JPH08116117A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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Publication number
JPH08116117A
JPH08116117A JP6250588A JP25058894A JPH08116117A JP H08116117 A JPH08116117 A JP H08116117A JP 6250588 A JP6250588 A JP 6250588A JP 25058894 A JP25058894 A JP 25058894A JP H08116117 A JPH08116117 A JP H08116117A
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JP
Japan
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light
optical
pumping
pumping light
gain
Prior art date
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Pending
Application number
JP6250588A
Other languages
English (en)
Inventor
Taichi Kogure
太一 小暮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP6250588A priority Critical patent/JPH08116117A/ja
Publication of JPH08116117A publication Critical patent/JPH08116117A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1301Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
    • H01S3/13013Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by controlling the optical pumping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/02ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、光増幅器に関するもので、ES
Aを引き起こす波長の補償用励起光を用いることにより
雑音特性を劣化させることなく利得を安定化させること
を目的とする。 【構成】 希土類添加光ファイバと、上記希土類添加光
ファイバを励起する励起光源と、励起光と信号光を合波
する手段と、希土類元素においてESAを引き起こすエ
ネルギーと等価な波長で発光する補償用励起光源と、補
償用励起光と信号光を合波する手段と、利得検出手段
と、上記利得検出手段からの出力に応じて上記補償用励
起光源を駆動することのできる利得制御手段を備え、上
記利得検出手段からの出力に応じて上記補償用励起光源
を駆動することにより利得を安定化できるようにしたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、励起光により光励起
された希土類元素添加光ファイバ中の希土類元素の誘導
放出原理を利用して信号光を増幅する光増幅器の利得安
定化方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】先ず従来の光増幅器の利得安定化方式に
ついて説明する。図8および図9は、例えば1993年
11月信学会技報OCS93−60に示されたそれぞれ
補償光制御方式および励起光制御方式による従来の光増
幅器の利得安定化方式を説明する図である。図8におい
て、1は信号光入力端子、2は信号光出力端子、3は希
土類添加光ファイバ、4は励起光源、5は信号光と励起
光とを合波または分波するための励起光用光合分波器、
8は信号光波長帯の光を分岐または結合する光分岐結合
器、9は利得制御回路、14は信号光波長帯域にあり、
信号光波長とは異なった波長の補償用光源、15は補償
用光およびプローブ光を上記希土類添加光ファイバ3に
結合するための光カプラ、16は信号光波長帯において
感度を有する光検出器、17は必要な波長帯の光のみを
透過する光フィルタである。図9において、18は信号
光波長帯域にあり、かつ信号光波長とは異なった波長の
プローブ用光源である。
【0003】次に補償光制御方式による従来の光増幅器
の利得安定化方式の動作について説明する。励起光源5
から出力された励起光は励起光合分波器5を介して希土
類添加光ファイバ3に入力し、信号入力端子1から入力
した信号光は光分岐結合器8を介して希土類添加光ファ
イバ3に入力し、励起光合分波器5および光カプラ15
を介して信号出力端子2から増幅した信号光として取り
出される。希土類添加光ファイバ3での利得の変動は希
土類添加光ファイバ3で発生するASE(Amlifi
ed Spontaneous Emission)光
の変動として検出することができるため、光フィルタ1
7を介して取り出されたASE光パワーを光検出器16
で検出し、その検出値が一定になるように、光カプラ1
5と励起光合分波器5とを介して希土類添加光ファイバ
3に入力させる補償光パワーを制御することにより利得
を安定にすることができる。
【0004】次に励起光制御方式による従来の光増幅器
の利得安定化方式の動作について説明する。励起光源4
から出力された励起光は励起光合分波器5を介して希土
類添加光ファイバ3に入力し、信号入力端子1から入力
した信号光は光カプラ15を介して希土類添加光ファイ
バ3に入力し、励起光合分波器5と光分岐結合器8とを
介して信号出力端子2から増幅した信号光として取り出
される。希土類添加光ファイバ3での利得の変動は、光
カプラ15を介して希土類添加光ファイバ3に入力し、
励起光合分波器5、光分岐結合器8および光フィルタ1
