが添加された光ファイバが用いられている。添加され
た希土類イオンを励起するための光源として半導体モジ
ュール２を用いる。半導体モジュール２の光は、波長分
合波（以下、ＷＤＭと称する）の光ファイバカップラ５
で信号光と合波された後、光増幅用ファイバ８に導入さ
れる。励起光強度を高くするために、２個の半導体モジ
ュール２の出力の偏波面を直交させて偏波合成する方法
や、光増幅用ファイバ８の両端からＷＤＭの光ファイバ
カップラ５を介して励起光を導入する方法が用いられて
いる。
に示すように、光増幅用ファイバ８として、希土類イオ
ンが添加された光ファイバが用いられている。添加され
た希土類イオンを励起するための光源として半導体モジ
ュール２を用いる。半導体モジュール２の光は、波長分
合波（以下、ＷＤＭと称する）の光ファイバカップラ５
で信号光と合波された後、光増幅用ファイバ８に導入さ
れる。励起光強度を高くするために、２個の半導体モジ
ュール２の出力の偏波面を直交させて偏波合成する方法
や、光増幅用ファイバ８の両端からＷＤＭの光ファイバ
カップラ５を介して励起光を導入する方法が用いられて
いる。
【０００３】前記ＷＤＭの光ファイバカップラについて
は、例えば、１９９１年電子情報通信学会秋季大会、Ｃ
-190「ヒータ延伸広波長域光ファイバカップラ」に開示
されている。
は、例えば、１９９１年電子情報通信学会秋季大会、Ｃ
-190「ヒータ延伸広波長域光ファイバカップラ」に開示
されている。
【０００４】また、従来の光ファイバ増幅器の詳細構成
は、例えば、「光増幅器とその応用」オーム社、平成４
年５月３０日発行、石尾 秀樹、中川 清司、中沢 正
隆、相田 一夫、萩本 和男 共著、Ｐ１１１に開示され
ている。
は、例えば、「光増幅器とその応用」オーム社、平成４
年５月３０日発行、石尾 秀樹、中川 清司、中沢 正
隆、相田 一夫、萩本 和男 共著、Ｐ１１１に開示され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、光ファイバ増幅器において、その利得が各
部品間の反射減衰量を越える場合には、レーザ発振の原
理（例えば、「光学技術シリーズ１２、レーザ入門」共
立出版社、昭和６０年５月３０日発行、田幸 敏治、大
井 みさほ 共著、Ｐ２９参照）と同様に発振してしまう
ため、反射減衰量を越える利得を得ることはできないと
いう問題があった。
来技術では、光ファイバ増幅器において、その利得が各
部品間の反射減衰量を越える場合には、レーザ発振の原
理（例えば、「光学技術シリーズ１２、レーザ入門」共
立出版社、昭和６０年５月３０日発行、田幸 敏治、大
井 みさほ 共著、Ｐ２９参照）と同様に発振してしまう
ため、反射減衰量を越える利得を得ることはできないと
いう問題があった。
【０００６】また、光増幅用ファイバが非石英系ガラス
である場合、融着接続が不可能であるため、コネクタ、
Ｖ溝での接続が不可欠であるが、被接続ファイバ間の屈
折率の差異、ファイバ端面研磨の際の加工変質層などの
存在により低い反射減衰量を有する接続が困難であり結
果的に大きな利得を望むことができないという問題があ
った。
である場合、融着接続が不可能であるため、コネクタ、
Ｖ溝での接続が不可欠であるが、被接続ファイバ間の屈
折率の差異、ファイバ端面研磨の際の加工変質層などの
存在により低い反射減衰量を有する接続が困難であり結
果的に大きな利得を望むことができないという問題があ
った。
【０００７】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、部品間の反射減衰
量を越えた高利得でかつ低雑音の光ファイバ増幅器を提
供することにある。
されたものであり、本発明の目的は、部品間の反射減衰
量を越えた高利得でかつ低雑音の光ファイバ増幅器を提
供することにある。
【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による光ファイバ増幅器は、光学的に１→
２→３→４→１の順に接続された、４つのポートを有す
るサーキュレータの１のポートに入力信号用光ファイバ
を、４のポートに出力信号用光ファイバを接続し、２及
び３のポートにそれぞれ前記光増幅用ファイバを接続
し、該光増幅用ファイバの他端に光ファイバカップラを
接続し、該光ファイバカップラの一方のポートに鏡、他
方のポートに半導体モジュールを接続したことを特徴と
する。
めに、本発明による光ファイバ増幅器は、光学的に１→
２→３→４→１の順に接続された、４つのポートを有す
るサーキュレータの１のポートに入力信号用光ファイバ
を、４のポートに出力信号用光ファイバを接続し、２及
び３のポートにそれぞれ前記光増幅用ファイバを接続
し、該光増幅用ファイバの他端に光ファイバカップラを
接続し、該光ファイバカップラの一方のポートに鏡、他
方のポートに半導体モジュールを接続したことを特徴と
する。
【００１０】また、本発明による光ファイバ増幅器は、
４つのポートを有するサーキュレータのポートを１→２
→３→４→１の順に光学的に接続し、１のポートに入力
信号用光ファイバを、４のポートに出力信号用光ファイ
バを接続し、２及び３のポートにそれぞれ前記光増幅用
