JPH0677273U - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ０．９８μｍ，１．０２μｍ，１．０６μｍ
の波長に対応する小型光アイソレータを組み込むことに
より、従来採用できなかった発振波長の励起光レーザを
使用できる光ファイバ増幅器を提供する。 【構成】 希土類元素を添加した少なくとも１本以上の
光ファイバ１４と、この光ファイバ１４の端部または中
間に接続した１個以上の偏光無依存型光アイソレータ１
３および１個以上の励起用ＬＤ１１と、この励起用ＬＤ
１１の出射端に設置した１個以上のＬＤ出射端光アイソ
レータ１２と、これらの光学素子を光学的に結合するＷ
ＤＭファイバカプラ１６、光結合・分岐器１９からな
り、かつ、外部の光信号伝送用ファイバとは光コネクタ
により接続され、光アイソレータを構成するファラデー
回転子が、Ｃｄ（１−ｘ−ｙ）Ｍｎ（ｘ）Ｈｇ（ｙ）Ｔ
ｅ単結晶板からなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光通信、光計測の分野にて光信号を電気信号に変換することなく増 幅する光ファイバ増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

光ファイバを用いた大容量の光通信システムにおいて、伝送の途中で減衰する 光信号を増幅するために、従来は、光信号を一度電気信号に変換し、増幅した上 でもう一度光信号に変換する電気式の増幅器が用いられてきた。しかし、近年、 光信号を電気信号に変換せずに、光信号のままで増幅を行う、光ファイバ増幅器 の開発が進められている。

【０００３】 光ファイバ増幅器は、信号光の波長に応じた様々な希土類元素を添加した光フ ァイバに、増幅する光信号を導いて励起用のレーザ光を注入し、元の光信号を増 幅する装置である。大容量の光通信システムに用いられる光ファイバ増幅器では 、通常、３０ｄＢ前後の増幅率が得られる。光ファイバ増幅器は、従来の電気式 の光信号増幅器に比較して、Ｃ／Ｎ比が高い等の特徴があり、今後は電気式の光 信号増幅器から置き替わることが期待されている。

【０００４】 光ファイバ増幅器の主な構成部品は、コアに希土類元素を添加した光ファイバ 、励起用半導体レーザ、光信号と励起光とを合成する光カプラ、自然放出光や余 分な励起光をカットする狭帯域光学フィルタ、及び光アイソレータなどである。

【０００５】 光ファイバ増幅器においては、その構成上、光アイソレータは必須の要素であ る。これは光ファイバ増幅器の構成にもよるが、増幅後の信号光が伝送用の光フ ァイバに戻り光として入射し、長距離の伝送により減衰している増幅前の信号光 と干渉して光信号の波形を乱すことを防止するためで、増幅用光ファイバの端部 またはその中間に偏光無依存型の光アイソレータを挿入する必要がある。また、 光ファイバ増幅器では、その励起用のレーザ光源に、もし、戻り光が入射すると 、レーザ光の発振が乱されてノイズが生じ、それが光ファイバ内部で増幅されて 信号光に干渉することになるので、光アイソレータがもう１台必要である。つま り、光ファイバ増幅器では、励起用のレーザ光源の出射端及び入射側の光ファイ バ接続端その他に、合計２台以上の光アイソレータが必要である。ここで、少な くとも増幅用光ファイバの端部またはその中間に設置される光アイソレータは、 偏光無依存型であることが求められる。なぜなら、伝送用の光ファイバ内部の信 号光は通常楕円偏光となっていると考えられるので、偏光依存型の光アイソレー タを用いると、信号光の大幅な減衰が避けられないからである。光ファイバ使用 の大容量の光通信システムでは、信号光の伝送ロスを少しでも防ぐため光アイソ レータの透過の際の減衰量は最小限に抑えねばならず、従ってこの用途には偏光 依存型のアイソレータを使用することができない。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

前述のように、光ファイバ増幅器は、その内部に複数の光アイソレータを用い ることがどうしても必要であり、この光ファイバ増幅器の実用化により光アイソ レータの需要が大きく伸びることが期待されているが、現状では、光ファイバ増 幅器に光アイソレータを組み込んで使用するに当たり、以下に記すような問題点 を抱えている。

