JPH07162371A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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- JPH07162371A JPH07162371A JP5304319A JP30431993A JPH07162371A JP H07162371 A JPH07162371 A JP H07162371A JP 5304319 A JP5304319 A JP 5304319A JP 30431993 A JP30431993 A JP 30431993A JP H07162371 A JPH07162371 A JP H07162371A
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- light
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- optical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 励起光のエネルギを効率良く使用しつつ、低
雑音の出力を得ることのできる光ファイバ増幅器を提供
する。 【構成】 信号光が光アイソレータ５２０と方向性結合
器３１０とを順次経由して光ファイバ４１０に入力す
る。光ファイバ４１０に入力した信号光は、光吸収損失
を除去した増幅利得の対数が入力励起光強度に略比例す
る範囲で増幅されて出力される。光ファイバ４１０から
出力された光は、光アイソレータ５１０を介して光ファ
イバ４２０に入力する。光ファイバ４２０に入力した光
は、高効率で増幅されて出力され、方向性結合器３２
０、光アイソレータ５３０、およびバンドパスフィルタ
６００を順次経由した後、光ファイバ増幅器の出力光と
して出力する。
雑音の出力を得ることのできる光ファイバ増幅器を提供
する。 【構成】 信号光が光アイソレータ５２０と方向性結合
器３１０とを順次経由して光ファイバ４１０に入力す
る。光ファイバ４１０に入力した信号光は、光吸収損失
を除去した増幅利得の対数が入力励起光強度に略比例す
る範囲で増幅されて出力される。光ファイバ４１０から
出力された光は、光アイソレータ５１０を介して光ファ
イバ４２０に入力する。光ファイバ４２０に入力した光
は、高効率で増幅されて出力され、方向性結合器３２
０、光アイソレータ５３０、およびバンドパスフィルタ
６００を順次経由した後、光ファイバ増幅器の出力光と
して出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムで使用
される光ファイバ増幅器に関するものである。
される光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】動作
エネルギが光の形態で供給され、入力した信号光を増幅
して出力する光ファイバ増幅器が光通信システムを中心
に使用されている。特に、Ｅｒなどの希土類元素が添加
された光ファイバを使用した光ファイバ増幅器は、高速
性および低ノイズ性で優れており、多用されている。図
４は、従来の典型的なＥｒ添加の増幅用光ファイバを使
用した光ファイバ増幅器の構成図である。通常の信号光
増幅は、こうした構成の光ファイバ増幅器で行われてい
る。また、光ファイバ増幅器の感度向上に伴い、利用で
きる信号光の入力強度の下限が−４０ｄＢｍ以下に達し
ている。
エネルギが光の形態で供給され、入力した信号光を増幅
して出力する光ファイバ増幅器が光通信システムを中心
に使用されている。特に、Ｅｒなどの希土類元素が添加
された光ファイバを使用した光ファイバ増幅器は、高速
性および低ノイズ性で優れており、多用されている。図
４は、従来の典型的なＥｒ添加の増幅用光ファイバを使
用した光ファイバ増幅器の構成図である。通常の信号光
増幅は、こうした構成の光ファイバ増幅器で行われてい
る。また、光ファイバ増幅器の感度向上に伴い、利用で
きる信号光の入力強度の下限が−４０ｄＢｍ以下に達し
ている。
【０００３】ところで、図４の構成の光ファイバ増幅器
で入力強度が−４０ｄＢｍ程度という低強度の信号光を
増幅することは可能であるが、強度が小さい入力信号光
を高増幅率で増幅使用とすると、増幅用光ファイバ内の
Ｅｒにおける自然放出光（主に、１５３０ｎｍ帯）の増
幅（ＡＳＥ；amplified spontaneous emmision）に励起
光の形態で供給される増幅用のエネルギの多くが消費さ
れる。したがって、増幅用光ファイバを長くしたり、励
起光の強度を大きくしたりしても信号光の増幅利得を有
効に向上することができない。また、増幅用光ファイバ
を長くしたり、励起光の強度を大きくしたりすると、Ａ
ＳＥによる雑音成分が大きくなりノイズ指数（ＮＦ；no
ise figure）が大きくなる。
で入力強度が−４０ｄＢｍ程度という低強度の信号光を
増幅することは可能であるが、強度が小さい入力信号光
を高増幅率で増幅使用とすると、増幅用光ファイバ内の
Ｅｒにおける自然放出光（主に、１５３０ｎｍ帯）の増
幅（ＡＳＥ；amplified spontaneous emmision）に励起
光の形態で供給される増幅用のエネルギの多くが消費さ
れる。したがって、増幅用光ファイバを長くしたり、励
起光の強度を大きくしたりしても信号光の増幅利得を有
効に向上することができない。また、増幅用光ファイバ
を長くしたり、励起光の強度を大きくしたりすると、Ａ
ＳＥによる雑音成分が大きくなりノイズ指数（ＮＦ；no