ファイバを接続し、該光増幅用ファイバの他端に信号光
を反射して励起光を透過するフィルタを介してレーザと
光学的に結合させた半導体モジュールを接続したことを
特徴とする。
４つのポートを有するサーキュレータのポートを１→２
→３→４→１の順に光学的に接続し、１のポートに入力
信号用光ファイバを、４のポートに出力信号用光ファイ
バを接続し、２及び３のポートにそれぞれ前記光増幅用
ファイバを接続し、該光増幅用ファイバの他端に信号光
を反射して励起光を透過するフィルタを介してレーザと
光学的に結合させた半導体モジュールを接続したことを
特徴とする。
【００１１】前記半導体モジュールは、半導体レーザ、
レンズ及び光ファイバが一体となったモジュールであ
り、半導体レーザの出力光をレンズで集光して効率よく
光ファイバへ入射できるようにした光部品である。
レンズ及び光ファイバが一体となったモジュールであ
り、半導体レーザの出力光をレンズで集光して効率よく
光ファイバへ入射できるようにした光部品である。
【００１２】
【作用】前述の手段によれば、サーキュレータを用いた
二段の光増幅となっているので、光増幅用ファイバ端の
接続点での反射減衰量以上の利得を得ることができる。
二段の光増幅となっているので、光増幅用ファイバ端の
接続点での反射減衰量以上の利得を得ることができる。
【００１３】また、信号光が各光ファイバ増幅器を往復
する構造になっているため、増幅効率は信号光が片方向
に進む場合に比べて倍になる。
する構造になっているため、増幅効率は信号光が片方向
に進む場合に比べて倍になる。
【００１４】これに加え、サーキュレータが方向性をも
つため、３のポートに接続された光増幅用ファイバ内で
発生する増幅された自然放出光が、２のポートに接続さ
れた光増幅用ファイバへ伝搬するのを止めることがで
き、二つの光増幅用ファイバでの最大信号利得の合計値
を接続点の反射減衰量より大きくすることができ、高利
得かつ低雑音の光ファイバ増幅器が実現できる。
つため、３のポートに接続された光増幅用ファイバ内で
発生する増幅された自然放出光が、２のポートに接続さ
れた光増幅用ファイバへ伝搬するのを止めることがで
き、二つの光増幅用ファイバでの最大信号利得の合計値
を接続点の反射減衰量より大きくすることができ、高利
得かつ低雑音の光ファイバ増幅器が実現できる。
【００１５】ここで、光増幅器の雑音について説明す
る。光増幅器の雑音は、ショットノイズとビートノイズ
から成っている。利得の高い状態での雑音の下限値を規
定する要因は、蛍光（自然放出光）から信号ビートノイ
ズ（信号波長の蛍光成分と信号光とのビート）を減算し
た値である。
る。光増幅器の雑音は、ショットノイズとビートノイズ
から成っている。利得の高い状態での雑音の下限値を規
定する要因は、蛍光（自然放出光）から信号ビートノイ
ズ（信号波長の蛍光成分と信号光とのビート）を減算し
た値である。
【００１６】このため、ノイズを低下させるためには、
信号光の弱い部分、例えば、光増幅器の信号入射部分で
の蛍光成分を低くする必要がある。すなわち、蛍光と信
号との比を小さくする必要がある。
信号光の弱い部分、例えば、光増幅器の信号入射部分で
の蛍光成分を低くする必要がある。すなわち、蛍光と信
号との比を小さくする必要がある。
【００１７】本発明においては、使用しているサーキュ
レータが光アイソレータと同様の特性を有しているた
め、第２の光増幅用ファイバ（図１及び図２の符号８
ｂ）で発生した自然放出光が、第１の光増幅用ファイバ
（図１及び図２の符号８ａ）に進入して反転分布を減少
させるので、第１の光増幅用ファイバ（図１及び図２の
符号８ａ）での信号光の増幅効率が上がる。つまり、信
号の光増幅効率が上がり、ビートノイズが少なくなる
（低雑音な特性になる）ことになる。
レータが光アイソレータと同様の特性を有しているた
め、第２の光増幅用ファイバ（図１及び図２の符号８
ｂ）で発生した自然放出光が、第１の光増幅用ファイバ
（図１及び図２の符号８ａ）に進入して反転分布を減少
させるので、第１の光増幅用ファイバ（図１及び図２の
符号８ａ）での信号光の増幅効率が上がる。つまり、信
号の光増幅効率が上がり、ビートノイズが少なくなる
（低雑音な特性になる）ことになる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の光ファイバ増幅器の実施例を
図面を用いて詳細に説明する。
図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】なお、全図において、同一機能を有するも
のは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
のは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】ここで、まず、本発明の光ファイバ増幅器
の実施例１（図１）及び実施例２（図２）に示す光ファ
イバ増幅器の基本構成とその動作原理について説明す
る。
の実施例１（図１）及び実施例２（図２）に示す光ファ
イバ増幅器の基本構成とその動作原理について説明す
る。
【００２１】図１及び図２において、１はサーキュレー