【０００７】 光ファイバ増幅器の励起用レーザの発振波長は、増幅しようとする信号光の波 長とは異なっている。例えば、１．５５μｍ帯域の光信号用の光ファイバ増幅で は、希土類元素としてＥｒが添加された増幅用光ファイバが用いられており、１ ．３１μｍ帯域の光信号用の光ファイバ増幅では、同じく希土類元素のＮｄまた はＰｒが添加された増幅用光ファイバが用いられている。その際の励起用レーザ の取り得る発振波長は、１．５５μｍ帯域の場合で１．４８μｍ，０．９８μｍ ，０．８μｍ等である。また、１．３１μｍ帯域の場合は、Ｎｄ添加光ファイバ を用いる場合で０．７８μｍ，１．０６μｍ，１．３２μｍの３種が検討されて おり、Ｐｒ添加光ファイバの場合は、１．０２μｍの波長が有望である。

【０００８】 励起用レーザの出射端に設置された光アイソレータは、これらの励起光波長の うちの必要な波長に対応していることが求められる。ところが、現在のところ上 記の各波長に対応する小型の光アイソレータが全て存在するわけではない。ここ で、ファラデー回転子に鉛ガラスを使用したタイプの光アイソレータでは、上記 の全ての波長に対応する光アイソレータを作成することができるが、この鉛ガラ ス製の光アイソレータは、著しく大型であり、それを光ファイバ増幅器内に組み 込むことが現実的に不可能である。上記波長のうち、１．３２μｍ，１．４８μ ｍの波長に対応する小型光アイソレータは、ファラデー回転子に磁性ガーネット 膜を用いたタイプが既に開発されており、また、０．７８μｍ，０．８μｍの両 波長に対応する小型光アイソレータは、ファラデー回転子としてＣｄ（１−ｘ） Ｍｎ（ｘ）Ｔｅ単結晶板を使用したタイプがやはり開発されている。

【０００９】 しかしながら、０．９８μｍ，１．０２μｍ，１．０６μｍの波長に対応する 小型光アイソレータは、適当なファラデー回転子材料がこれまで開発されておら ず、そのため製作されていなかった。

【００１０】 本考案の課題は、０．９８μｍ，１．０２μｍまたは１．０６μｍの波長に対 応する小型光アイソレータを組み込むことにより、従来採用できなかった発振波 長の励起光レーザを使用できる光ファイバ増幅器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本発明によれば、希土類元素を添加した少なくとも１本以上の光増幅用ファイ バと、この光増幅用ファイバの端部またはその中間に接続された１個以上の偏光 無依存光アイソレータおよび１個以上の励起用レーザ光源と、この励起用レーザ 光源の出射端に設置された１個以上の光アイソレータと、これらの光学素子を光 学的に結合する集光レンズ、分波器、合波器及び伝送用光ファイバからなり、か つ、外部の光信号伝送用ファイバとは光コネクタにより接続されている光ファイ バ増幅器において、上記励起用レーザの光出射端に設置された光アイソレータを 構成するファラデー回転子が、Ｃｄ（１−ｘ−ｙ）Ｍｎ（ｘ）Ｈｇ（ｙ）Ｔｅ単 結晶板からなることを特徴とする光ファイバ増幅器が得られる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図によって詳細に説明する。

【００１３】 図１に示す実施例は、一方向励起型の光ファイバ増幅器の一例である。図２に 示す実施例は、双方向励起型の光ファイバ増幅器の一例である。図１に示す光フ ァイバ増幅器は、励起用ＬＤ１１、ＬＤ出射端光アイソレータ１２、偏光無依存 型光アイソレータ１３、希土類添加光ファイバ１４、狭帯域光フィルタ１５、Ｗ ＤＭファイバカプラ１６、入力ポート１７、出力ポート１８、光結合・分岐器１ ９等の光学素子によって構成されている。

【００１４】 これらの光学素子のうち、希土類添加光ファイバ１４に添加される希土類の元 素は、１．５５μｍ帯域用の光ファイバ増幅器ではＥｒであり、また、１．３１ μｍ帯域用の光ファイバ増幅器ではＮｄまたはＰｒである。また、偏光無依存型 光アイソレータ１３の対応波長は、上記の光信号波長に対応して、光ファイバに Ｅｒ元素を添加する１．５５μｍ帯域用では０．９８μｍ、１．３１μｍ帯域用 ではＮｄ元素の場合で１．０２μｍ、Ｐｒ元素の場合で１．０６μｍである。更 に、ＬＤ出射端光アイソレータ１２に用いられているファラデー回転子は、何れ もＣｄ（１−ｘ−ｙ）Ｍｎ（ｘ）Ｈｇ（ｙ）Ｔｅ単結晶である。

