JPH09222621A - 光ファイバ増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残留励起光が複合光部品内に入射することを
防ぎ、複合光部品内に設けられた光電変換素子を用いた
入力信号光パワーの監視精度を向上することができる光
ファイバ増幅装置を提供する。 【解決手段】 希土類添加光ファイバの誘導放出機構を
用いた光ファイバ増幅器２０と、光アイソレータ６３、
波長合分波器６１および光電変換素子６２を内蔵し入力
信号光のパワーを受光する機能を有する複合光部品６０
を備え、複合光部品６０を光ファイバ増幅器２０の入力
側に設け、励起光３０を信号光と逆方向に伝搬させる励
起機構４０を有し、複合光部品６０と光ファイバ増幅器
２０の間に、増幅動作に寄与せずに希土類添加光ファイ
バ２０の信号入力側に残留した励起光の中心波長と一致
する反射中心波長を有するファイバグレーティング７０
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバを用いた
光通信システムに用いられる希土類添加光ファイバ増幅
器を使用した光ファイバ増幅装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムに用いられる光ファイバ
増幅装置として最近、光ファイバ伝送路中に設置される
希土類添加光ファイバ増幅器は、光ファイバ伝送路の損
失増等を監視するため、光ファイバ増幅器に入射する入
力信号光のパワーを監視する機能が設けられるようにな
ってきた。

【０００３】この監視機能として入力信号光のパワーの
情報は光電変換素子より電圧信号として取り出される。
この機能を実現するため、例えば図１６に示すように光
ファイバ増幅装置９０として光合分波器９１と光電変換
素子９２を光ファイバ増幅器の入力側に用いることが行
われる。符号９３は光アイソレータ、符号２０は希土類
添加光ファイバ増幅器、符号９５は入力側光ファイバで
ある。しかし、この構成では光合分波器９１を用いるこ
とによる融着箇所の増加による損失増、また光合分波器
自身による損失増等により光ファイバ増幅器２０の雑音
特性の劣化を引き起こす原因となっている。また、光合
分波器９１を挿入することになるので光ファイバ増幅装
置９０の機構的な大きさも大きくなり、光ファイバ増幅
装置として要求される小型化のニーズを満たすことがで
きない。

【０００４】この要求に応えるものとして、光アイソレ
ータ、光合分波器および光電変換素子を内包する、例え
ば図１７に示す複合光部品６０の開発が行われている。
図１７の複合型光部品６０では、出力側光ファイバに希
土類添加光ファイバ２０を接続して用い、入力側光ファ
イバ９５より入射した信号光の一部が光分岐膜６１によ
り分岐され光電変換素子６２により受光される。符号６
３は光アイソレータ、６４および６５は結合用レンズで
ある。このような複合光部品６０を希土類添加光ファイ
バ増幅器に用いることで光部品点数の削減による光ファ
イバ増幅器の小型化、簡素化が実現できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、光ファイバ増幅
器に励起光を入力する方法として、励起光を信号光と逆
方向に伝搬させる後方励起の構成を有する光ファイバ増
幅器がある。この後方励起の構成を有する光ファイバ増
幅器においては、増幅機能に寄与せずに残留した励起光
およびバックワードＡＳＥ（ASE ：Amplified Spontane
ous Emission：増幅された自然放出光：バックワードＡ
ＳＥとは信号光と逆方向に伝搬する自然放出光のこと）
が図１８（イ）、（ロ）、（ハ）に示すようにエルビウ
ム添加光ファイバ２０の入力側２１まで伝搬する。図１
８において３０は励起光源、４０は光合分波器、５０は
光アイソレータである。

【０００６】一般に信号光と逆方向に伝搬する残留励起
光、バックワードＡＳＥ等の光は図１９に示すように複
合光部品６０内の光アイソレータ６３により減衰され
る。しかし、光アイソレータ６３の逆方向に伝搬する
光の阻止量は最大45dB程度である。 光複合部品６０内で正規の光路を伝搬せずに光電変換
素子６２に入射する光（迷光）１２１が存在する。これ
により残留励起光、バックワードＡＳＥ等の一部が入力
信号光を監視する光電変換素子６２に入射する。特に、
励起光として980nm 帯の光を用いる場合、複合光部品に
接続している1100nm近傍にカットオフ波長を持つ通常の
シングルモード光ファイバを励起光が伝搬することにな
り残留励起光はマルチモードとなって複合光部品に入射
する。