ise figure）が大きくなる。
【０００４】こうした、従来の光ファイバ増幅器を１台
使用した低強度入力信号光の増幅における原理的な問題
点に対処するため、２台の従来の光ファイバ増幅器を直
列に接続して信号光の増幅利得を向上する方法が知られ
ている（Y.K.Park, et.al. :OFC/IOOC'93 Technical Di
gest, TuD4 ）。しかし、２台の光ファイバ増幅器を使
用するのでは、構成部品の点数が多くなり、信頼性に欠
ける、小形化が困難である、および価格が上がるといっ
た問題点が発生していた。
使用した低強度入力信号光の増幅における原理的な問題
点に対処するため、２台の従来の光ファイバ増幅器を直
列に接続して信号光の増幅利得を向上する方法が知られ
ている（Y.K.Park, et.al. :OFC/IOOC'93 Technical Di
gest, TuD4 ）。しかし、２台の光ファイバ増幅器を使
用するのでは、構成部品の点数が多くなり、信頼性に欠
ける、小形化が困難である、および価格が上がるといっ
た問題点が発生していた。
【０００５】本発明は、上記の問題点を解消するために
なされたものであり、励起光のエネルギを効率良く使用
しつつ、低雑音の出力を得ることのできる光ファイバ増
幅器を提供することを目的とする。
なされたものであり、励起光のエネルギを効率良く使用
しつつ、低雑音の出力を得ることのできる光ファイバ増
幅器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ増幅
器は、（ａ）励起光を発生する励起光源と、（ｂ）励起
光源から出力された励起光を入力し、２つの光に分岐し
て出力する光分岐器と、（ｃ）光分岐器から出力された
第１の分岐励起光を入力するとともに、入力した信号光
を光吸収損失を除去した増幅利得の対数が入力励起光強
度に略比例する範囲で増幅して出力する第１の光ファイ
バ増幅段と、（ｄ）第１の光ファイバ増幅段から出力さ
れた光を入力を光入射面から入力し、透過後に光出力面
から出力するとともに、光出力面から入力した光に関し
ては透過しない光アイソレータと、（ｅ）光分岐器から
出力された第２の分岐励起光を入力するとともに、光ア
イソレータから出力された光を一方の端面から入力し、
光アイソレータから出力された光を増幅して出力する第
２の光ファイバ増幅段と、を備えることを特徴とする。
器は、（ａ）励起光を発生する励起光源と、（ｂ）励起
光源から出力された励起光を入力し、２つの光に分岐し
て出力する光分岐器と、（ｃ）光分岐器から出力された
第１の分岐励起光を入力するとともに、入力した信号光
を光吸収損失を除去した増幅利得の対数が入力励起光強
度に略比例する範囲で増幅して出力する第１の光ファイ
バ増幅段と、（ｄ）第１の光ファイバ増幅段から出力さ
れた光を入力を光入射面から入力し、透過後に光出力面
から出力するとともに、光出力面から入力した光に関し
ては透過しない光アイソレータと、（ｅ）光分岐器から
出力された第２の分岐励起光を入力するとともに、光ア
イソレータから出力された光を一方の端面から入力し、
光アイソレータから出力された光を増幅して出力する第
２の光ファイバ増幅段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】ここで、第１の光ファイバ増幅段は、光
分岐器から出力された第１の分岐励起光を第１の端子か
ら入力するとともに、信号光を第２の端子から入力し
て、第３の端子から出力する第１の方向性結合器と、
第１の方向性結合器の第３の端子から出力された光を入
力し、光吸収損失を除去した増幅利得の対数が入力励起
光強度に略比例する範囲で信号光を増幅して出力する第
１の光ファイバと、を備え、第２の光ファイバ増幅段
は、光分岐器から出力された第２の分岐励起光を第４
の端子から入力して第５の端子から出力するとともに、
第５の端子から入力した光を、第６の端子から出力する
第２の方向性結合器と、光アイソレータから出力され
た光を一方の端面から入力し、増幅して他方の端面から
第２の方向性結合器の第５の端子へ出力する第２の光フ
ァイバと、を備え、前段を前方励起法で、後段を後方励
起法で増幅することを特徴としてもよい。
分岐器から出力された第１の分岐励起光を第１の端子か
ら入力するとともに、信号光を第２の端子から入力し
て、第３の端子から出力する第１の方向性結合器と、
第１の方向性結合器の第３の端子から出力された光を入
力し、光吸収損失を除去した増幅利得の対数が入力励起
光強度に略比例する範囲で信号光を増幅して出力する第
１の光ファイバと、を備え、第２の光ファイバ増幅段
は、光分岐器から出力された第２の分岐励起光を第４
の端子から入力して第５の端子から出力するとともに、
第５の端子から入力した光を、第６の端子から出力する
第２の方向性結合器と、光アイソレータから出力され
た光を一方の端面から入力し、増幅して他方の端面から
第２の方向性結合器の第５の端子へ出力する第２の光フ
ァイバと、を備え、前段を前方励起法で、後段を後方励
起法で増幅することを特徴としてもよい。
【０００８】また、第１の光ファイバ増幅段と第２の光
ファイバ増幅段とが備える増幅用光ファイバは希土類元
素添加の光ファイバであり、更に、信号光の波長は
１．５５μｍ帯であり、希土類元素はエルビウムであ
り、励起光の波長は略９８０ｎｍまたは略１４８０ｎ
ｍである、ことを特徴としてもよい。
ファイバ増幅段とが備える増幅用光ファイバは希土類元
素添加の光ファイバであり、更に、信号光の波長は
１．５５μｍ帯であり、希土類元素はエルビウムであ