7を介して光検出器16に入力する増幅したプローブ光
パワーの変動として検出されることになる。増幅したプ
ローブ光パワーが一定になるように励起光パワーを制御
すれば利得を安定することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の光
増幅器の利得安定化方式においては、利得制御に用いる
補償光やプローブ光の波長は信号光波長帯域内もしくは
信号光波長帯域と非常に近接しているので信号光との間
で生じる非線型効果による伝送特性の劣化を抑えるため
に、補償光やプローブ光を信号光と同一方向に伝播させ
ないような構成にする必要があり、設計の自由度が限定
されてしまうことになる。また、励起光制御による利得
の安定化方式においては励起光の光パワーを変動させて
しまうため、雑音特性を大きく劣化させてしまう可能性
がある。また、補償光制御による利得の安定化方式にお
いても、雑音特性に波長依存性があるような希土類添加
光ファイバ、例えばエルビウム添加光ファイバの場合
は、信号光波長帯域内もしくは信号光波長帯域に近接し
ている補償光の波長を信号光波長と同一にすることはで
きないために補償光パワーを制御することにより雑音特
性が変化してしまう可能性がある。
【0006】この発明は、上記のような課題点を解消す
るためになされたものであり、雑音特性を劣化すること
なく、利得を安定化することを特徴とした光増幅器を得
ることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る実施例1
の光増幅器においては、励起光の光ポンピングにより信
号光を増幅することのできる希土類添加光ファイバと、
希土類元素の基底準位からの遷移による光吸収波長帯を
発光波長帯とする励起光源と、信号光と励起光を合波お
よび分波する手段と、希土類元素の反転分布の上準位か
ら更に高い準位への遷移による励起吸収の波長帯を発光
波長帯とする補償用励起光源と、信号光と補償用励起光
を合波および分波する手段と、希土類元素光ファイバの
利得を検出する手段と、利得検出手段の出力に応じて補
償用励起光を駆動する利得制御手段を備え、利得検出手
段からの出力に応じて補償用励起光源からの光パワーを
制御して利得の安定化を可能にしたものである。
【0008】この発明に係る実施例2の光増幅器におい
ては、励起光の光ポンピングにより信号光を増幅するこ
とのできる希土類添加光ファイバと、希土類元素の基底
準位からの遷移による光吸収波長帯を発光波長帯とする
励起光源と、少なくとも信号光を入出力するための信号
光端子と励起光を入力するための励起光端子と信号光を
入出力しかつ励起光を出力する共通端子とを備えた励起
光合分波器と、希土類元素の反転分布の上準位から更に
高い準位への遷移による励起吸収の波長帯を発光波長帯
とする補償用励起光源と、少なくとも信号光を入出力す
るための信号光端子と補償用励起光を入力するための補
償用励起光端子と信号光を入出力しかつ補償用励起光を
出力する共通端子とを備えた補償用励起光合分波器と、
ASE光パワーを利得として検出する利得検出手段と、
ASE光を分岐する光分岐結合器と、利得検出手段の出
力に応じて補償用励起光を駆動する利得制御手段を備
え、励起光源を励起光合分波器を介して希土類添加光フ
ァイバの出力端子に接続し、補償用励起光源を補償用励
起光合分波器を介して希土類添加光ファイバの入力端子
に接続し、自然放出光が補償用励起光合分波器および光
分岐結合器を介して利得検出手段に入力するように光分
岐結合器を補償用励起光合分波器の信号入力端子に接続
し、利得検出手段からの出力に応じて補償用励起光源か
らの光パワーを制御して利得の安定化を可能にしたもの
である。
【0009】この発明に係る実施例3の光増幅器におい
ては、励起光の光ポンピングにより信号光を増幅するこ
とのできる希土類添加光ファイバと、希土類元素の基底
準位からの遷移による光吸収波長帯を発光波長帯とする
励起光源と、少なくとも信号光を入出力するための信号
光端子と励起光を入力するための励起光端子と信号光を
入出力しかつ励起光を出力する共通端子とを備えた励起
光合分波器と、希土類元素の反転分布の上準位から更に
高い準位への遷移による励起吸収の波長帯を発光波長帯
とする補償用励起光源と、少なくとも信号光を入出力す
るための信号光端子と補償用励起光を入力するための補
償用励起光端子と信号光を入出力しかつ補償用励起光を
出力する共通端子とを備えた補償用励起光合分波器と、
ASE光パワーを利得として検出する利得検出手段と、
ASE光を分岐する光分岐結合器と、利得検出手段の出
力に応じて補償用励起光を駆動する利得制御手段を備
え、補償用励起光源を補償用励起光合分波器を介して希
土類添加光ファイバの出力端子に接続し、励起光源を励
起光合分波器を介して希土類添加光ファイバの入力端子
に接続し、自然放出光が励起光合分波器および光分岐結
合器を介して利得検出手段に入力するように光分岐結合
器を励起光合分波器の信号入力端子に接続し、利得検出
手段からの出力に応じて補償用励起光源からの光パワー
を制御して利得の安定化を可能にしたものである。
【0010】この発明に係る実施例4の光増幅器におい
ては、励起光の光ポンピングにより信号光を増幅するこ
とのできる希土類添加光ファイバと、希土類元素の基底
準位からの遷移による光吸収波長帯を発光波長帯とする
励起光源と、少なくとも信号光を入出力するための信号
光端子と励起光を入力するための励起光端子と信号光を
入出力しかつ励起光を出力する共通端子とを備えた励起
光合分波器と、希土類元素の反転分布の上準位から更に
高い準位への遷移による励起吸収の波長帯を発光波長帯
とする補償用励起光源と、少なくとも信号光を入出力す
るための信号光端子と補償用励起光を入力するための補
償用励起光端子と信号光を入出力しかつ補償用励起光を
出力する共通端子とを備えた補償用励起光合分波器と、
ASE光パワーを利得として検出する利得検出手段と、
ASE光を分岐する光分岐結合器と、利得検出手段の出
力に応じて補償用励起光を駆動する利得制御手段を備
え、励起光源を励起光合分波器を介して希土類添加光フ
ァイバの出力端子に接続し、補償用励起光源を補償用励
起光合分波器を介して希土類添加光ファイバの入力端子
に接続し、自然放出光が励起光合分波器および光分岐結