タ、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはサーキュレータ１の各ポ
ート、２は半導体モジュール、３は偏波合成モジュー
ル、４はバンドパスフィルタ、５はＷＤＭの光ファイバ
カップラ、６は入力信号用ファイバ、７は出力信号用フ
ァイバ、８は光増幅用ファイバ、９は光アイソレータ、
１０は鏡、１１は高Δｎ石英ファイバである。前記ＷＤ
Ｍの光ファイバカップラとしては、光ファイバを２本平
行に配置した状態で両者を融着延伸加工して作製した光
ファイバカップラを用いており、これは励起光と信号光
とを分合波する機能を有している。
タ、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはサーキュレータ１の各ポ
ート、２は半導体モジュール、３は偏波合成モジュー
ル、４はバンドパスフィルタ、５はＷＤＭの光ファイバ
カップラ、６は入力信号用ファイバ、７は出力信号用フ
ァイバ、８は光増幅用ファイバ、９は光アイソレータ、
１０は鏡、１１は高Δｎ石英ファイバである。前記ＷＤ
Ｍの光ファイバカップラとしては、光ファイバを２本平
行に配置した状態で両者を融着延伸加工して作製した光
ファイバカップラを用いており、これは励起光と信号光
とを分合波する機能を有している。
【００２２】光増幅用ファイバ８ａ，８ｂは、石英系光
ファイバ、多成分系光ファイバ、フッ化物系光ファイ
バ、カルコゲナイド系光ファイバなどの少なくともコア
に希土類元素、遷移金属元素などの誘導放出遷移を有す
るイオン（活性イオン）を添加したものである。活性イ
オンの励起波長に対する励起光と、誘導放出に一致する
波長の信号光を同時に光増幅用ファイバ８ａ，８ｂに伝
搬させることで、活性イオンが励起され誘導放出するこ
とを利用して信号の増幅を行うものである。
ファイバ、多成分系光ファイバ、フッ化物系光ファイ
バ、カルコゲナイド系光ファイバなどの少なくともコア
に希土類元素、遷移金属元素などの誘導放出遷移を有す
るイオン（活性イオン）を添加したものである。活性イ
オンの励起波長に対する励起光と、誘導放出に一致する
波長の信号光を同時に光増幅用ファイバ８ａ，８ｂに伝
搬させることで、活性イオンが励起され誘導放出するこ
とを利用して信号の増幅を行うものである。
【００２３】サーキュレータ１は、Ｂｉ置換のイットリ
ウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）などのファラデー効果（磁
気光学効果）を有する素子により構成されており、その
機能は各ポートに入力した光を順々に伝達する素子であ
る。
ウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）などのファラデー効果（磁
気光学効果）を有する素子により構成されており、その
機能は各ポートに入力した光を順々に伝達する素子であ
る。
【００２４】すなわち、サーキュレータ１のポート１ａ
に入力した光はポート１ｂに出力され、ポート１ｂに入
力した光はポート１ｃに出力される。ポート１ｃに入力
した光はポート１ｄに出力され、ポート１ｄに入力した
光はポート１ａに出力される。同時に各ポート間の伝達
は、光アイソレータと同様の特性を有しており、ポート
１ｂへの損失（順方向損失）は通常１ｄＢ程度と低く、
ポート１ａへの損失（逆方向阻止比）は３０ｄＢ以上で
ある。入射する信号光の偏波面に無依存で動作する素子
も実現している。励起光源としては半導体モジュール２
などが使用される。
に入力した光はポート１ｂに出力され、ポート１ｂに入
力した光はポート１ｃに出力される。ポート１ｃに入力
した光はポート１ｄに出力され、ポート１ｄに入力した
光はポート１ａに出力される。同時に各ポート間の伝達
は、光アイソレータと同様の特性を有しており、ポート
１ｂへの損失（順方向損失）は通常１ｄＢ程度と低く、
ポート１ａへの損失（逆方向阻止比）は３０ｄＢ以上で
ある。入射する信号光の偏波面に無依存で動作する素子
も実現している。励起光源としては半導体モジュール２
などが使用される。
【００２５】励起光は片端に鏡１０を設置した光ファイ
バカップラ５で信号光と合波されて光増幅用ファイバ８
ａに導入されるか、または、バンドパスフィルタ４を介
して光増幅用ファイバ８ｂに導入される。バンドパスフ
ィルタ４には励起光波長域の光を透過し、信号光波長域
の光を反射するような特性を有するものを用いる。
バカップラ５で信号光と合波されて光増幅用ファイバ８
ａに導入されるか、または、バンドパスフィルタ４を介
して光増幅用ファイバ８ｂに導入される。バンドパスフ
ィルタ４には励起光波長域の光を透過し、信号光波長域
の光を反射するような特性を有するものを用いる。
【００２６】次に、光ファイバ増幅器の動作を説明す
る。
る。
【００２７】信号光はポート１ａに入射されポート１ｂ
に出射される。ポート１ｂには光増幅用ファィバ８ａが
接続されていて励起光が導入されている。信号光はこの
光増幅用ファイバ８ａを伝搬する際に、励起されたイオ
ンを誘導放出させ、この結果信号光は増幅される。増幅
された光は鏡１０またはバンドパスフィルタ４で反射し
て再び前記光増幅用ファイバ８ａをさらに増幅されなが