り、励起光の波長は略９８０ｎｍまたは略１４８０ｎ
ｍである、ことを特徴としてもよい。
【０００９】また、第１の光ファイバ増幅段からの出力
光の強度は、約−２０ｄＢｍ以上であり、かつ約−１５
ｄＢｍ以下である、ことが好適である。
光の強度は、約−２０ｄＢｍ以上であり、かつ約−１５
ｄＢｍ以下である、ことが好適である。
【００１０】また、第１の光ファイバ増幅段が備える第
１の増幅用光ケーブルの組成と第２の光ファイバ増幅段
が備える第２の増幅用光ファイバの組成は略同一であ
り、第１の増幅用光ファイバの増幅部の長さは第２の増
幅用光ファイバの増幅部の長さよりも短く、第１の分岐
励起光の強度は第２の分岐励起光の強度よりも小さいこ
とを特徴としてもよい。
１の増幅用光ケーブルの組成と第２の光ファイバ増幅段
が備える第２の増幅用光ファイバの組成は略同一であ
り、第１の増幅用光ファイバの増幅部の長さは第２の増
幅用光ファイバの増幅部の長さよりも短く、第１の分岐
励起光の強度は第２の分岐励起光の強度よりも小さいこ
とを特徴としてもよい。
【００１１】また、第２の光ファイバ増幅段が備える増
幅用光ファイバの光アイソレータ側の端面付近に励起光
の波長の光を選択的に反射する回折格子が形成されてい
る、ことを特徴としてもよい。更に、前記信号光の波
長は略１５５０ｎｍであり、希土類元素はエルビウム
であり、励起光の波長は略９８０ｎｍまたは略１４８
０ｎｍである場合には、第２の光ファイバ増幅段が備え
る光ファイバの光アイソレータ側の端面付近に略１５３
０ｎｍの波長の光を選択的に反射する回折格子が形成さ
れている、ことを特徴としてもよい。
幅用光ファイバの光アイソレータ側の端面付近に励起光
の波長の光を選択的に反射する回折格子が形成されてい
る、ことを特徴としてもよい。更に、前記信号光の波
長は略１５５０ｎｍであり、希土類元素はエルビウム
であり、励起光の波長は略９８０ｎｍまたは略１４８
０ｎｍである場合には、第２の光ファイバ増幅段が備え
る光ファイバの光アイソレータ側の端面付近に略１５３
０ｎｍの波長の光を選択的に反射する回折格子が形成さ
れている、ことを特徴としてもよい。
【００１２】
【作用】本発明の光ファイバ増幅器では、１つの励起光
源が発生した励起光（希土類元素がＥｒの場合には、波
長＝略９８０ｎｍまたは略１４８０ｎｍ）を光分岐器で
第１の分岐励起光と第２の分岐励起光とに分岐され、第
１の分岐励起光により第１の光ファイバ増幅段が備える
増幅用光ファイバ（以後、前段光ファイバとも呼ぶ）内
の希土類元素を励起するとともに、第２の分岐励起光に
より第２の光ファイバ増幅段が備える増幅用光ファイバ
（以後、後段光ファイバとも呼ぶ）内の希土類元素を励
起する。励起光の分岐にあたっては、第１の分岐励起光
の強度は、光吸収損失を除去した前段光ファイバの増幅
利得の対数が入力励起光強度に略比例する範囲内となる
ように設定される。
源が発生した励起光（希土類元素がＥｒの場合には、波
長＝略９８０ｎｍまたは略１４８０ｎｍ）を光分岐器で
第１の分岐励起光と第２の分岐励起光とに分岐され、第
１の分岐励起光により第１の光ファイバ増幅段が備える
増幅用光ファイバ（以後、前段光ファイバとも呼ぶ）内
の希土類元素を励起するとともに、第２の分岐励起光に
より第２の光ファイバ増幅段が備える増幅用光ファイバ
（以後、後段光ファイバとも呼ぶ）内の希土類元素を励
起する。励起光の分岐にあたっては、第１の分岐励起光
の強度は、光吸収損失を除去した前段光ファイバの増幅
利得の対数が入力励起光強度に略比例する範囲内となる
ように設定される。
【００１３】ここで、増幅用光ファイバの励起の方式
は、得たい増幅強度と許容できるノイズ指数によって選
択されるものであるが、以下の選択基準がある。第１の
分岐励起光による前段光ファイバの励起では、前方励起
または後方励起のいずれも採用可能であるが、ノイズ発
生がより小さい前方励起が好ましい。後方励起として
も、前段光ファイバの増幅利得の対数が入力励起光強度
に略比例する範囲内であれば、雑音指数はあまり大きく
ならないので充分に実用的である。また、第２の分岐励
起光による後段光ファイバの励起では、増幅利得の大き
な後方励起を採用することが好ましい。
は、得たい増幅強度と許容できるノイズ指数によって選
択されるものであるが、以下の選択基準がある。第１の
分岐励起光による前段光ファイバの励起では、前方励起
または後方励起のいずれも採用可能であるが、ノイズ発
生がより小さい前方励起が好ましい。後方励起として
も、前段光ファイバの増幅利得の対数が入力励起光強度
に略比例する範囲内であれば、雑音指数はあまり大きく
ならないので充分に実用的である。また、第２の分岐励
起光による後段光ファイバの励起では、増幅利得の大き
な後方励起を採用することが好ましい。
【００１４】この状態で、信号光が第１の方向性結合器
を経由して前段光ファイバに入力する。前段光ファイバ
に入力した信号光は、光吸収損失を除去した増幅利得の
対数が入力励起光強度に略比例する範囲で増幅されて出
力される。前段光ファイバから出力された光は光アイソ
レータを介して後段光ファイバに入力する。後段光ファ
イバに入力した光は、第２の分岐光の後方入力による後
方励起により高効率で増幅されて出力され、第２の方向
性結合器を介した後、光ファイバ増幅器としての出力光
となる。
を経由して前段光ファイバに入力する。前段光ファイバ
に入力した信号光は、光吸収損失を除去した増幅利得の
対数が入力励起光強度に略比例する範囲で増幅されて出
力される。前段光ファイバから出力された光は光アイソ