合器を介して利得検出手段に入力するように光分岐結合
器を励起光合分波器の信号出力端子に接続し、利得検出
手段からの出力に応じて補償用励起光源からの光パワー
を制御して利得の安定化を可能にしたものである。
【0011】この発明に係る実施例5の光増幅器におい
ては、励起光の光ポンピングにより信号光を増幅するこ
とのできる希土類添加光ファイバと、希土類元素の基底
準位からの遷移による光吸収波長帯を発光波長帯とする
励起光源と、少なくとも信号光を入出力するための信号
光端子と励起光を入力するための励起光端子と信号光を
入出力しかつ励起光を出力する共通端子とを備えた励起
光合分波器と、希土類元素の反転分布の上準位から更に
高い準位への遷移による励起吸収の波長帯を発光波長帯
とする補償用励起光源と、少なくとも信号光を入出力す
るための信号光端子と補償用励起光を入力するための補
償用励起光端子と信号光を入出力しかつ補償用励起光を
出力する共通端子とを備えた補償用励起光合分波器と、
ASE光パワーを利得として検出する利得検出手段と、
ASE光を分岐する光分岐結合器と、利得検出手段の出
力に応じて補償用励起光を駆動する利得制御手段を備
え、補償用励起光源を補償用励起光合分波器を介して希
土類添加光ファイバの出力端子に接続し、励起光源を励
起光合分波器を介して希土類添加光ファイバの入力端子
に接続し、自然放出光が補償用励起光合分波器および光
分岐結合器を介して利得検出手段に入力するように光分
岐結合器を補償用励起光合分波器の信号出力端子に接続
し、利得検出手段からの出力に応じて補償用励起光源か
らの光パワーを制御して利得の安定化を可能にしたもの
である。
【0012】この発明に係る実施例6の光増幅器におい
ては、励起光の光ポンピングにより信号光を増幅するこ
とのできる希土類添加光ファイバと、希土類元素の基底
準位からの遷移による光吸収波長帯を発光波長帯とする
励起光源と、少なくとも信号光を入出力するための信号
光端子と励起光を入力するための励起光端子と信号光を
入出力しかつ励起光を出力する共通端子とを備えた励起
光合分波器と、希土類元素の反転分布の上準位から更に
高い準位への遷移による励起吸収の波長帯を発光波長帯
とする補償用励起光源と、少なくとも信号光を入出力す
るための信号光端子と補償用励起光を入力するための補
償用励起光端子と信号光を入出力しかつ補償用励起光を
出力する共通端子とを備えた補償用励起光合分波器と、
信号光パワーを検出する第1および第2の光検出器と、
上記光検出器の出力により利得を検出する利得検出手段
と、信号光を分岐する第1および第2の光分岐結合器
と、利得検出手段の出力に応じて補償用励起光を駆動す
る利得制御手段を備え、励起光源を励起光合分波器を介
して希土類添加光ファイバの出力端子に接続し、補償用
励起光源を補償用励起光合分波器を介して希土類添加光
ファイバの入力端子に接続し、励起光合分波器の信号出
力端子に第1の光分岐結合器の信号入力端子を接続し、
第1の光分岐結合器の信号分岐出力端子に第1の光検出
手段を接続し、補償用励起光合分波器の信号入力端子に
第2の光分岐結合器の信号出力端子を接続し、第2の光
分岐結合器の信号分岐出力端子に第2の光検出手段を接
続し、第1および第2の光検出手段の出力を利得検出手
段に入力させることによって利得を検出し、利得検出手
段からの出力に応じて補償用励起光源からの光パワーを
制御して利得の安定化を可能にしたものである。
【0013】この発明に係る実施例7の光増幅器におい
ては、励起光の光ポンピングにより信号光を増幅するこ
とのできる希土類添加光ファイバと、希土類元素の基底
準位からの遷移による光吸収波長帯を発光波長帯とする
励起光源と、少なくとも信号光を入出力するための信号
光端子と励起光を入力するための励起光端子と信号光を
入出力しかつ励起光を出力する共通端子とを備えた励起
光合分波器と、希土類元素の反転分布の上準位から更に
高い準位への遷移による励起吸収の波長帯を発光波長帯
とする補償用励起光源と、少なくとも信号光を入出力す
るための信号光端子と補償用励起光を入力するための補
償用励起光端子と信号光を入出力しかつ補償用励起光を
出力する共通端子とを備えた補償用励起光合分波器と、
信号光パワーを検出する第1および第2の光検出器と、
上記光検出器の出力により利得を検出する利得検出手段
と、信号光を分岐する第1および第2の光分岐結合器
と、利得検出手段の出力に応じて補償用励起光を駆動す
る利得制御手段を備え、励起光源を励起光合分波器を介
して希土類添加光ファイバの入力端子に接続し、補償用
励起光源を補償用励起光合分波器を介して希土類添加光
ファイバの出力端子に接続し、励起光合分波器の信号出
力端子に第1の光分岐結合器の信号出力端子を接続し、
第1の光分岐結合器の信号分岐出力端子に第1の光検出
手段を接続し、補償用励起光合分波器の信号入力端子に
第2の光分岐結合器の信号入力端子を接続し、第2の光
分岐結合器の信号分岐出力端子に第2の光検出手段を接
続し、第1および第2の光検出手段の出力を利得検出手
段に入力させることによって利得を検出し、利得検出手
段からの出力に応じて補償用励起光源からの光パワーを
制御して利得の安定化を可能にしたものである。
【0014】
【作用】この発明における実施例1の光増幅器は、ES
A(Excited State Absorptio
n)を誘発する波長帯の補償用励起光を希土類添加光フ
ァイバに入力して添加されている希土類元素またはイオ
ンのレーザ上準位密度を調整することによって、希土類
添加光ファイバの利得を検出し、検出値に応じて補償用
励起光源を制御することにより利得の安定化が実現でき
る。
【0015】この発明における実施例2の光増幅器は、
ESAを誘発する波長帯の補償用励起光を希土類添加光
ファイバの入力側から入力して添加されている希土類元
素またはイオンのレーザ上準位密度を調整することによ
って、希土類添加光ファイバの入力側から取り出された
ASE光パワーを利得として検出し、検出値に基づいて
補償用励起光源を制御することにより利得の安定化が実
現できる。
【0016】この発明における実施例3の光増幅器は、
ESAを誘発する波長帯の補償用励起光を希土類添加光
ファイバの出力側から入力して添加されている希土類元