【００１５】 光アイソレータに用いられるファラデー回転子としては、従来よりＢｉ置換磁 性ガーネット膜、Ｃｄ（１−ｘ）Ｍｎ（ｘ）Ｔｅ単結晶などが知られている。こ のうち、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜は、主として大容量光通信に使用される波長 の１．３μｍ〜１．５５μｍの領域で用いられ、一方のＣｄ（１−ｘ）Ｍｎ（ｘ ）Ｔｅ単結晶は、より短波長な領域の０．６μｍ〜０．８μｍ帯で用いられる。

【００１６】 ところが、波長域０．８μｍ〜１．３μｍの光信号に対応したファラデー回転 子として適した素材は、従来見出されていなかった。この波長域は、技術的な問 題により、今まで光通信等に用いられることがなく、その波長域に対応した光ア イソレータの需要も少なかったが、近年の光ファイバ増幅器の研究開発の進展に より、同波長域、特に１．０μｍ近傍の波長域の励起用レーザの開発が進められ 、それに用いられる光アイソレータの必要性が高まっていいる。しかしながら、 同波長域で用いられるファラデー回転子材料として適当な素材が従来は存在せず 、光ファイバ増幅器の開発の障碍となっていた。

【００１７】 １．０μｍ近傍の波長域で使用される光アイソレータとしては、従来はファラ デー回転子材料として常磁性の鉛ガラスを使用したタイプの光アイソレータが知 られていたが、この鉛ガラスのファラデー回転係数は、前述のＢｉ置換磁性ガー ネット膜やＣｄ（１−ｘ）Ｍｎ（ｘ）Ｔｅ単結晶に比較して１桁〜２桁程度小さ い。従って、この光アイソレータは、その外形が他の光学素子に比べて非常に大 きくなるため、光ファイバ増幅器にこの光アイソレータを搭載することは事実上 不可能であった。一方、上記のファラデー回転子材料では、１．０μｍ近傍の波 長域では材料の挿入損失が大きく、やはり使用することができない。このことか ら、同波長域の励起用レーザ光を用いる光ファイバ増幅器の開発では、励起用レ ーザに対する光アイソレータを設置せずに製品の試作を進めざるをえなかった、 一般に、励起用レーザ直後に置かれる他の波長域で使用される光アイソレータ の挿入損失は、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜を用いたもので０．３〜０．５ｄＢ、 Ｃｄ（１−ｘ）Ｍｎ（ｘ）Ｔｅ単結晶を用いたもので０．５〜１．０ｄＢ程度で ある。しかしながら、Ｃｄ（１−ｘ−ｙ）Ｍｎ（ｘ）Ｈｇ（ｙ）Ｔｅ単結晶をフ ァラデー回転子として用いた光アイソレータは、１．０μｍ近傍の波長域で使用 した場合でも、挿入損失として１．０ｄＢ〜１．５ｄＢ程度の、他の波長域のフ ァラデー回転子に比べても遜色のない値が得られている。また、この光アイソレ ータは、その消光比の値も特に劣るものではない。よって、この光アイソレータ は、１．０μｍ近傍の波長域で十分な光学特性を有するということができ、この 光アイソレータを用いた光ファイバ増幅器は、必要十分な光学的特性を有してい るということができる。

【００１８】 一方、図２に示す光ファイバ増幅器は、図１に示した光ファイバ増幅器と同様 な、励起用ＬＤ２１、ＬＤ出射端光アイソレータ２２、偏光無依存型光アイソレ ータ２３、希土類添加光ファイバ２４、狭帯域光フィルタ２５、ＷＤＭファイバ カプラ２６、入力ポート２７、出力ポート２８、光結合・分岐器２９等の光学素 子の他に、新たに、第２の励起用ＬＤ３１、第２のＬＤ出射端光アイソレータ３ ２、第２の偏光無依存型光アイソレータ３３、第２のＷＤＭファイバカプラ３６ 、第２の光結合・分岐器３９等の光学素子を各１個ずつ加えて構成されている。 この光ファイバ増幅器の場合も、図１に示した光ファイバ増幅器と同様、そのＬ Ｄ出射端部に設置される合計２つのＬＤ出射端光アイソレータ２２，３２として 、それぞれのファラデー回転子にＣｄ（１−ｘ−ｙ）Ｍｎ（ｘ）Ｈｇ（ｙ）Ｔｅ 単結晶板を使用したものを用いることにより、他の波長域の励起光を用いた光フ ァイバ増幅器の場合と同様に、１．０μｍ近傍の発振波長のレーザ光でありなが ら、反射戻り光の影響を受けない、波長の揃った励起光を用いた光ファイバ増幅 器を構成することが可能となる。