レータを介して後段光ファイバに入力する。後段光ファ
イバに入力した光は、第２の分岐光の後方入力による後
方励起により高効率で増幅されて出力され、第２の方向
性結合器を介した後、光ファイバ増幅器としての出力光
となる。
【００１５】なお、希土類元素がＥｒである場合、通
常、前方励起法では、光吸収損失を除去した増幅用光フ
ァイバの増幅利得の対数が入力励起光強度に略比例する
範囲ではノイズ指数が３ｄＢ程度である。また、この程
度のノイズ指数であれば、信号光の波長の光の強度が−
２０ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍ程度であれば、後方励起法に
よる増幅作用においても最終的に得られる光のノイズ指
数はあまり大きくならならないことが知られている。し
たがって、第１の光ファイバの出力光の強度を−２０ｄ
Ｂｍ〜−１５ｄＢｍ程度となるように第１の光ファイバ
の組成、長さ、および励起光の強度を制御することが、
得られる増幅光の質と増幅用エネルギの効率的な使用と
の点から見て好適である。
常、前方励起法では、光吸収損失を除去した増幅用光フ
ァイバの増幅利得の対数が入力励起光強度に略比例する
範囲ではノイズ指数が３ｄＢ程度である。また、この程
度のノイズ指数であれば、信号光の波長の光の強度が−
２０ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍ程度であれば、後方励起法に
よる増幅作用においても最終的に得られる光のノイズ指
数はあまり大きくならならないことが知られている。し
たがって、第１の光ファイバの出力光の強度を−２０ｄ
Ｂｍ〜−１５ｄＢｍ程度となるように第１の光ファイバ
の組成、長さ、および励起光の強度を制御することが、
得られる増幅光の質と増幅用エネルギの効率的な使用と
の点から見て好適である。
【００１６】また、現状では、励起光源として６０〜８
０ｍＷ程度の出力強度が得られるものが実現されてお
り、また、入力信号光の強度が−４０ｄＢ程度のとき、
増幅利得が２０ｄＢ〜２５ｄＢとなる前方励起の励起光
強度は５ｍＷ程度で済む場合が多い。したがって、第２
の光ファイバに供給できる励起光の強度は５５ｍＷ〜７
５ｍＷ程度とできる。この励起光のエネルギを充分に生
かした増幅を行うためには、同一の組成の光ファイバで
あれば、前段光ファイバの長さよりも後段光ファイバの
長さのほうが長くなることが通常である。
０ｍＷ程度の出力強度が得られるものが実現されてお
り、また、入力信号光の強度が−４０ｄＢ程度のとき、
増幅利得が２０ｄＢ〜２５ｄＢとなる前方励起の励起光
強度は５ｍＷ程度で済む場合が多い。したがって、第２
の光ファイバに供給できる励起光の強度は５５ｍＷ〜７
５ｍＷ程度とできる。この励起光のエネルギを充分に生
かした増幅を行うためには、同一の組成の光ファイバで
あれば、前段光ファイバの長さよりも後段光ファイバの
長さのほうが長くなることが通常である。
【００１７】さらに、後段光ファイバの光アイソレータ
側の端面付近に励起光の波長の光を反射する回折格子を
形成すると、後方励起法により後段光ファイバに入力し
た励起光の内、希土類元素の励起に寄与しなかった励起
光の一部が、再び後段光ファイバを通過させることによ
り、後段光ファイバ内の希土類元素の励起に寄与する。
また、希土類元素がＥｒの場合、後段光ファイバの光ア
イソレータ側の端面付近に１５３０ｎｍ帯の光を反射す
る回折格子を形成すると、前段光ファイバの出力光に含
まれるＡＳＥ雑音の主要成分である１５３０ｎｍ帯の光
は、実質的に後段光ファイバには入力しない。なお、光
ファイバ内への回折格子の形成については、“L.Reekie
et.al. : OFC'93, PD14”および“G.William et.al. :
PCT/US85/01451 ”などに記載されているように、強力
な紫外光の干渉パターンをコア部に照射することで、コ
ア部に回折格子を形成することができる。
側の端面付近に励起光の波長の光を反射する回折格子を
形成すると、後方励起法により後段光ファイバに入力し
た励起光の内、希土類元素の励起に寄与しなかった励起
光の一部が、再び後段光ファイバを通過させることによ
り、後段光ファイバ内の希土類元素の励起に寄与する。
また、希土類元素がＥｒの場合、後段光ファイバの光ア
イソレータ側の端面付近に１５３０ｎｍ帯の光を反射す
る回折格子を形成すると、前段光ファイバの出力光に含
まれるＡＳＥ雑音の主要成分である１５３０ｎｍ帯の光
は、実質的に後段光ファイバには入力しない。なお、光
ファイバ内への回折格子の形成については、“L.Reekie
et.al. : OFC'93, PD14”および“G.William et.al. :
PCT/US85/01451 ”などに記載されているように、強力
な紫外光の干渉パターンをコア部に照射することで、コ
ア部に回折格子を形成することができる。
【００１８】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要
素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
施例を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要
素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】（第１実施例）図１は、本発明の光ファイ
バ増幅器の第１実施例の構成図である。なお、以下の説
明において入力信号光の強度は−４０ｄＢｍを想定して
