JPH07218726A - 光増幅システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光増幅システムに、通常使用されている光フ
ァイバの比屈折率差と異なる比屈折率差を持つ光ファイ
バを接続した場合であっても、反射光による相対強度雑
音の劣化が抑制され、光伝送系全体の伝送品質が低下し
ない光増幅システムを提供する。 【構成】 本発明の光増幅システムでは、光ファイバ型
光増幅器の入射側と出射側の両方、または、少なくとも
出射側の一方に、消光比が５０ｄＢより高い光アイソレ
ータ、とりわけ消光比が６０ｄＢ以上の光アイソレータ
が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いられる光
増幅システムに関し、更に詳しくは、光増幅システムに
使用されている通常の光ファイバと異なる比屈折率差を
持つ光ファイバ、例えば、分散補償光ファイバ等と接続
しても光伝送系全体の伝送品質が低下しない光増幅シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いた光伝送系において
は、伝送される光信号の伝送損失を補償するため、前記
光伝送系中に光増幅システムを介挿する。まず、図１に
光伝送系の概略を示す。図１において、点線で囲まれた
部分が光ファイバ型光増幅器を表す。

【０００３】この光増幅器では、まず、内部に例えばＥ
ｒ³⁺のようなレーザ活性物質がドープされたアンプファ
イバ１の出射端１ｂが光合波分波器２の端子２ａに接続
され、光合波分波器２の端子２ｂには前記アンプファイ
バ１内のレーザ活性物質を励起するための励起光を発振
する励起光源３が光ファイバ４を介して接続され、更
に、光合波分波器２の端子２ｃに、前記アンプファイバ
１で光増幅された増幅光を出射する光ファイバ５が接続
されている。

【０００４】端子２ｂから光合波分波器２に入射した励
起光は端子２ａからアンプファイバ１に入射して信号光
を増幅し、その増幅光は端子２ａから光合波分波器２に
入射し、端子２ｃから出射していく。上記構成におい
て、光増幅を行う場合、まず、信号光α₁ をアンプファ
イバ１の入射端１ａに入射させる。一方、励起光源３に
おいて励起光α₂ を発振させ、この励起光α₂ を光ファ
イバ４および光合波分波器２を介して、前記アンプファ
イバ１内へ導入させ、アンプファイバ内のレーザ活性物
質を励起させる。

【０００５】このとき、アンプファイバ内に信号光α₁
が導入された状態で、前記レーザ活性物質が励起状態か
ら基底状態に戻ると、前記信号光α₁ に共鳴して、同一
波長、同一位相の強い光を放出する誘導放出現象が起こ
る。この誘導放出によって信号光α₁ が光増幅される。
上記の光増幅器が組み込まれる光伝送系では、光ファイ
バの接続部分や、他の各種光学部品との接続部分などで
反射が起こり、光増幅器に、位相や振幅などが信号光と
異なる反射光が戻ってくることがある。このような事態
が発生すると、増幅光に雑音が発生する。

【０００６】そのため、上記した光伝送系においては、
通常、光増幅器の出射側に、雑音の原因になる反射光等
を遮断するための出射側光アイソレータ６が設置され、
また、光増幅器自体からも他の光学部品に対して悪影響
を与える反射光等を出さないように、光増幅器の入射側
にも入射側光アイソレータ７が設置された光増幅システ
ムが形成される。

【０００７】一般に、上記光増幅システムが用いられる
光伝送系では、光学部品および光ファイバの各接続部分
での反射減衰量は４０ｄＢ以上であるという前提の下
に、前記光アイソレータはその消光比が５０ｄＢ程度の
ものが使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光増幅シス
テムに、通常使用されている光ファイバの比屈折率差と
異なる比屈折率差を持つ光ファイバ（例えば分散補償光
ファイバ等）を接続すると、その接続部分において屈折
率の不整合が生じ、反射減衰量が３５ｄＢ程度になるこ
とがある。

【０００９】しかしながら、従来の光増幅システムで
は、各接続部分での反射減衰量を４０ｄＢ以上と前提し
ているため、上記のように反射減衰量が低くなると、あ
まり減衰されない状態の反射光が、光増幅システムに戻
ってくるため、前記光アイソレータでは反射光を遮断し
きれない事態が生じる。そのため位相や振幅が多様であ
る反射光が光増幅器に戻り、そのことにより相対強度雑
音（Relative Intensity Noise：ＲＩＮ、以下、ＲＩＮ
という）が劣化し、光伝送系全体の伝送品質が低下する
問題が生じている。