【００１９】 上述した本考案による光ファイバ増幅器の信号光波長と光増幅用ファイバの添 加元素の種類、及び励起レーザ光の波長との関係は、以下のようになる。すなわ ち、信号光波長が１．５５μｍ用で添加元素がＥｒの光ファイバ増幅器の場合、 その励起用レーザの波長は０．９８μｍであり、同じく１．３１μｍ用ではＮｄ 元素を添加する場合で１．０２μｍ、Ｐｒ元素を添加する場合で１．０６μｍで ある。これらの励起光の波長域の光ファイバ増幅器は、励起光波長の異なる場合 に比べ、様々な利点を有している。例えば、励起光波長０．９８μｍの１．５５ μｍ用光ファイバ増幅器は、従来研究が進められてきた励起波長１．４８μｍの 増幅器に比べ、光ファイバ内での増幅効率が約２倍であり、また最適ファイバ長 も略１／２となる。従って、本実施例によれば、同じ増幅率の場合、光ファイバ 増幅器をより小型化することが可能である。このことは、１．３１μｍ用光ファ イバ増幅器の場合でも基本的には同じであり、特にその増幅効率の高さから最近 有望視されているＰｒ添加光ファイバを用いいる場合には、１．０２μｍ以外の 励起光波長を用いることは困難である。

【００２０】 このように、光アイソレータのファラデー回転子としてＣｄ（１−ｘ−ｙ）Ｍ ｎ（ｘ）Ｈｇ（ｙ）Ｔｅ単結晶を用いた光ファイバ増幅器は、従来は実現できな かった装置の小型化や高特性化を図る上で、必要不可欠な技術であるといえる。

【００２１】

【考案の効果】

本考案によれば、挿入損失を増大させることなく、１．０μｍ近傍の光を励起 波長として用いることができる小型で高特性な光ファイバ増幅器を作成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の光ファイバ増幅器の一実施例の構成を
示す概略図である。

【図２】本考案の光ファイバ増幅器の他の実施例の構成
を示す概略図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１ 励起用ＬＤ １２，２２ ＬＤ出射端光アイソレータ １３，２３，３３ 偏光無依存型光アイソレータ １４，２４ 希土類添加光ファイバ １５，２５ 挾帯域光フィルタ １６，２６，３６ ＷＤＭファイバカプラ １７，２７ 入力ポート １８，２８ 出力ポート １９，２９，３９ 光結合・分岐器

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/07 8934−4Ｍ 3/094 3/17 8934−4Ｍ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類元素を添加した少なくとも１本以
   上の光増幅用ファイバと、この光増幅用ファイバの端部
   またはその中間に接続された１個以上の偏光無依存光ア
   イソレータおよび１個以上の励起用レーザ光源と、この
   励起用レーザ光源の出射端に設置された１個以上の光ア
   イソレータと、これらの光学素子を光学的に結合する集
   光レンズ、分波器、合波器及び伝送用光ファイバからな
   り、かつ、外部の光信号伝送用ファイバとは光コネクタ
   により接続されている光ファイバ増幅器において、上記
   励起用レーザの光出射端に設置された光アイソレータを
   構成するファラデー回転子が、Ｃｄ（１−ｘ−ｙ）Ｍｎ
   （ｘ）Ｈｇ（ｙ）Ｔｅ単結晶板からなることを特徴とす
   る光ファイバ増幅器。
2. 【請求項２】 上記光増幅用ファイバに添加される希土
   類元素がＥｒであることを特徴とする請求項１記載の光
   ファイバ増幅器。
3. 【請求項３】 上記光増幅用ファイバに添加される希土
   類元素がＮｄであることを特徴とする請求項１記載の光
   ファイバ増幅器。
4. 【請求項４】 上記光増幅用ファイバに添加される希土
   類元素がＰｒであることを特徴とする請求項１記載の光
   ファイバ増幅器。