いる。図示のように、この装置は、（ａ）波長が９８０
ｎｍの励起光を発生する、出力強度が約６０ｍＷの励起
光源１００と、（ｂ）励起光源１００から出力された励
起光を入力し、約５ｍＷ強度の励起光Ｉ1 と約５５ｍＷ
強度の励起光Ｉ2 との２つの励起光に分岐して出力する
光分岐器２００と、（ｃ）光分岐器２００から出力され
た励起光Ｉ1 を端子３１１から入力して端子３１３から
出力するとともに、信号光を端子３１２から入力して端
子３１３から出力する方向性結合器３１０と、（ｄ）光
分岐器２００から出力された励起光Ｉ2 を端子３２１か
ら入力して端子３２２から出力するとともに、端子３２
２から入力した光を、端子３２３から出力する方向性結
合器３２０と、（ｅ）方向性結合器３１０の端子３１３
から出力された光を入力し、光吸収損失を除去した増幅
利得の対数が入力励起光強度に略比例する範囲で信号光
を増幅して、信号光の波長の光の強度を約−１５ｄＢｍ
に増幅して出力する光ファイバ４１０と、（ｆ）光ファ
イバ４１０から出力された光を光入力面５０１から入力
し、透過後に光出力面５０２から出力するとともに、光
出力面５０２から入力した光に関しては透過しない光ア
イソレータ５１０と、（ｇ）光アイソレータ５１０から
出力された光を入力し、増幅して方向性結合器３２０の
端子３２２へ出力する、光ファイバ４１０と同一の組成
から成る光ファイバ４２０と、（ｈ）入力信号光を入力
し、入力信号光の進行方向に進む光のみを透過して方向
性結合器３１０の端子３１２へ向けて出力する光アイソ
レータ５２０と、（ｉ）方向性結合器３２０の端子３２
３から出力された光を入力し、方向性結合器３２０の端
子３２３から出力された光の進行方向に進む光のみを透
過する光アイソレータ５３０と、（ｊ）光アイソレータ
５３０から出力された光を入力し、信号光の波長付近の
波長の光を選択的に透過する光バンドパスフィルタ６０
０と、から構成される。
バ増幅器の第１実施例の構成図である。なお、以下の説
明において入力信号光の強度は−４０ｄＢｍを想定して
いる。図示のように、この装置は、（ａ）波長が９８０
ｎｍの励起光を発生する、出力強度が約６０ｍＷの励起
光源１００と、（ｂ）励起光源１００から出力された励
起光を入力し、約５ｍＷ強度の励起光Ｉ1 と約５５ｍＷ
強度の励起光Ｉ2 との２つの励起光に分岐して出力する
光分岐器２００と、（ｃ）光分岐器２００から出力され
た励起光Ｉ1 を端子３１１から入力して端子３１３から
出力するとともに、信号光を端子３１２から入力して端
子３１３から出力する方向性結合器３１０と、（ｄ）光
分岐器２００から出力された励起光Ｉ2 を端子３２１か
ら入力して端子３２２から出力するとともに、端子３２
２から入力した光を、端子３２３から出力する方向性結
合器３２０と、（ｅ）方向性結合器３１０の端子３１３
から出力された光を入力し、光吸収損失を除去した増幅
利得の対数が入力励起光強度に略比例する範囲で信号光
を増幅して、信号光の波長の光の強度を約−１５ｄＢｍ
に増幅して出力する光ファイバ４１０と、（ｆ）光ファ
イバ４１０から出力された光を光入力面５０１から入力
し、透過後に光出力面５０２から出力するとともに、光
出力面５０２から入力した光に関しては透過しない光ア
イソレータ５１０と、（ｇ）光アイソレータ５１０から
出力された光を入力し、増幅して方向性結合器３２０の
端子３２２へ出力する、光ファイバ４１０と同一の組成
から成る光ファイバ４２０と、（ｈ）入力信号光を入力
し、入力信号光の進行方向に進む光のみを透過して方向
性結合器３１０の端子３１２へ向けて出力する光アイソ
レータ５２０と、（ｉ）方向性結合器３２０の端子３２
３から出力された光を入力し、方向性結合器３２０の端
子３２３から出力された光の進行方向に進む光のみを透
過する光アイソレータ５３０と、（ｊ）光アイソレータ
５３０から出力された光を入力し、信号光の波長付近の
波長の光を選択的に透過する光バンドパスフィルタ６０
０と、から構成される。
【００２０】図２は、一般的なＥｒ添加の増幅用光ファ
イバにおける入力光（強度＝−４０ｄＢｍ、波長＝１５
５２ｎｍ）の増幅利得の励起光強度に対する依存性を示
すグラフである。図２から分かるように、励起光の強度
が０ｍＷから５ｍＷ程度までは、自身による光吸収損失
を除くと、増幅利得（単位をｄＢとして）は励起光強度
に依存している。光ファイバ４１０は、図２のような特
性を備える種類の光ファイバ組成からなり、５ｍＷの励
起光の前方励起で−４０ｄＢｍの入力信号光（波長：
１．５５μｍ帯）に対して約２５ｄＢの増幅利得となる
ように長さが選択されている。
イバにおける入力光（強度＝−４０ｄＢｍ、波長＝１５
５２ｎｍ）の増幅利得の励起光強度に対する依存性を示
すグラフである。図２から分かるように、励起光の強度
が０ｍＷから５ｍＷ程度までは、自身による光吸収損失
を除くと、増幅利得（単位をｄＢとして）は励起光強度
に依存している。光ファイバ４１０は、図２のような特
性を備える種類の光ファイバ組成からなり、５ｍＷの励
起光の前方励起で−４０ｄＢｍの入力信号光（波長：
１．５５μｍ帯）に対して約２５ｄＢの増幅利得となる
ように長さが選択されている。
【００２１】本実施例の光ファイバ増幅器では、励起光
源１００が発生した励起光（波長＝９８０ｎｍ）を光分
岐器２００で励起光Ｉ1 （強度＝約５ｍＷ）と励起光Ｉ
2 （強度＝約５５ｍＷ）とに分岐され、励起光Ｉ1 によ
るノイズ発生の小さい前方励起で光ファイバ４１０内の
Ｅｒを励起するとともに、励起光Ｉ2 による増幅利得の
高い後方励起で光ファイバ４２０内のＥｒを励起する。