ら伝搬し、ポート１ｂに入射する。この光はポート１ｃ
に出射され同時に光増幅用ファイバ８ｂを増幅されなが
ら伝搬しポート１ｃに戻る。その結果、増幅用光ファイ
バを２回往復した光がポート１ｄから出力するような光
ファイバ増幅器が構成される。
に出射される。ポート１ｂには光増幅用ファィバ８ａが
接続されていて励起光が導入されている。信号光はこの
光増幅用ファイバ８ａを伝搬する際に、励起されたイオ
ンを誘導放出させ、この結果信号光は増幅される。増幅
された光は鏡１０またはバンドパスフィルタ４で反射し
て再び前記光増幅用ファイバ８ａをさらに増幅されなが
ら伝搬し、ポート１ｂに入射する。この光はポート１ｃ
に出射され同時に光増幅用ファイバ８ｂを増幅されなが
ら伝搬しポート１ｃに戻る。その結果、増幅用光ファイ
バを２回往復した光がポート１ｄから出力するような光
ファイバ増幅器が構成される。
【００２８】このように、サーキュレータ１を用いて光
増幅用ファイバを２本つなぎ、それぞれを発振させない
範囲で動作させると、従来の光ファイバ増幅器では実現
できなかった高利得でかつ低雑音の特性を実現すること
ができる。
増幅用ファイバを２本つなぎ、それぞれを発振させない
範囲で動作させると、従来の光ファイバ増幅器では実現
できなかった高利得でかつ低雑音の特性を実現すること
ができる。
【００２９】（実施例１）図１は、本発明の実施例１の
光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。
光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。
【００３０】本実施例１の光ファイバ増幅器は、図１に
示すように、４つのポートを有するサーキュレータ１の
各ポートが１ａ→１ｂ→１ｃ→１ｄ→１ａの順で光学的
に接続されており、ポート１ａには入力信号用光ファイ
バ６、ポート１ｄには出力信号用光ファイバ７が接続さ
れている。ポート１ｄ及び１ｃには、それぞれ光増幅用
ファイバ８ａ及び８ｂが屈折率の変化分が高い（以下、
高△ｎと称する）石英ファイバ１１を介して接続されて
いる。それぞれの光増幅用ファイバ８ａ及び８ｂのもう
一方の端には高△ｎ石英ファイバ１１を介して、１.０
１７／１.３μｍＷＤＭの光ファイバカップラ５の合波
光出力のポートが接続されている。ファイバカップラ５
の１.３μｍ光入力用ポートには鏡１０として誘電体多
層薄膜が、１.０１７μｍ光入力用ポートには２本の半
導体モジュール２が偏波合成されて接続されている。
示すように、４つのポートを有するサーキュレータ１の
各ポートが１ａ→１ｂ→１ｃ→１ｄ→１ａの順で光学的
に接続されており、ポート１ａには入力信号用光ファイ
バ６、ポート１ｄには出力信号用光ファイバ７が接続さ
れている。ポート１ｄ及び１ｃには、それぞれ光増幅用
ファイバ８ａ及び８ｂが屈折率の変化分が高い（以下、
高△ｎと称する）石英ファイバ１１を介して接続されて
いる。それぞれの光増幅用ファイバ８ａ及び８ｂのもう
一方の端には高△ｎ石英ファイバ１１を介して、１.０
１７／１.３μｍＷＤＭの光ファイバカップラ５の合波
光出力のポートが接続されている。ファイバカップラ５
の１.３μｍ光入力用ポートには鏡１０として誘電体多
層薄膜が、１.０１７μｍ光入力用ポートには２本の半
導体モジュール２が偏波合成されて接続されている。
【００３１】光増幅用ファイバ８ａ及び８ｂとして、プ
ラセオディウム（Ｐr）をコアに５００ｐｐｍ添加した
ガラス組成ＺｎＦ4-ＢａＦ2-ＬａＦ3-ＹＦ3-ＡｌＦ3-Ｌ
ｉＦ-ＮａＦの単一モードフッ化物ファイバを用いた。
このファイバの比屈折率差△ｎは３.４％で、カットオ
フ波長は１μｍであった。高△ｎ石英ファイバ１１は比
屈折率差△ｎが３.５％でカットオフ波長は１μｍであ
った。フッ化物ファイバと高△ｎ石英ファイバ１１を、
おのおのの端面にガラス製Ｖ溝ブロックを装着して端面
研磨した後、互いのコアが一致するように高精度調芯し
てＵＶ接着剤で接続した。
ラセオディウム（Ｐr）をコアに５００ｐｐｍ添加した
ガラス組成ＺｎＦ4-ＢａＦ2-ＬａＦ3-ＹＦ3-ＡｌＦ3-Ｌ
ｉＦ-ＮａＦの単一モードフッ化物ファイバを用いた。
このファイバの比屈折率差△ｎは３.４％で、カットオ
フ波長は１μｍであった。高△ｎ石英ファイバ１１は比
屈折率差△ｎが３.５％でカットオフ波長は１μｍであ
った。フッ化物ファイバと高△ｎ石英ファイバ１１を、
おのおのの端面にガラス製Ｖ溝ブロックを装着して端面
研磨した後、互いのコアが一致するように高精度調芯し
てＵＶ接着剤で接続した。
【００３２】高△ｎ石英ファイバ１１をマイクロバーナ
で加熱し、コア径を広げた後（灰原正、中島 毅、松本
三千人、花房 広明 著「コネクション ロス リダクショ
ンバイ サーマリー・ディスフューズド エキスパンディ
ド コア ファイバ」ＩＥＥＥ フォトニクス テクノロジ
レターズ ３巻 第４番 ４月 348〜350頁：“Connectio
n loss reduction by thermally-diffused expanded co
re fiber”，IEEE Photonics technology letters Vol.