【００１０】本発明は、従来の光増幅システムにおける
上記した問題を解決し、光増幅システムに、通常使用さ
れている光ファイバの比屈折率差と異なる比屈折率差を
持つ光ファイバを接続した場合であっても、反射光によ
るＲＩＮの劣化が抑制され、光伝送系全体の伝送品質が
低下しない光増幅システムを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光ファイバ型光増幅器の入射側と出射
側の両方、または、少なくとも出射側の一方に、消光比
が５０ｄＢより高い光アイソレータを有することを特徴
とする、光増幅システムが提供される。特に、消光比が
６０ｄＢ以上の光アイソレータを配置した光増幅システ
ムが提供される。

【００１２】本発明の光増幅システムにおいて、入射側
に配置される光アイソレータは、光増幅システム内に入
射してきた信号光が光増幅システム内の各光学部品また
は光ファイバの接続部分で起こす反射に基づく反射光お
よび後述する励起光源からの励起光等が、信号光の入射
方向へ戻ることを防ぐ働きをする。例えば、信号光の発
振源であるレーザの共振器に反射光等が戻ってくると、
位相や振幅が多様なこれら反射光に誘起されて、レーザ
の発振モードが変化したり、雑音が発生したりする。こ
のように、信号光に影響を与えないために光増幅システ
ムの入射側に光アイソレータが設置される。

【００１３】この入射側光アイソレータは前記信号光の
反射光や励起光を遮断できるものであれば格別限定され
るものではなく、例えば、バルク単結晶形光アイソレー
タ、厚膜ガーネット形光アイソレータ等が挙げられる。
アンプファイバは、入射してきた信号光を光増幅する働
きをする。このアンプファイバは、内部にレーザ活性物
質がドープされており、このレーザ活性物質が後述する
励起光により励起され、その励起された状態から基底状
態に戻る際に、誘導放出が起こり、信号光が増幅され
る。

【００１４】アンプファイバにドープされるレーザ活性
物質としては、例えば、Ｅｒ³⁺やＮｄ³⁺などの希土類元
素が挙げられる。増幅する信号光の波長によって最適な
ドープ用のレーザ活性物質を選択することが好ましい。
上述のレーザ活性物質のうちＥｒ³⁺をドープしたアンプ
ファイバは波長1.５μｍ帯の光を増幅できるため、現状
の波長1.５５μｍの光通信用の光増幅システムに用いて
好適である。

【００１５】ついで、励起光源は、前記アンプファイバ
内のレーザ活性物質を励起するための励起光を発振する
働きをする。この励起光源にはレーザダイオードが使用
され、その発振波長は前記アンプファイバにドープされ
たレーザ活性物質の励起波長に合わせて選択される。例
えば、Ｅｒ³⁺では、波長0.８１μｍ、0.９８μｍ、1.４
８μｍに光の吸収が生じる。従って、これらの波長を使
用してＥｒ³⁺を励起することができる。

【００１６】しかし、0.８１μｍ帯の励起光は励起効率
が低いため、励起波長としては0.９８μｍ、1.４８μｍ
が有効であり、励起光源には波長が0.９８μｍ、または
1.４８μｍのレーザ光を発振することができるレーザダ
イオードを用いることが好ましい。次に、出射側光アイ
ソレータは、本光増幅システムの出射側に位置する光学
部品や光ファイバ等の接続部分から反射してくる反射光
を遮断する働きをする。

【００１７】各接続部分での反射減衰量が４０ｄＢ以上
の場合は、光アイソレータの消光比は５０ｄＢ程度で充
分に反射光を遮断することができる。しかし、各接続部
分での反射減衰量が４０ｄＢより低くなり、あまり減衰
されていない反射光が戻ってくる場合には、消光比が５
０ｄＢ程度の光アイソレータでは反射光を遮断すること
ができなくなる。このように、反射光を遮断できない場
合、光増幅システム内には位相や振幅が多様な反射光が
侵入してしまい、それが原因となって増幅光に雑音が発
生し、光増幅システムのＲＩＮを劣化させてしまう。

【００１８】そのため、光増幅器の出射側には光アイソ
レータを設置し、その消光比を５０ｄＢより高く設定す
る必要がある。好ましい消光比は６０ｄＢ以上である。
用いる光アイソレータとしては、上記した特性の消光比
を示すもので、反射光を遮断できるものであれば格別限
定されるものではなく、例えば、バルク単結晶形光アイ
ソレータ、厚膜ガーネット形光アイソレータ等が挙げら
れる。

【００１９】光合波分波器は、信号光が導入されている
前記アンプファイバに励起光を導入させる働きをする。
そのため、光合波分波器は、励起光出射光ファイバを介
して励起光源が接続された状態で、前記アンプファイバ
と出射側光アイソレータの間に挿入される。このとき、
励起光源で発振された励起光は光合波分波器を介してア
ンプファイバの一端に導入され、前記アンプファイバ内
のレーザ活性物質を励起する。