素またはイオンのレーザ上準位密度を調整することによ
って、希土類添加光ファイバの入力側から取り出された
ASE光パワーを利得として検出し、検出値に基づいて
補償用励起光源を制御することにより利得の安定化が実
現できる。
【0017】この発明における実施例4の光増幅器は、
ESAを誘発する波長帯の補償用励起光を希土類添加光
ファイバの入力側から入力して添加されている希土類元
素またはイオンのレーザ上準位密度を調整することによ
って、希土類添加光ファイバの出力側から取り出された
ASE光パワーを利得として検出し、検出値に基づいて
補償用励起光源を制御することにより利得の安定化が実
現できる。
【0018】この発明における実施例5の光増幅器は、
ESAを誘発する波長帯の補償用励起光を希土類添加光
ファイバの出力側から入力して添加されている希土類元
素またはイオンのレーザ上準位密度を調整することによ
って、希土類添加光ファイバの出力側から取り出された
ASE光パワーを利得として検出し、検出値に基づいて
補償用励起光源を制御することにより利得の安定化が実
現できる。
【0019】この発明における実施例6の光増幅器は、
ESAを誘発する波長帯の補償用励起光を希土類添加光
ファイバの入力側から入力して添加されている希土類元
素またはイオンのレーザ上準位密度を調整することによ
って、入力した信号光パワーと増幅された信号光パワー
を比較して利得を検出し、検出値に基づいて補償用励起
光源を制御することにより利得の安定化が実現できる。
【0020】この発明における実施例7の光増幅器は、
ESAを誘発する波長帯の補償用励起光を希土類添加光
ファイバの出力側から入力して添加されている希土類元
素またはイオンのレーザ上準位密度を調整することによ
って、入力した信号光パワーと増幅された信号光パワー
を比較して利得を検出し、検出値に基づいて補償用励起
光源を制御することにより利得の安定化が実現できる。
【0021】
【実施例】
実施例1.図1は本発明に係わる第1の実施例の構成を
示す図であり、図において1は信号光入力端子、2は信
号光出力端子、3は信号光を誘導放出原理により増幅す
ることのできる希土類添加光ファイバ、4は上記希土類
添加光ファイバ3を励起するための励起光源、5は信号
光と励起光とを合波または分波するための励起光合分波
器、6は上記希土類添加光ファイバ3のESAを利用し
て利得を安定化させるための補償用励起光源、7は補償
用励起光と信号光を合波または分波するための補償用励
起光合分波器、8は利得を検出するためのプローブ光を
分岐する光分岐結合器、9は検出した利得を補償用励起
光源を駆動することによって制御する利得制御回路、1
0は希土類添加光ファイバから発生したASE光をプロ
ーブ光として利得を検出し、上記利得制御回路9に電気
信号として入力を与える利得検出器である。
【0022】次に、動作について説明する。励起光は励
起光源4から出力し、励起光合分波器5を介して希土類
添加光ファイバ3に入力し、補償光用励起光は補償用励
起光源6から出力し、補償用励起光合分波器7を介して
希土類添加光ファイバ3に入力する。信号光は信号入力
端子1から入力し、光分岐結合器8と補償用励起光合分
波器7とを介して励起された希土類添加光ファイバ3に
入力し、増幅され、励起光合分波器5を介して信号出力
端子から出力される。一方、希土類添加光ファイバ3で
発生したASE光は希土類添加光ファイバ3から出力し
たASE光は補償用励起光合分波器7と光分岐結合器8
を介して利得検出器10に入力し、電気信号として出力
され、その出力が一定になるように利得制御回路9を用
いて補償用励起光源6を駆動することにより、利得を安
定化することができる。
【0023】図2は本発明の動作原理を説明するエネル
ギー準位図であり、希土類添加光ファイバ3をエルビウ
ム添加光ファイバ、励起光波長を0.98μm、補償用
励起光波長を0.8μmとして以下の説明を進める。
0.98μm励起光による励起により411/2準位に遷
移したエルビウムイオン(Er3+)はフォノン放出によ
る緩和によりレーザ上準位の413/2準位に遷移し、レ
ーザ下準位(基底準位)の415/2準位との間で反転分
布を形成するため、誘導放出による光増幅が可能とな
る。また、0.8μm補償用励起光は基底準位から4
9/2 準位に励起し、415/2準位との間で反転分布を形
成するが、ESAを誘発するため、エルビウムイオン
(Er3+)をレーザ上準位の413/2準位からさらに高
いエネルギーを持つ211/2準位へ遷移させてしまうた
め、波長0.8μmの光を励起光として用いると励起効
率が低下することになるが、このESAを利用すること
により利得の調整が可能となる。つまり、利得検出器よ
り利得の変動を検出し、帰還回路を用いて補償用励起光
源を調整することによってレーザ上準位のエルビウムイ
オン(Er3+)数を調整し、利得を安定化することが可
能となる。
【0024】0.98μm励起のエルビウム添加光ファ
イバ増幅器の場合、十分に励起された状態では3準位系
レーザとなり、レーザ下準位(基底準位)のエルビウム
イオン数N1 はほぼ0となることから、数1に定義され
た反転分布密度ΔNはレーザ上準位(基底準位)のエル
ビウムイオン数N2 に近似的に等しくなる。この反転分
布密度ΔNが希土類添加光ファイバの利得を等価的に表
すパラメータであることから、補償用励起光源による利
得制御が可能であることがわかる。
【0025】
【数1】
【0026】また、レーザ下準位(基底準位)のエルビ
ウムイオン数N1 が0に近づくと、数2のように定義さ
れた反転分布パラメータnspは1に近づく。この反転
分布パラメータnspは雑音特性を等価的に表している
ので、レーザ下準位(基底準位)のエルビウムイオン数
1 が0に近い場合、補償用励起光源の制御によって変
動するレーザ上準位エルビウムイオン数N2 には依存し
なくなることから、雑音特性が原理的に変動しなくな
る。
【0027】
【数2】
【0028】なお、上記実施例には記載していないが、
信号入力端子の後段および信号出力端子の前段に、増幅
した信号光のレーザ発振を防止したり、外部からの反射
戻り光等の混入や外部への光増幅器からASE光や残留
励起光の洩れ出しを抑えるために挿入する光アイソレー