3 No.4 April，1991 pp.348-350、参照）、高△ｎ石英
ファイバ１１とＷＤＭファイバカップラ５またはサーキ
ュレータ１を融着接続することにより、接続損失を０.
５ｄＢ程度とした。
で加熱し、コア径を広げた後（灰原正、中島 毅、松本
三千人、花房 広明 著「コネクション ロス リダクショ
ンバイ サーマリー・ディスフューズド エキスパンディ
ド コア ファイバ」ＩＥＥＥ フォトニクス テクノロジ
レターズ ３巻 第４番 ４月 348〜350頁：“Connectio
n loss reduction by thermally-diffused expanded co
re fiber”，IEEE Photonics technology letters Vol.
3 No.4 April，1991 pp.348-350、参照）、高△ｎ石英
ファイバ１１とＷＤＭファイバカップラ５またはサーキ
ュレータ１を融着接続することにより、接続損失を０.
５ｄＢ程度とした。
【００３３】励起用光源には、プラゼオジウム添加フッ
化物光ファイバの最適励起波長である１.０１７μｍで
発振するインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）歪量
子井戸構造レーザダイオードを有する半導体モジュール
２を用いた。この半導体モジュール２の出力は、駆動電
流２００ｍＡの場合で８０ｍＷであった。励起光の強度
を高めるため、この半導体モジュール２の２つの出力を
偏波合成により合波した。この場合、出力は１２０ｍＷ
となった。信号光を反射する鏡１０として、波長１.０
１７及び１.２５〜１.３５μｍでの反射率が９８％であ
る誘電体多層薄膜をカップラ端に真空蒸着した。
化物光ファイバの最適励起波長である１.０１７μｍで
発振するインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）歪量
子井戸構造レーザダイオードを有する半導体モジュール
２を用いた。この半導体モジュール２の出力は、駆動電
流２００ｍＡの場合で８０ｍＷであった。励起光の強度
を高めるため、この半導体モジュール２の２つの出力を
偏波合成により合波した。この場合、出力は１２０ｍＷ
となった。信号光を反射する鏡１０として、波長１.０
１７及び１.２５〜１.３５μｍでの反射率が９８％であ
る誘電体多層薄膜をカップラ端に真空蒸着した。
【００３４】図４は、図１の実施例１に示す系の励起光
強度に対する増幅利得特性の測定結果を示す図である。
信号光波長を１.３μｍとし、信号光強度を−４５ｄＢ
ｍとした。おのおののフッ化物ファイバの反射減衰量が
３０ｄＢ程度であるにも関わらず、２つの半導体モジュ
ール２からの励起光の強度の合計が２００ｍＷのときに
信号光利得５２ｄＢを実現した。
強度に対する増幅利得特性の測定結果を示す図である。
信号光波長を１.３μｍとし、信号光強度を−４５ｄＢ
ｍとした。おのおののフッ化物ファイバの反射減衰量が
３０ｄＢ程度であるにも関わらず、２つの半導体モジュ
ール２からの励起光の強度の合計が２００ｍＷのときに
信号光利得５２ｄＢを実現した。
【００３５】図５は、図１の実施例１に示す系の信号光
波長に対する信号利得特性の測定結果を示す図である。
信号強度はそれぞれの波長でほぼ−４５ｄＢｍ程度であ
り、２つの半導体モジュール２からの励起光の強度の合
計を２００ｍＷとした。最大信号利得は信号光波長１.
３μｍで得られ、増幅帯域は４０ｎｍであった。
波長に対する信号利得特性の測定結果を示す図である。
信号強度はそれぞれの波長でほぼ−４５ｄＢｍ程度であ
り、２つの半導体モジュール２からの励起光の強度の合
計を２００ｍＷとした。最大信号利得は信号光波長１.