源１００が発生した励起光（波長＝９８０ｎｍ）を光分
岐器２００で励起光Ｉ1 （強度＝約５ｍＷ）と励起光Ｉ
2 （強度＝約５５ｍＷ）とに分岐され、励起光Ｉ1 によ
るノイズ発生の小さい前方励起で光ファイバ４１０内の
Ｅｒを励起するとともに、励起光Ｉ2 による増幅利得の
高い後方励起で光ファイバ４２０内のＥｒを励起する。
【００２２】この状態で、信号光（強度＝−４０ｄＢ
ｍ）が光アイソレータ５２０と方向性結合器３１０とを
順次経由して光ファイバ４１０に入力する。光ファイバ
４１０に入力した信号光は、光吸収損失を除去した増幅
利得の対数が入力励起光強度に略比例する範囲で増幅さ
れ、強度＝約−１５ｄＢｍ、ノイズ指数＝約３ｄＢで出
力される。光ファイバ４１０から出力された光は、光ア
イソレータ５１０を介して光ファイバ４２０に入力す
る。光ファイバ４２０に入力した光は、分岐光Ｉ2の後
方入力による後方励起により高効率で増幅されて出力さ
れ、方向性結合器３２０、光アイソレータ５３０、およ
びバンドパスフィルタ６００を順次経由した後、光ファ
イバ増幅器の出力光として出力する。こうして、増幅用
エネルギを効率的に使用して、低ノイズ、高増幅率を達
成する。
ｍ）が光アイソレータ５２０と方向性結合器３１０とを
順次経由して光ファイバ４１０に入力する。光ファイバ
４１０に入力した信号光は、光吸収損失を除去した増幅
利得の対数が入力励起光強度に略比例する範囲で増幅さ
れ、強度＝約−１５ｄＢｍ、ノイズ指数＝約３ｄＢで出
力される。光ファイバ４１０から出力された光は、光ア
イソレータ５１０を介して光ファイバ４２０に入力す
る。光ファイバ４２０に入力した光は、分岐光Ｉ2の後
方入力による後方励起により高効率で増幅されて出力さ
れ、方向性結合器３２０、光アイソレータ５３０、およ
びバンドパスフィルタ６００を順次経由した後、光ファ
イバ増幅器の出力光として出力する。こうして、増幅用
エネルギを効率的に使用して、低ノイズ、高増幅率を達
成する。
【００２３】（第２実施例）図３は、本発明の光ファイ
バ増幅器の第２実施例の構成図である。図示のように、
本実施例の装置は、後段の光ファイバ４５０が異なる以
外は第１実施例と同様に構成される。そして、光ファイ
バ４５０は、光アイソレータ５１０側の端面付近に波長
が略９８０ｎｍの光を反射する回折格子４５１と波長が
略１５３０ｎｍの光を反射する回折格子４５２とが形成
されている点が、第１実施例の光ファイバ４２０と異な
る。
バ増幅器の第２実施例の構成図である。図示のように、
本実施例の装置は、後段の光ファイバ４５０が異なる以
外は第１実施例と同様に構成される。そして、光ファイ
バ４５０は、光アイソレータ５１０側の端面付近に波長
が略９８０ｎｍの光を反射する回折格子４５１と波長が
略１５３０ｎｍの光を反射する回折格子４５２とが形成
されている点が、第１実施例の光ファイバ４２０と異な
る。
【００２４】本実施例の光ファイバ増幅器では、第１実
施例と同様に、励起光源１００が発生した励起光（波長
＝９８０ｎｍ）を光分岐器２００で励起光Ｉ1 （強度＝
約５ｍＷ）と励起光Ｉ2 （強度＝約５５ｍＷ）とに分岐
され、励起光Ｉ1 によるノイズ発生の小さい前方励起で
光ファイバ４１０内のＥｒを励起するとともに、励起光
Ｉ２による増幅利得の高い後方励起で光ファイバ４５０
内のＥｒを励起する。このとき、励起光Ｉ2 の内、Ｅｒ
の励起に寄与しなかった励起光の一部が回折格子４５１
で反射され、再び光ファイバ４５０を通過するので、こ
の再通過によっても光ファイバ４５０内のＥｒが励起さ
れ、増幅効率が向上するとともに雑音指数の劣化も防
ぐ。
施例と同様に、励起光源１００が発生した励起光（波長
＝９８０ｎｍ）を光分岐器２００で励起光Ｉ1 （強度＝
約５ｍＷ）と励起光Ｉ2 （強度＝約５５ｍＷ）とに分岐
され、励起光Ｉ1 によるノイズ発生の小さい前方励起で
光ファイバ４１０内のＥｒを励起するとともに、励起光
Ｉ２による増幅利得の高い後方励起で光ファイバ４５０
内のＥｒを励起する。このとき、励起光Ｉ2 の内、Ｅｒ
の励起に寄与しなかった励起光の一部が回折格子４５１
で反射され、再び光ファイバ４５０を通過するので、こ
の再通過によっても光ファイバ４５０内のＥｒが励起さ
れ、増幅効率が向上するとともに雑音指数の劣化も防
ぐ。
【００２５】本実施例の光ファイバ増幅器では、信号光
の入射から光アイソレータ５１０からの光出力までは第
１実施例と同様に動作する。光アイソレータ５１０か
ら、光ファイバ４５０に入力した光は、回折格子４５２
によりＡＳＥ雑音の主要部である波長が略１５３０ｎｍ
の光が反射され、ノイズ光が低減した状態で光ファイバ
４５０の残りの部分を通過しながら増幅される。また、
反射された１５３０μｍ帯のＡＳＥ雑音は光アイソレー
タ５１０により光ファイバ４１０に入射することもな
い。以後、第１実施例と同様に動作して低ノイズの出力
光が出力される。
の入射から光アイソレータ５１０からの光出力までは第
１実施例と同様に動作する。光アイソレータ５１０か
ら、光ファイバ４５０に入力した光は、回折格子４５２
によりＡＳＥ雑音の主要部である波長が略１５３０ｎｍ
の光が反射され、ノイズ光が低減した状態で光ファイバ
４５０の残りの部分を通過しながら増幅される。また、
反射された１５３０μｍ帯のＡＳＥ雑音は光アイソレー
タ５１０により光ファイバ４１０に入射することもな
い。以後、第１実施例と同様に動作して低ノイズの出力
光が出力される。
【００２６】本実施例では、励起光と略同一の波長の光
を反射する回折格子とＡＳＥ雑音の主要部の波長の光を