タを追加した場合にも、本発明の効果は変わらない。
【0029】実施例2.図1は本発明に係わる第2の実
施例の構成を示す図であり、図において1〜10は上記
実施例1と全く同一のものである。
【0030】次に、動作について説明する。励起光は励
起光源4から出力し、励起光合分波器5を介して希土類
添加光ファイバ3に出力側から入力し、補償光用励起光
は補償用励起光源6から出力し、補償用励起光合分波器
7を介して希土類添加光ファイバ3に入力側から入力す
る。信号光は信号入力端子1から入力し、光分岐結合器
8と励起光合分波器5とを介して励起された希土類添加
光ファイバ3の入力側に入力し、増幅され、補償用励起
光合分波器7を介して信号出力端子から出力される。一
方、希土類添加光ファイバ3で発生したASE光は希土
類添加光ファイバ3の入力側および出力側の双方から出
力するが、入力側に出力したASE光は補償用励起光合
分波器7と光分岐結合器8を介して利得検出器10に入
力し、電気信号として出力され、その出力が一定になる
ように利得制御回路9を用いて補償用励起光源6を駆動
することにより、利得を安定化することができる。
【0031】なお、上記実施例には記載していないが、
信号入力端子の後段および信号出力端子の前段に、増幅
した信号光のレーザ発振を防止したり、外部からの反射
戻り光等の混入や外部への光増幅器からASE光や残留
励起光の洩れ出しを抑えるために挿入する光アイソレー
タを追加した場合にも、本発明の効果は変わらない。
【0032】実施例3.図3は本発明に係わる第3の実
施例の構成を示す図であり、図において1は信号光入力
端子、2は信号光出力端子、3は希土類添加光ファイ
バ、4は励起光源、5は信号光と励起光とを合波または
分波するための励起光合分波器、6は補償用励起光源、
7は補償用励起光と信号光を合波または分波するための
補償用励起光合分波器、8は利得を検出するためのプロ
ーブ光を分岐する光分岐結合器、9は検出した利得を補
償用励起光源を駆動することによって制御する利得制御
回路、10は希土類添加光ファイバから発生したASE
光をプローブ光として利得を検出し、上記利得制御回路
9に電気信号として入力を与える利得検出器である。
【0033】なお、上記実施例には記載していないが、
信号入力端子の後段および信号出力端子の前段に、増幅
した信号光のレーザ発振を防止したり、外部からの反射
戻り光等の混入や外部への光増幅器からASE光や残留
励起光の洩れ出しを抑えるために挿入する光アイソレー
タを追加した場合にも、本発明の効果は変わらない。
【0034】実施例4.図4は本発明に係わる第4の実
施例の構成を示す図であり、図において1は信号光入力
端子、2は信号光出力端子、3は希土類添加光ファイ
バ、4は励起光源、5は信号光と励起光とを合波または
分波するための励起光合分波器、6は補償用励起光源、
7は補償用励起光と信号光を合波または分波するための
補償用励起光合分波器、8は利得を検出するためのプロ
ーブ光を分岐する光分岐結合器、9は検出した利得を補
償用励起光源を駆動することによって制御する利得制御
回路、10は希土類添加光ファイバから発生したASE
光をプローブ光として利得を検出し、上記利得制御回路
9に電気信号として入力を与える利得検出器である。
【0035】次に、動作について説明する。励起光は励
起光源4から出力し、励起光合分波器5を介して希土類
添加光ファイバ3に出力側から入力し、補償光用励起光
は補償用励起光源6から出力し、補償用励起光合分波器
7を介して希土類添加光ファイバ3に入力側から入力す
る。信号光は信号入力端子1から入力し、補償用励起光
合分波器7を介して励起された希土類添加光ファイバ3
の入力側に入力し、増幅され、励起光合分波器5と光分
岐結合器8とを介して信号出力端子から出力される。一
方、希土類添加光ファイバ3で発生したASE光は希土
類添加光ファイバ3の入力側および出力側の双方から出
力するが、出力側に出力したASE光は励起光合分波器
5と光分岐結合器8を介して利得検出器10に入力し、
電気信号として出力され、その出力が一定になるように
利得制御回路9を用いて補償用励起光源6を駆動するこ
とにより、利得を安定化することができる。
【0036】なお、上記実施例には記載していないが、
信号入力端子の後段および信号出力端子の前段に、増幅
した信号光のレーザ発振を防止したり、外部からの反射
戻り光等の混入や外部への光増幅器からASE光や残留
励起光の洩れ出しを抑えるために挿入する光アイソレー
タを追加した場合にも、本発明の効果は変わらない。
【0037】実施例5.図5は本発明に係わる第5の実
施例の構成を示す図であり、図において1は信号光入力
端子、2は信号光出力端子、3は希土類添加光ファイ
バ、4は励起光源、5は信号光と励起光とを合波または
分波するための励起光合分波器、6は補償用励起光源、
7は補償用励起光と信号光を合波または分波するための
補償用励起光合分波器、8は利得を検出するためのプロ
ーブ光を分岐する光分岐結合器、9は検出した利得を補
償用励起光源を駆動することによって制御する利得制御
回路、10は希土類添加光ファイバから発生したASE
光をプローブ光として利得を検出し、上記利得制御回路
9に電気信号として入力を与える利得検出器である。
【0038】次に、動作について説明する。励起光は励
起光源4から出力し、励起光合分波器5を介して希土類
添加光ファイバ3に出力側から入力し、補償光用励起光
は補償用励起光源6から出力し、補償用励起光合分波器
7を介して希土類添加光ファイバ3に入力側から入力す
る。信号光は信号入力端子1から入力し、励起光合分波
器5を介して励起された希土類添加光ファイバ3の入力
側に入力し、増幅され、補償用励起光合分波器7と光分
岐結合器8とを介して信号出力端子から出力される。一
方、希土類添加光ファイバ3で発生したASE光は希土
類添加光ファイバ3の入力側および出力側の双方から出
力するが、出力側に出力したASE光は補償用励起光合
分波器7と光分岐結合器8を介して利得検出器10に入
力し、電気信号として出力され、その出力が一定になる
ように利得制御回路9を用いて補償用励起光源6を駆動
することにより、利得を安定化することができる。
【0039】なお、上記実施例には記載していないが、