３μｍで得られ、増幅帯域は４０ｎｍであった。
【００３６】本実施例１の光ファイバ増幅器の実験結果
と図３に示す従来の光ファイバ増幅器の実験結果とを比
較する。図３において、光増幅用ファイバ８は、実施例
１で用いたものと同様のフッ化物ファイバを用いてい
る。フッ化物ファイバの両端は、高Δｎ石英ファイバ１
１を介して１.０１７／１.３μｍＷＤＭの光ファイバカ
ップラ５の合波光出力ポートに接続されている。光ファ
イバカップラ５の１.０１７μｍ入力ポートには、実施
例１で用いたものと同様の半導体モジュール２が２本偏
波合成された後、接続されている。ファイバカップラ５
の１.３μｍ入力ポートの片方を入力信号用光ファイバ
６、もう片方には光アイソレータ９を介して出力信号用
光ファイバ７に接続する。
と図３に示す従来の光ファイバ増幅器の実験結果とを比
較する。図３において、光増幅用ファイバ８は、実施例
１で用いたものと同様のフッ化物ファイバを用いてい
る。フッ化物ファイバの両端は、高Δｎ石英ファイバ１
１を介して１.０１７／１.３μｍＷＤＭの光ファイバカ
ップラ５の合波光出力ポートに接続されている。光ファ
イバカップラ５の１.０１７μｍ入力ポートには、実施
例１で用いたものと同様の半導体モジュール２が２本偏
波合成された後、接続されている。ファイバカップラ５
の１.３μｍ入力ポートの片方を入力信号用光ファイバ
６、もう片方には光アイソレータ９を介して出力信号用
光ファイバ７に接続する。
【００３７】図６は、従来の光ファイバ増幅器における
利得の励起光強度依存性を示す図である。この場合、４
つの半導体モジュール２からの励起光の強度の合計が２
００ｍＷのとき、光増幅ファイバの利得は２８ｄＢ程度
であった。
利得の励起光強度依存性を示す図である。この場合、４
つの半導体モジュール２からの励起光の強度の合計が２
００ｍＷのとき、光増幅ファイバの利得は２８ｄＢ程度
であった。
【００３８】さらに、励起光強度を上げると、３０ｄＢ
以上出せると考えられるが、フッ化物ファイバの反射減
衰量は３０ｄＢ程度であったため発振してしまった。つ
まり、この系で安定に出せる最大利得は２８ｄＢであ
り、反射減衰量３０ｄＢ以上の利得を得ることは不可能
である。また、前記実施例１に比べて、増幅効率（１ｍ
Ｗの励起光強度で得られる利得）が約１／２程度である
が、これは実施例１の場合、光増幅用ファイバ内を信号
光が往復する構成であるため、利得が２倍になることに
よる。
以上出せると考えられるが、フッ化物ファイバの反射減
衰量は３０ｄＢ程度であったため発振してしまった。つ
まり、この系で安定に出せる最大利得は２８ｄＢであ
り、反射減衰量３０ｄＢ以上の利得を得ることは不可能
である。また、前記実施例１に比べて、増幅効率（１ｍ
Ｗの励起光強度で得られる利得）が約１／２程度である
が、これは実施例１の場合、光増幅用ファイバ内を信号
光が往復する構成であるため、利得が２倍になることに
よる。
【００３９】（実施例２）図２は、本発明の実施例２の
光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。
光ファイバ増幅器の概略構成を示す図である。
【００４０】本実施例２の光ファイバ増幅器は、図２に
示すように、４ポートを有するサーキュレータ１のポー
トが１ａ→１ｂ→１ｃ→１ｄ→１ａの順で接続されてい
る。
示すように、４ポートを有するサーキュレータ１のポー
トが１ａ→１ｂ→１ｃ→１ｄ→１ａの順で接続されてい
る。
【００４１】ポート１ａには入力信号用光ファイバ６、
ポート１ｄには出力信号用光ファイバ７が接続されてい
る。ポート１ｂ及びポート１ｃには光増幅用ファイバ８
ａ及び８ｂがそれぞれ図示していないがファイバコネク
タを介して接続されている。このファイバコネクタの反
射減衰量が約−５０ｄＢ程度である。
ポート１ｄには出力信号用光ファイバ７が接続されてい
る。ポート１ｂ及びポート１ｃには光増幅用ファイバ８
ａ及び８ｂがそれぞれ図示していないがファイバコネク
タを介して接続されている。このファイバコネクタの反
射減衰量が約−５０ｄＢ程度である。
【００４２】それぞれ光増幅用ファイバ８ａ及び８ｂの
もう一方の端にはそれぞれ図示していないがＶ溝ブロッ
クが装着され、ファイバ端面は研磨された後に真空蒸着
法によりバンドパスフィルタ４として誘電体多層薄膜が
形成されている。半導体モジュール２の端にも図示して
いないが溝ブロックが装着され、光増幅用ファイバ８ａ
及び８ｂ端の溝ブロックとコアの位置が一致するように
調芯され接着剤により固定されている。
もう一方の端にはそれぞれ図示していないがＶ溝ブロッ
クが装着され、ファイバ端面は研磨された後に真空蒸着
法によりバンドパスフィルタ４として誘電体多層薄膜が
形成されている。半導体モジュール２の端にも図示して
いないが溝ブロックが装着され、光増幅用ファイバ８ａ
及び８ｂ端の溝ブロックとコアの位置が一致するように
調芯され接着剤により固定されている。
【００４３】光増幅用ファイバ８ａ及び８ｂにはコアに
エルビウム（Ｅｒ）を１００ｐｐｍ．ｗｔ添加したＳｉ
Ｏ2-ＧｅＯ2石英ファイバを用いる。コア・クラッド間
の比屈折率差１.０％、カットオフ波長は１μｍであ
る。励起用光源にはＩｎＧａＡｓ系歪量子井戸構造レー
ザを有する半導体モジュール２を用いる。この半導体モ
ジュール２の端出力５０ｍＷが得られる。励起には、１
本の光増幅用ファイバに対して１つの半導体モジュール
２を用いた。誘電体多層膜は０.９８μｍでの透過率が
９８％で波長１.５〜１.６μｍでの反射率９８％であ
る。
エルビウム（Ｅｒ）を１００ｐｐｍ．ｗｔ添加したＳｉ
Ｏ2-ＧｅＯ2石英ファイバを用いる。コア・クラッド間
の比屈折率差１.０％、カットオフ波長は１μｍであ
る。励起用光源にはＩｎＧａＡｓ系歪量子井戸構造レー
ザを有する半導体モジュール２を用いる。この半導体モ
ジュール２の端出力５０ｍＷが得られる。励起には、１
本の光増幅用ファイバに対して１つの半導体モジュール
２を用いた。誘電体多層膜は０.９８μｍでの透過率が
９８％で波長１.５〜１.６μｍでの反射率９８％であ
る。
【００４４】図７は、図２の実施例２に示す系の励起光