反射する回折格子との双方を形成したが、どちらか一方
を形成した場合には、上記で説明した夫々の効果を達成
する。
を反射する回折格子とＡＳＥ雑音の主要部の波長の光を
反射する回折格子との双方を形成したが、どちらか一方
を形成した場合には、上記で説明した夫々の効果を達成
する。
【００２７】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、変形が可能である。
ではなく、変形が可能である。
【００２８】例えば、励起光の波長を１４８０ｎｍとし
ても、上記実施例と同様に動作し、同様の効果を奏す
る。また、前段光ファイバと後段光ファイバとは同一組
成のものを使用したが、互いに異なる組成の光ファイバ
を用いてもよい。また、希土類元素はＥｒに限らずＮｄ
・Ｐｒを使用することも可能である。また、前段光ファ
イバの励起を前方励起としたが、後方励起とすることも
可能である。
ても、上記実施例と同様に動作し、同様の効果を奏す
る。また、前段光ファイバと後段光ファイバとは同一組
成のものを使用したが、互いに異なる組成の光ファイバ
を用いてもよい。また、希土類元素はＥｒに限らずＮｄ
・Ｐｒを使用することも可能である。また、前段光ファ
イバの励起を前方励起としたが、後方励起とすることも
可能である。
【００２９】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
ファイバ増幅器によれば、信号光の増幅を前段の光ファ
イバにより低雑音で増幅後、後段の光ファイバにより高
利得で増幅するので、１つの励起光源から出力される励
起光のエネルギを効率良く使用しつつ、低雑音の出力を
得ることのできる光ファイバ増幅器を実現できる。
ファイバ増幅器によれば、信号光の増幅を前段の光ファ
イバにより低雑音で増幅後、後段の光ファイバにより高
利得で増幅するので、１つの励起光源から出力される励
起光のエネルギを効率良く使用しつつ、低雑音の出力を
得ることのできる光ファイバ増幅器を実現できる。
【００３０】また、後段の光ファイバの光アイソレータ
側の端面付近に励起光の波長の光を反射する回折格子を
形成すると、後方励起法により後段の光ファイバに入力
した励起光の内、希土類元素の励起に寄与しなかった励
起光の一部が、再び後段の光ファイバを通過させること
により、後段の光ファイバ内の希土類元素の励起に寄与
するので、増幅効率を向上できる。
側の端面付近に励起光の波長の光を反射する回折格子を
形成すると、後方励起法により後段の光ファイバに入力
した励起光の内、希土類元素の励起に寄与しなかった励
起光の一部が、再び後段の光ファイバを通過させること
により、後段の光ファイバ内の希土類元素の励起に寄与
するので、増幅効率を向上できる。
【００３１】また、希土類元素がＥｒの場合、後段の光
ファイバの光アイソレータ側の端面付近に１５３０ｎｍ
帯の光を反射する回折格子を形成すると、前段の光ファ
イバの出力光に含まれるＡＳＥ雑音の主要成分である１
５３０ｎｍ帯の光は、実質的に後段の光ファイバには入
力しないので、光ファイバ増幅器としての出力光に含ま
れる雑音光を低減できる。
ファイバの光アイソレータ側の端面付近に１５３０ｎｍ
帯の光を反射する回折格子を形成すると、前段の光ファ
イバの出力光に含まれるＡＳＥ雑音の主要成分である１
５３０ｎｍ帯の光は、実質的に後段の光ファイバには入
力しないので、光ファイバ増幅器としての出力光に含ま
れる雑音光を低減できる。
【図１】本発明の第１実施例の光ファイバ増幅器の構成
図である。
図である。
【図２】増幅用光ファイバの増幅利得の励起光強度に対
する依存性を示すグラフである。
する依存性を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施例の光ファイバ増幅器の構成
図である。
図である。
【図４】従来の光ファイバ増幅器の構成図である。
１００…励起光源、２００…光分岐器、３１０，３２０
…方向性結合器、４１０，４２０，４５０…光ファイ
バ、４５１，４５２…回折格子、５１０，５２０，５３
０…光アイソレータ、６００…光バンドパスフィルタ。
…方向性結合器、４１０，４２０，４５０…光ファイ
バ、４５１，４５２…回折格子、５１０，５２０，５３
０…光アイソレータ、６００…光バンドパスフィルタ。
Claims (9)
- 【請求項１】 励起光を発生する励起光源と、 前記励起光源から出力された励起光を入力し、２つの光
に分岐して出力する光分岐器と、 前記光分岐器から出力された第１の分岐励起光を入力す
るとともに、入力した信号光を光吸収損失を除去した増
幅利得の対数が入力励起光強度に略比例する範囲で増幅
して出力する第１の光ファイバ増幅段と、 前記第１の光ファイバ増幅段から出力された光を入力を
光入射面から入力し、透過後に光出力面から出力すると
ともに、光出力面から入力した光に関しては透過しない
光アイソレータと、 前記光分岐器から出力された第２の分岐励起光を入力す
るとともに、光アイソレータから出力された光を入力
し、前記光アイソレータから出力された光を増幅して出
力する第２の光ファイバ増幅段と、 を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項２】 前記第１の光ファイバ増幅段は、 前記光分岐器から出力された第１の分岐励起光を第１の
端子から入力するとともに、信号光を第２の端子から入
力して、第３の端子から出力する第１の方向性結合器
と、 前記第１の方向性結合器の前記第３の端子から出力され
た光を入力し、信号光を光吸収損失を除去した増幅利得