【００２０】一方、前記アンプファイバの他端から導入
された信号光は誘導放出により光増幅され、励起光の進
行方向と逆方向に出射してくる。この光増幅された信号
光は、更に光合波分波器に導入され、出射側光アイソレ
ータの方向に出射される。以上のような構成で光増幅器
が形成され、光増幅が行われるが、この構成は一例であ
り、信号光を導入したアンプファイバ内に、励起光を入
射させ、アンプファイバ内のレーザ活性物質を励起させ
て誘導放出を起こすことができる構成であれば格別限定
されるものではなく、例えば、図２に示すように、アン
プファイバ１、光合波分波器２、励起光源３、前記アン
プファイバ１から放出される不要な光は除去し、増幅光
α₁ ’のみを選択的に透過させる光フィルターＦ₁ を光
ファイバにより光学的に接続し、前記光合波分波器２の
端子２ｃに入射される信号光α₁ と励起光源３から発振
される励起光α₂ とを光合波分波器２で合波し、前記ア
ンプファイバ１の入射端１ａからアンプファイバ１に信
号光と励起光とを同一方向から入射させて誘導放出を起
こさせ、光増幅させる構成にしてもよい。ただし、この
場合は、アンプファイバ１の出射端１ｂに設置したフィ
ルターＦ₁ により、増幅光α₁ ’以外の光を除去する必
要がある。

【００２１】なお、光合波分波器については、信号光
（増幅光）と励起光とを合波、および分波できるもので
あれば格別限定されるものではなく、例えば、誘電体多
層膜フィルターを用いたもの、方向性結合器、回折格子
を用いたもの、プリズムを用いたもの等が挙げられる。

【００２２】

【作用】本発明の光増幅システムにおいては、光増幅器
の入射側と出射側に、とりわけ出射側に高い消光比の光
アイソレータが設けてあるため、これら光アイソレータ
によって、光学部品および光ファイバ等の接続部分から
の反射光が除去され、雑音の発生が抑制される。その結
果、光伝送系における伝送品質の低下が防止されるよう
になる。

【００２３】

【実施例】

実施例１、比較例１、２ 実施例１の光増幅システムの概略構成図を図１に示す。
本発明の実施例１では、図１に示すように、光増幅シス
テムの基本構成部分に対して、光増幅システムに入射さ
れる信号光α₁ をモニターするためのモニター用フォト
ダイオード８を入射側光ファイバ９’および９の間にモ
ニター用カプラ１０を介して接続し、更に、光増幅シス
テムから出射される増幅光α₁ ’をモニターするための
モニター用フォトダイオード１１を出射側光ファイバ１
２および１２’の間にモニター用カプラ１３を介して接
続し、ついで、出射側光ファイバ１２’の先に分散補償
光ファイバ１４をＣ₁ 部分で融着接続した構成になって
いる。

【００２４】本発明の実施例１において、入射側光アイ
ソレータ７は消光比が５０ｄＢのものを用いた。また、
出射側光アイソレータ６は消光比が６０ｄＢのものを用
いた。前記入射側光アイソレータ７の出射端７ｂの先に
接続するアンプファイバ１にはＥｒ³⁺をドープした光フ
ァイバを用いた。

【００２５】前記Ｅｒ³⁺ドープ光ファイバ１内のＥｒ³⁺
を励起する励起光を発振する励起光源３には、波長1.４
８μｍの光を発振するレーザーダイオードを用いた。前
記Ｅｒ³⁺ドープ光ファイバ１に接続される光合波分波器
２には、図３に示すような、内部に波長1.４８μｍの光
は反射し、波長1.５５μｍの光は透過する特性を有する
誘電体多層膜フィルター１５が形成されている光学ガラ
ス基板１６を、端子２ｂから入射した波長1.４８μｍの
光を反射して端子２ａに向かわせる角度に設置した構造
のものを用いた。

【００２６】この光合波分波器２により、励起光源３で
発振された波長1.４８μｍの励起光は、端子２ｂから光
合波分波器２に導入され、内部の誘電体多層膜フィルタ
ー１５で反射して、端子２ａからＥｒ³⁺ドープ光ファイ
バへ導入される。更に、Ｅｒ³⁺ドープ光ファイバ１で光
増幅され、出射してきた波長1.５５μｍの増幅光は、光
合波分波器２の端子２ａから光合波分波器２の内部に導
かれ、前記誘電体多層膜フィルター１５と光学ガラス基
板１６を透過して端子２ｃから出射し、更に出射側光ア
イソレータ６、モニター用カプラ１３を通過して、分散
補償光ファイバ１４に導入される。