強度に対する増幅利得の測定結果を示す図である。信号
波長は１.５５μｍであり入射信号光強度は−４５ｄＢ
ｍである。半導体モジュール２の端での励起光強度の合
計が５０ｍＷの場合に、コネクタの反射減衰量が−５０
ｄＢであるにも関わらず、信号利得７２ｄＢという高利
得を実現した。
強度に対する増幅利得の測定結果を示す図である。信号
波長は１.５５μｍであり入射信号光強度は−４５ｄＢ
ｍである。半導体モジュール２の端での励起光強度の合
計が５０ｍＷの場合に、コネクタの反射減衰量が−５０
ｄＢであるにも関わらず、信号利得７２ｄＢという高利
得を実現した。
【００４５】図８は、図２の実施例２に示す系の増幅利
得の信号波長依存性を示す図である。励起光強度はそれ
ぞれ５０ｍＷとした。信号光強度はおおむね−４５ｄＢ
ｍ程度であった。最大信号光利得は１.５３３μｍで得
られ、８０ｄＢであった。
得の信号波長依存性を示す図である。励起光強度はそれ
ぞれ５０ｍＷとした。信号光強度はおおむね−４５ｄＢ
ｍ程度であった。最大信号光利得は１.５３３μｍで得
られ、８０ｄＢであった。
【００４６】以上の説明からわかるように、本実施例１
及び２によれば、サーキュレータを使用することで光増
幅用ファイバの接続点での反射減衰量を越える（最大２
倍まで）信号光利得を安定に発生させることができる。
及び２によれば、サーキュレータを使用することで光増
幅用ファイバの接続点での反射減衰量を越える（最大２
倍まで）信号光利得を安定に発生させることができる。
【００４７】また、サーキュレータにより相互の光増幅
用ファイバ間での増幅された自然放出光の影響をなくす
ことができるために、高利得でかつ低雑音の光増幅器が
実現できる。
用ファイバ間での増幅された自然放出光の影響をなくす
ことができるために、高利得でかつ低雑音の光増幅器が
実現できる。
【００４８】また、非石英系ガラスを用いて光増幅用フ
ァイバを用いる際に接続点での反射減衰量に関する制限
を緩和することで大幅な加工組立の簡素化が期待でき
る。加えて、各光増幅用ファイバを信号光が往復するこ
とで増幅効率が２倍になる利点もある。
ァイバを用いる際に接続点での反射減衰量に関する制限
を緩和することで大幅な加工組立の簡素化が期待でき
る。加えて、各光増幅用ファイバを信号光が往復するこ
とで増幅効率が２倍になる利点もある。
【００４９】すなわち、本発明によれば、従来の光ファ
イバ増幅器においては、利得が各部品間の反射減衰量を
越える場合に発振してしまうために実現できなかった反
射減衰量を越える利得を得ることできる。特に、ファイ
バ端面を研磨することによる反射減衰量の現象が期待で
きない場合や、異種材料の光ファイバ間の接続による反
射が大きい場合、また、大きな利得を得たい場合などに
有効である。
イバ増幅器においては、利得が各部品間の反射減衰量を
越える場合に発振してしまうために実現できなかった反
射減衰量を越える利得を得ることできる。特に、ファイ
バ端面を研磨することによる反射減衰量の現象が期待で
きない場合や、異種材料の光ファイバ間の接続による反
射が大きい場合、また、大きな利得を得たい場合などに
有効である。
【００５０】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることは勿論である。
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、サーキュレータを用いた二段の光増幅となっている
ので、光増幅用ファイバ端の接続点での反射減衰量以上
の利得を得ることができる。
ば、サーキュレータを用いた二段の光増幅となっている
ので、光増幅用ファイバ端の接続点での反射減衰量以上
の利得を得ることができる。
【００５２】また、信号光が各光ファイバ増幅器を往復
する構造になっているため、増幅効率は信号光が片方向
に進む場合に比べて２倍になる。
する構造になっているため、増幅効率は信号光が片方向
に進む場合に比べて２倍になる。
【００５３】また、サーキュレータが方向性をもつた
め、３のポートに接続された光増幅用ファイバ内で発生
する増幅された自然放出光が、２のポートに接続された
光増幅用ファイバへ伝搬するのを止めることができ、二
つの光増幅用ファイバでの最大信号利得の合計値を接続
点の反射減衰量より大きくすることができ、高利得かつ
低雑音の光ファイバ増幅器が実現できる。
め、３のポートに接続された光増幅用ファイバ内で発生
する増幅された自然放出光が、２のポートに接続された
光増幅用ファイバへ伝搬するのを止めることができ、二
つの光増幅用ファイバでの最大信号利得の合計値を接続
点の反射減衰量より大きくすることができ、高利得かつ
低雑音の光ファイバ増幅器が実現できる。
【図１】 本発明の実施例１の光ファイバ増幅器の概略
構成を示す図、
構成を示す図、
【図２】 本発明の実施例２の光ファイバ増幅器の概略
構成を示す図、
構成を示す図、
【図３】 従来の光ファイバ増幅器の構成を示す図、
【図４】 本実施例１における系の利得の励起光強度依
存性を示す図、
存性を示す図、
【図５】 本実施例１における系の利得の信号光波長依
存性を示す図、
存性を示す図、
【図６】 従来の光ファイバ増幅器における利得の励起
光強度依存性を示す図、
光強度依存性を示す図、
【図７】 本実施例２における利得の励起光強度依存性
を示す図、
を示す図、
【図８】 本実施例２における利得の信号光波長依存性
を示す図。
を示す図。
１…サーキュレータ、２…半導体モジュール、３…偏波
合成モジュール、４…バンドパスフィルタ、５…光ファ
イバカップラ、６…入力信号用光ファイバ、７…出力信
号用光ファイバ、８…光増幅用ファイバ、９…光アイソ
レータ、１０…鏡、１１…高△ｎ石英ファイバ。
合成モジュール、４…バンドパスフィルタ、５…光ファ
イバカップラ、６…入力信号用光ファイバ、７…出力信
号用光ファイバ、８…光増幅用ファイバ、９…光アイソ
レータ、１０…鏡、１１…高△ｎ石英ファイバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 泰丈 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 須藤 昭一 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 誘導放出遷移を有するイオンを少なくと