信号入力端子の後段および信号出力端子の前段に、増幅
した信号光のレーザ発振を防止したり、外部からの反射
戻り光等の混入や外部への光増幅器からASE光や残留
励起光の洩れ出しを抑えるために挿入する光アイソレー
タを追加した場合にも、本発明の効果は変わらない。
【0040】実施例6.図6は本発明に係わる第6の実
施例の構成を示す図であり、図において1は信号光入力
端子、2は信号光出力端子、3は希土類添加光ファイ
バ、4は励起光源、5は信号光と励起光とを合波または
分波するための励起光合分波器、6は補償用励起光源、
7は補償用励起光と信号光を合波または分波するための
補償用励起光合分波器、9は検出した利得を補償用励起
光源を駆動することによって制御する利得制御回路、1
7a,17bは信号光を分岐する第1および第2の光分
岐結合器、18a,18bは上記第1および第2の光分
岐結合器からの信号光を検出する第1および第2の光検
出器、19は上記第1および第2の光検出器の出力を比
較することにより利得を検出する利得検出回路である。
【0041】次に、動作について説明する。励起光は励
起光源4から出力し、励起光合分波器5を介して希土類
添加光ファイバ3に出力側から入力し、補償光用励起光
は補償用励起光源6から出力し、補償用励起光合分波器
7を介して希土類添加光ファイバ3に入力側から入力す
る。信号光は信号入力端子1から入力し、第1の光分岐
結合器17aと補償用励起光合分波器7とを介して励起
された希土類添加光ファイバ3の入力側に入力し、増幅
され、励起光合分波器5と第2の光分岐結合器17bを
介して信号出力端子から出力される。一方、信号入力端
子から入力した信号光のうち第1の光分岐結合器17a
で分岐した信号光は第1の光検出器18aに入力し、入
力信号として出力され、利得検出回路19に入力する。
また、増幅された信号光は第2の光分岐結合器17bで
分岐され、第2の光検出器18bに入力し、増幅信号と
して出力され、利得検出回路19に入力する。利得検出
回路19で入力信号と増幅信号を比較することにより利
得を検出し、利得検出回路の出力が一定になるように利
得制御回路9を用いて補償用励起光源6を駆動すること
により、利得を安定化することができる。
【0042】なお、上記実施例には記載していないが、
信号入力端子の後段および信号出力端子の前段に、増幅
した信号光のレーザ発振を防止したり、外部からの反射
戻り光等の混入や外部への光増幅器からASE光や残留
励起光の洩れ出しを抑えるために挿入する光アイソレー
タを追加した場合にも、本発明の効果は変わらない。
【0043】実施例7.図7は本発明に係わる第7の実
施例の構成を示す図であり、図において1は信号光入力
端子、2は信号光出力端子、3は希土類添加光ファイ
バ、4は励起光源、5は信号光と励起光とを合波または
分波するための励起光合分波器、6は補償用励起光源、
7は補償用励起光と信号光を合波または分波するための
補償用励起光合分波器、9は検出した利得を補償用励起
光源を駆動することによって制御する利得制御回路、1
7a,17bは信号光を分岐する第1および第2の光分
岐結合器、18a,18bは上記第1および第2の光分
岐結合器からの信号光を検出する第1および第2の光検
出器、19は上記第1および第2の光検出器の出力を比
較することにより利得を検出する利得検出回路である。
【0044】次に、動作について説明する。励起光は励
起光源4から出力し、励起光合分波器5を介して希土類
添加光ファイバ3に入力側から入力し、補償光用励起光
は補償用励起光源6から出力し、補償用励起光合分波器
7を介して希土類添加光ファイバ3に出力側から入力す
る。信号光は信号入力端子1から入力し、第1の光分岐
結合器17aと励起光合分波器5とを介して励起された
希土類添加光ファイバ3の入力側に入力し、増幅され、
補償用励起光合分波器7と第2の光分岐結合器17bを
介して信号出力端子から出力される。一方、信号入力端
子から入力した信号光のうち第1の光分岐結合器17a
で分岐した信号光は第1の光検出器18aに入力し、入
力信号として出力され、利得検出回路19に入力する。
また、増幅された信号光は第2の光分岐結合器17bで
分岐され、第2の光検出器18bに入力し、増幅信号と
して出力され、利得検出回路19に入力する。利得検出
回路19で入力信号と増幅信号を比較することにより利
得を検出し、利得検出回路の出力が一定になるように利
得制御回路9を用いて補償用励起光源6を駆動すること
により、利得を安定化することができる。
【0045】
【発明の効果】この発明の実施例1〜7に係る光増幅器
においては、ESAを引き起こす波長帯の補償用励起光
を希土類添加光ファイバに入力してファイバに添加され
ている希土類元素のレーザ上準位密度を調整することに
よって利得が可変になるため、希土類添加光ファイバか
ら出力するASE光パワーを利得と等価なものとして検
出し、検出値に基づき補償用励起光源を駆動することに
より利得を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1および2による光増幅器
の構成図である。
【図2】 この発明の動作原理を示すエネルギー準位図
である。
【図3】 この発明の実施例3による光ファイバ増幅器
の構成図である。
【図4】 この発明の実施例4による光ファイバ増幅器
の構成図である。
【図5】 この発明の実施例5による光ファイバ増幅器
の構成図である。
【図6】 この発明の実施例6による光ファイバ増幅器
の構成図である。
【図7】 この発明の実施例7による光ファイバ増幅器
の構成図である。
【図8】 従来の補償光制御方式による光増幅器の構成
図である。
【図9】 従来の励起光制御方式による光増幅器の構成
図である。
【符号の説明】
1 信号入力端子、2 信号出力端子、3 希土類添加
光ファイバ、4 励起光源、5 励起光合分波器、6
補償用励起光源、7 補償用励起光合分波器、8 光分
岐結合器、9 利得制御回路、10 利得検出器、11
a 第1の信号光分岐結合器、11b 第2の信号光分
岐結合器、12a 第1の信号光検出器、12b 第2
の信号光検出器、13 利得検出回路、14 補償用光
源、15光カプラ、16 光検出器、17 光フィル