【００２７】本実施例１において、本光増幅システムに
接続する分散補償光ファイバ１４の比屈折率差を2.４％
とし、また、本光増幅システムを構成する各光学部品間
を結ぶ光ファイバの比屈折率差を0.３％程度としてあ
る。この場合、融着接続部分Ｃ₁ においては、屈折率不
整合による反射が生じており、反射減衰量は、両端から
の反射を合わせて３５ｄＢ程度になる。

【００２８】上記の実施例１の構成において、波長1.４
８μｍの励起光によりＥｒ³⁺ドープ光ファイバ内のＥｒ
³⁺を励起させ、前記Ｅｒ³⁺ドープ光ファイバへ、波長1.
５５μｍの信号光α₁ を導入することにより、前記信号
光α₁ の光増幅を行い、そのときの光増幅システムのＲ
ＩＮを測定した。また、上記実施例１において、出射側
光アイソレータ６の消光比を５０ｄＢとし、光増幅シス
テムに接続する光ファイバの比屈折率差を0.３％とした
比較例１と、上記実施例１において出射側光アイソレー
タ６の消光比を５０ｄＢとし、光増幅システムに接続す
る光ファイバを比屈折率差が2.４％の分散補償光ファイ
バとした比較例２とについて、それぞれ実施例１と同様
にして、光増幅システムのＲＩＮを測定した。

【００２９】結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１の結果より、出射側光アイソレータ６
の消光比が５０ｄＢで、光増幅システムに接続する光フ
ァイバの比屈折率差を0.３％とした比較例１のＲＩＮに
対して、出射側光アイソレータ６の消光比が６０ｄＢ
で、光増幅システムに接続する光ファイバに比屈折率差
が2.４％の分散補償光ファイバを用いた実施例１のＲＩ
Ｎは劣化していない。

【００３２】一方、出射側光アイソレータ６の消光比が
５０ｄＢで、光増幅システムに接続する光ファイバに比
屈折率差が2.４％の分散補償光ファイバを用いた比較例
２は比較例１に対して、ＲＩＮは劣化していた。このこ
とから、本発明の光増幅システムは、この光増幅システ
ムに使用されている光ファイバの比屈折率差と異なる比
屈折率差を持つ光ファイバと接続しても光増幅システム
のＲＩＮが劣化しないことがわかる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の光増幅システムに、通常使用さ
れている光ファイバの比屈折率差と異なる比屈折率差を
持つ光ファイバ（例えば分散補償光ファイバ等）を接続
しても、本発明の光増幅システムでは内部に組み込まれ
ている光アイソレータの消光比を５０ｄＢより高く設定
しているため、前記反射光は遮断することができる。

【００３４】そのため、反射光によるＲＩＮの劣化は抑
えられので、光伝送系全体の伝送品質は低下しない。こ
のことから、本発明の光増幅システムを使用することに
より、分散補償光ファイバを使用した光伝送系において
もＲＩＮが劣化しない光増幅ができるので、分散補償と
損失補償を同時に行うモジュールが提供でき、その工業
的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】光増幅システムの概略構成図である。

【図２】光増幅器の一例を示す概略構成図である。

【図３】光合波分波器の概略構成図である。

【符号の説明】

１ アンプファイバ １ａ アンプファイバ入射端 １ｂ アンプファイバ出射端 ２ 光合波分波器 ２ａ、２ｂ、２ｃ 光合波分波器の端子 ３ 励起光源 ４ 励起光出射光ファイバ ５ 光ファイバ ６ 出射側光アイソレータ ６ａ 出射側光アイソレータの入射端 ６ｂ 出射側光アイソレータの出射端 ７ 入射側光アイソレータ ７ａ 入射側光アイソレータの入射端 ７ｂ 入射側光アイソレータの出射端 ８ モニター用フォトダイオード ９、９’ 入射側光ファイバ １０ モニター用カプラ １１ モニター用フォトダイオード １２、１２’ 出射側光ファイバ １３ モニター用カプラ １４ 分散補償光ファイバ １５ 誘電体多層膜フィルタ １６ 光学ガラス基板 α₁ 信号光 α₁ ’ 増幅光 α₂ 励起光 Ｃ₁ 融着接続部分 Ｆ₁ 光フィルター

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｚ Ｈ０４Ｂ 10/17 10/16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ型光増幅器の入射側と出射側
   の両方、または、少なくとも出射側の一方に、消光比が
   ５０ｄＢより高い光アイソレータを有することを特徴と
   する、光増幅システム。
2. 【請求項２】 前記光アイソレータの消光比が６０ｄＢ
   以上である、請求項１の光増幅システム。