の対数が入力励起光強度に略比例する範囲で増幅して出
力する第１の光ファイバと、 を備え、 前記第２の光ファイバ増幅段は、 前記光分岐器から出力された第２の分岐励起光を第４の
端子から入力して第５の端子から出力するとともに、前
記第５の端子から入力した光を、第６の端子から出力す
る第２の方向性結合器と、 前記光アイソレータから出力された光を一方の端面から
入力し、増幅して他方の端面から前記第２の方向性結合
器の前記第５の端子へ出力する第２の光ファイバと、 を備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増
幅器。 - 【請求項３】 前記第１の光ファイバ増幅段と前記第２
の光ファイバ増幅段とが備える増幅用光ファイバは、希
土類元素添加の光ファイバである、ことを特徴とする請
求項１記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項４】 前記信号光の波長は１．５５μｍ帯であ
り、前記希土類元素はＥｒであり、前記励起光の波長は
略０．９８μｍおよび略１．４８μｍのいずれか一方で
ある、ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ増幅
器。 - 【請求項５】 前記第１の分岐励起光の強度は、前記第
１の光ファイバ増幅段の増幅利得の対数が入力励起光強
度に略比例する範囲の値である、ことを特徴とする請求
項１記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項６】 前記第１の光ファイバ増幅段からの出力
光の強度は、−２０ｄＢｍ以上−１５ｄＢｍ以下であ
る、ことを特徴とする請求項５記載の光ファイバ増幅
器。 - 【請求項７】 前記第１の光ファイバ増幅段が備える第
１の増幅用光ファイバの組成と前記第２の光ファイバ増
幅段が備える第２の増幅用光ファイバの組成は略同一で
あり、前記第１の増幅用光ファイバの増幅部の長さは前
記第２の増幅用光ファイバの増幅部の長さよりも短く、
かつ前記第１の分岐励起光の強度は前記第２の分岐励起
光の強度よりも小さい、ことを特徴とする請求項１記載
の光ファイバ増幅器。 - 【請求項８】 前記第２の光ファイバ増幅段が備える増
幅用光ファイバの前記光アイソレータ側の端面付近に励
起光の波長の光を選択的に反射する回折格子が形成され
ている、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増
幅器。 - 【請求項９】 前記第２の光ファイバ増幅段が備える増
幅用光ファイバの前記光アイソレータ側の端面付近に略
１５３０ｎｍの波長の光を選択的に反射する回折格子が
形成されている、ことを特徴とする請求項４記載の光フ
ァイバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5304319A JPH07162371A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5304319A JPH07162371A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07162371A true JPH07162371A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17931599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5304319A Pending JPH07162371A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07162371A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5896221A (en) * | 1996-08-01 | 1999-04-20 | Nec Corporation | Optical amplifying system having multiple branching units and method therefor |
| US7379236B2 (en) | 2003-07-04 | 2008-05-27 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical fiber communication system using remote pumping |
-
1993
- 1993-12-03 JP JP5304319A patent/JPH07162371A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5896221A (en) * | 1996-08-01 | 1999-04-20 | Nec Corporation | Optical amplifying system having multiple branching units and method therefor |
| US7379236B2 (en) | 2003-07-04 | 2008-05-27 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical fiber communication system using remote pumping |
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