タ、18 プローブ用光源。
───────────────────────────────────────────────────── 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 H04B 10/14 10/135 10/13 10/12

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起光の光ポンピングにより信号光を増
    幅することのできる希土類元素を添加した希土類添加光
    ファイバと、希土類元素の基底準位からの遷移による光
    吸収波長帯を発光波長帯とする励起光源と、希土類元素
    の反転分布の上準位から更に高い準位への遷移によるE
    SA(Excited StateAbsorptio
    n)を誘発する波長帯を発光波長帯とする補償用励起光
    源と、励起光と信号光を合波する手段と、補償用励起光
    と信号光を合波する手段と、信号光の利得を検出する利
    得検出手段と、上記利得検出手段からの出力に応じて補
    償用励起光の光パワーを制御する制御手段を備え、上記
    利得検出手段からの出力に応じて上記補償用励起光源か
    らの光パワーを制御するように構成した光増幅器。
  2. 【請求項2】 励起光の光ポンピングにより信号光を増
    幅することのできる希土類元素を添加した希土類添加光
    ファイバと、希土類元素の基底準位からの遷移による光
    吸収波長帯を発光波長帯とする励起光源と、希土類元素
    の反転分布の上準位から更に高い準位への遷移によるE
    SAを誘発する波長帯を発光波長帯とする補償用励起光
    源と、励起光と信号光を合波することのできる励起光合
    分波器と、補償用励起光と信号光を合波することのでき
    る補償用励起光合分波器と、上記希土類添加光ファイバ
    で増幅された自然放出光を分岐する光分岐結合器と、上
    記光分岐結合器からの自然放出光の光パワーを信号光の
    利得として検出する利得検出手段と、上記利得検出手段
    からの出力に応じて補償用励起光の光パワーを制御する
    ことのできる制御手段を備え、上記励起光源を上記励起
    光合分波器を介して上記希土類添加光ファイバの出力端
    子に接続し、上記補償用励起光源を上記補償用励起光合
    分波器を介して上記希土類添加光ファイバの入力端子に
    接続し、自然放出光が上記補償用励起光合分波器および
    上記光分岐結合器を介して上記利得検出手段に入力する
    ように上記光分岐結合器を上記補償用励起光合分波器の
    信号入力端子に接続し、上記利得検出手段からの出力に
    応じて上記補償用励起光源からの光パワーを制御するこ
    とを特徴とした光増幅器。
  3. 【請求項3】 励起光の光ポンピングにより信号光を増
    幅することのできる希土類元素を添加した希土類添加光
    ファイバと、希土類元素の基底準位からの遷移による光
    吸収波長帯を発光波長帯とする励起光源と、希土類元素
    の反転分布の上準位から更に高い準位への遷移によるE
    SAを誘発する波長帯を発光波長帯とする補償用励起光
    源と、励起光と信号光を合波することのできる励起光合
    分波器と、補償用励起光と信号光を合波することのでき
    る補償用励起光合分波器と、上記希土類添加光ファイバ
    で増幅された自然放出光を分岐する光分岐結合器と、上
    記光分岐結合器からの自然放出光の光パワーを信号光の
    利得として検出する利得検出手段と、上記利得検出手段
    からの出力に応じて補償用励起光の光パワーを制御する
    ことのできる制御手段を備え、上記補償用励起光源を上
    記補償用励起光合分波器を介して上記希土類添加光ファ
    イバの出力端子に接続し、上記励起光源を上記励起光合
    分波器を介して上記希土類添加光ファイバの入力端子に
    接続し、自然放出光が上記励起光合分波器および上記光
    分岐結合器を介して上記利得検出手段に入力するように
    上記光分岐結合器を上記励起光合分波器の信号入力端子
    に接続し、上記利得検出手段からの出力に応じて上記補
    償用励起光源からの光パワーを制御することを特徴とし
    た光増幅器。
  4. 【請求項4】 励起光の光ポンピングにより信号光を増
    幅することのできる希土類元素を添加した希土類添加光
    ファイバと、希土類元素の基底準位からの遷移による光
    吸収波長帯を発光波長帯とする励起光源と、希土類元素
    の反転分布の上準位から更に高い準位への遷移によるE
    SAを誘発する波長帯を発光波長帯とする補償用励起光
    源と、励起光と信号光を合波することのできる励起光合
    分波器と、補償用励起光と信号光を合波することのでき
    る補償用励起光合分波器と、上記希土類添加光ファイバ
    で増幅された自然放出光を分岐する光分岐結合器と、上
    記光分岐結合器からの自然放出光の光パワーを信号光の
    利得として検出する利得検出手段と、上記利得検出手段
    からの出力に応じて補償用励起光の光パワーを制御する
    ことのできる制御手段を備え、上記励起光源を上記励起
    光合分波器を介して上記希土類添加光ファイバの出力端
    子に接続し、上記補償用励起光源を上記補償用励起光合
    分波器を介して上記希土類添加光ファイバの入力端子に
    接続し、自然放出光が上記励起光合分波器および上記光
    分岐結合器を介して上記利得検出手段に入力するように
    上記光分岐結合器を上記励起光合分波器の信号出力端子
    に接続し、上記利得検出手段からの出力に応じて上記補
    償用励起光源からの光パワーを制御することを特徴とし
    た光増幅器。
  5. 【請求項5】 励起光の光ポンピングにより信号光を増
    幅することのできる希土類元素を添加した希土類添加光
    ファイバと、希土類元素の基底準位からの遷移による光
    吸収波長帯を発光波長帯とする励起光源と、希土類元素
    の反転分布の上準位から更に高い準位への遷移によるE