もコア内に含有し、光励起により反転分布を形成して、
特定の波長において光増幅作用を有する光増幅用ファイ
バを備えた光ファイバ増幅器において、４つのポートが
１→２→３→４→１の順に接続されているサーキュレー
タの１のポートに入力信号用光ファイバを、４のポート
に出力信号用光ファイバを接続し、２及び３のポートに
それぞれ前記光増幅用ファイバを接続し、該光増幅用フ
ァイバの他端に光ファイバカップラを接続し、該光ファ
イバカップラの一方のポートに鏡を、他方のポートに半
導体モジュールを接続したことを特徴とする光ファイバ
増幅器。 - 【請求項２】 誘導放出遷移を有するイオンを少なくと
もコア内に含有し、光励起により反転分布を形成して、
特定の波長において光増幅作用を有する光増幅用ファイ
バを備えた光ファイバ型増幅器において、４つのポート
が１→２→３→４→１の順に接続されているサーキュレ
ータの１のポートに入力信号用光ファイバを、４のポー
トに出力信号用光ファイバを接続し、２及び３のポート
にそれぞれ前記光増幅用ファイバを接続し、該光増幅用
ファイバの他端に信号光を反射して励起光を透過するフ
ィルタを介してレーザと光学的に結合させた半導体モジ
ュールを接続したことを特徴とする光ファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5109181A JPH06324368A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5109181A JPH06324368A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324368A true JPH06324368A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14503708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5109181A Pending JPH06324368A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06324368A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0851543A2 (en) * | 1996-12-27 | 1998-07-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical amplifier |
| US6404525B1 (en) | 1997-07-31 | 2002-06-11 | Nec Corporation | Optical add-drop multiplexer |
| US6424440B1 (en) | 1997-10-28 | 2002-07-23 | Nec Corporation | Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer |
| US6965472B2 (en) * | 2004-03-22 | 2005-11-15 | Raytheon Company | Nonreciprocal optical element with independent control of transmission opposite directions |
-
1993
- 1993-05-11 JP JP5109181A patent/JPH06324368A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0851543A2 (en) * | 1996-12-27 | 1998-07-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical amplifier |
| EP0851543A3 (en) * | 1996-12-27 | 2000-09-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical amplifier |
| US6404525B1 (en) | 1997-07-31 | 2002-06-11 | Nec Corporation | Optical add-drop multiplexer |
| US6895183B2 (en) | 1997-07-31 | 2005-05-17 | Nec Corporation | Optical add-drop multiplexer |
| US6424440B1 (en) | 1997-10-28 | 2002-07-23 | Nec Corporation | Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer |
| US6466344B2 (en) | 1997-10-28 | 2002-10-15 | Nec Corporation | Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer |
| US7197246B2 (en) | 1997-10-28 | 2007-03-27 | Nec Corporation | Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer |
| US6965472B2 (en) * | 2004-03-22 | 2005-11-15 | Raytheon Company | Nonreciprocal optical element with independent control of transmission opposite directions |
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