    SAを誘発する波長帯を発光波長帯とする補償用励起光
    源と、励起光と信号光を合波することのできる励起光合
    分波器と、補償用励起光と信号光を合波することのでき
    る補償用励起光合分波器と、上記希土類添加光ファイバ
    で増幅された自然放出光を分岐する光分岐結合器と、上
    記光分岐結合器からの自然放出光の光パワーを信号光の
    利得として検出する利得検出手段と、上記利得検出手段
    からの出力に応じて補償用励起光の光パワーを制御する
    ことのできる制御手段を備え、上記補償用励起光源を上
    記補償用励起光合分波器を介して上記希土類添加光ファ
    イバの出力端子に接続し、上記励起光源を上記励起光合
    分波器を介して上記希土類添加光ファイバの入力端子に
    接続し、自然放出光が上記補償用励起光合分波器および
    上記光分岐結合器を介して上記利得検出手段に入力する
    ように上記光分岐結合器を上記補償用励起光合分波器の
    信号出力端子に接続し、上記利得検出手段からの出力に
    応じて上記補償用励起光源からの光パワーを制御するこ
    とを特徴とした光増幅器。
  6. 【請求項6】 励起光の光ポンピングにより信号光を増
    幅することのできる希土類元素を添加した希土類添加光
    ファイバと、希土類元素の基底準位からの遷移による光
    吸収波長帯を発光波長帯とする励起光源と、希土類元素
    の反転分布の上準位から更に高い準位への遷移によるE
    SAを誘発する波長帯を発光波長帯とする補償用励起光
    源と、励起光と信号光を合波することのできる励起光合
    分波器と、補償用励起光と信号光を合波することのでき
    る補償用励起光合分波器と、信号光を分岐する第1およ
    び第2の光分岐結合器と、上記光分岐結合器からの信号
    光の光パワーを検出する第1および第2の光検出手段
    と、上記第1および第2の光検出手段からの出力により
    利得を検出する利得検出手段と、上記利得検出手段の出
    力に応じて補償用励起光の光パワーを制御することので
    きる制御手段を備え、上記励起光源を上記励起光合分波
    器を介して上記希土類添加光ファイバの出力端子に接続
    し、上記補償用励起光源を上記補償用励起光合分波器を
    介して上記希土類添加光ファイバの入力端子に接続し、
    上記励起光合分波器の信号出力端子に上記第1の光分岐
    結合器の信号入力端子を接続し、上記第1の光分岐結合
    器の信号分岐出力端子に上記第1の光検出手段を接続
    し、上記補償用励起光合分波器の信号入力端子に上記第
    2の光分岐結合器の信号出力端子を接続し、上記第2の
    光分岐結合器の信号分岐出力端子に上記第2の光検出手
    段を接続し、上記第1および第2の光検出手段の出力を
    上記利得検出手段に入力させることによって利得を検出
    し、上記利得検出手段からの出力に応じて上記補償用励
    起光源からの光パワーを制御することを特徴とした光増
    幅器。
  7. 【請求項7】 励起光の光ポンピングにより信号光を増
    幅することのできる希土類元素を添加した希土類添加光
    ファイバと、希土類元素の基底準位からの遷移による光
    吸収波長帯を発光波長帯とする励起光源と、希土類元素
    の反転分布の上準位から更に高い準位への遷移によるE
    SAを誘発する波長帯を発光波長帯とする補償用励起光
    源と、励起光と信号光を合波することのできる励起光合
    分波器と、補償用励起光と信号光を合波することのでき
    る補償用励起光合分波器と、信号光を分岐する第1およ
    び第2の光分岐結合器と、上記光分岐結合器からの信号
    光の光パワーを検出する第1および第2の光検出手段
    と、上記第1および第2の光検出手段からの出力により
    利得を検出する利得検出手段と、上記利得検出手段の出
    力に応じて補償用励起光の光パワーを制御することので
    きる制御手段を備え、上記励起光源を上記励起光合分波
    器を介して上記希土類添加光ファイバの入力端子に接続
    し、上記補償用励起光源を上記補償用励起光合分波器を
    介して上記希土類添加光ファイバの出力端子に接続し、
    上記励起光合分波器の信号入力端子に上記第1の光分岐
    結合器の信号出力端子を接続し、上記第1の光分岐結合
    器の信号分岐出力端子に上記第1の光検出手段を接続
    し、上記補償用励起光合分波器の信号出力端子に上記第
    2の光分岐結合器の信号入力端子を接続し、上記第2の
    光分岐結合器の信号分岐出力端子に上記第2の光検出手
    段を接続し、上記第1および第2の光検出手段の出力を
    上記利得検出手段に入力させることによって利得を検出
    し、上記利得検出手段からの出力に応じて上記補償用励
    起光源からの光パワーを制御することを特徴とした光増
    幅器。
  8. 【請求項8】 希土類元素をエルビウム(元素記号E
    r)とし、励起光源の発振波長を1.48μm帯または
    0.98μm帯とし、補償用励起光源の発振波長を0.
    8μm帯としたことを特徴とする請求項2,3,4,
    5,6,7のいずれかに記載の光増幅器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009238792A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Nec Corp 光増幅装置および入力光レベル計算方法ならびに光増幅器制御装置
JP2010258884A (ja) * 2009-04-27 2010-11-11 Fujitsu Ltd 光出力装置、光伝送システムおよびそれらの制御方法
JP2015118087A (ja) * 2013-12-18 2015-06-25 テクトロニクス・インコーポレイテッドTektronix,Inc. 試験測定システム及びその利得又は感度制御方法

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