【０００７】一般に図２０に示すように出力側光ファイ
バ２２内でマルチモード化した光波は、開口数が大きく
なり、複合光部品６０内で迷光１２１となりやすい。図
２０は出力側光ファイバ２２に接続された複合光部品６
０内で残留励起光が迷光１２１になる様子を示してい
る。符号２３は融着接続部である。残留励起光の伝搬を
図２０により説明すると、エルビウム添加光ファイバ２
０内ではシングルモードで伝搬する励起光が、複合光部
品６０に接続された通常のシングルモードファイバ２２
内でマルチモード化する。マルチモード化した残留励起
光は開口数が大きくなり、結合用レンズ６４に集光され
にくくなる。集光されなかった残留励起光は迷光１２１
となって、光電変換素子６２に入射する。

【０００８】例えば、図２１に示すように、波長980nm
の励起光源、7mのエルビウム添加光ファイバ、複合光部
品を備えた光ファイバ増幅装置１４０を用いて、残留励
起光パワーとバックワードＡＳＥパワーを測定した。図
２１において、符号６６は電気増幅器、６７はデジタル
ボルトメータである。その結果、図２２に示すように励
起光強度が60mWの場合、トータルで+13.76dBm の残留励
起光と-5.39dBmのバックワードＡＳＥが測定された。ま
た、図２３に示すように入力信号光のパワーを変動させ
た場合の電気増幅器６６の電圧出力の変化を測定した。
入力信号光パワーが-20dBm以下になると、励起光を投入
した場合と励起光を投入しない場合の電圧にはっきりと
差が確認できる。これは、励起光の投入により、残留励
起光およびバックワードＡＳＥが発生し、光電変換素子
に入射していることを示している。

【０００９】さらに、図２４に示すように-30dBmの信号
光入力がある場合、励起光を投入したときの電圧出力は
励起光を投入しない場合に比較して60% 上昇した。励起
光を投入した際に光電変換素子に入射する信号光以外の
光は残留励起光がバックワードＡＳＥに比べて19dB程度
大きいことから、残留励起光が主な成分である。このよ
うに、複合光部品を用いた光ファイバ増幅器においては
残留励起光が光電変換素子に入射すると、励起光を投入
したときと励起光を投入しないときとで光電変換素子に
入射する光のパワーが異なってしまい、正確に入力信号
光のパワーを見積もることが不可能になるという問題を
有している。

【００１０】本発明は上記の課題を解決し、残留励起光
が複合光部品内に入射することを防ぎ、複合光部品内に
設けられた光電変換素子を用いた入力信号光パワーの監
視精度を向上することができる光ファイバ増幅装置を提
供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために以下のような手段を有している。

【００１２】本発明のうち請求項１の光ファイバ増幅装
置は、希土類添加光ファイバの誘導放出機構を用いた光
ファイバ増幅器と、光アイソレータ、波長合分波器およ
び光電変換素子を内蔵し入力信号光のパワーを受光する
機能を有する複合光部品を備え、前記複合光部品を前記
光ファイバ増幅器の入力側に設け、励起光を信号光と逆
方向に伝搬させる励起機構を有する光ファイバ増幅装置
であって、前記複合光部品と前記光ファイバ増幅器の間
に、増幅動作に寄与せずに前記希土類添加光ファイバの
信号入力側に残留した励起光の中心波長と一致する反射
中心波長を有す１ファイバグレーティングを設けたこと
を特徴とする。

【００１３】本発明のうち請求項２の光ファイバ増幅装
置は、希土類添加光ファイバとしてエルビウム元素を添
加した光ファイバを用い、エルビウム原子内のラッセル
−ソンダース結合で示される電子準位および電子準位間
の吸収遷移を行う波長980nm近傍の光を放出する光源を
励起光源とすることを特徴とする。

【００１４】本発明のうち請求項３の光ファイバ増幅装
置は、入力信号光は波長の異なる複数の波長を有する波
長多重信号光であって、光ファイバ増幅器の利得平坦性
を阻害するほかの信号光と比較して出力の大きい特定の
信号光の中心波長と一致した反射中心波長を持つファイ
バーグレーティングであることを特徴とする。

【００１５】本発明の請求項１および請求項２の光ファ
イバ増幅装置によれば、複合光部品と光ファイバ増幅器
の間に、増幅動作に寄与せずに希土類添加光ファイバの
信号入力側に残留した励起光の中心波長と一致する反射
中心波長を有するファイバグレーティングが設けられて
いるので、残留励起光が複合光部品に入射することを防
止できる。希土類添加光ファイバに紫外光を照射する
と、光誘起屈折率変化が生じる。ファイバグレーティン
グとはこの光誘起屈折率変化を用いて光ファイバの長手
方向に周期的に屈折率を変化させて、光ファイバ上にブ
ラッグ回折格子を形成した光ファイバ型回折格子であ
る。

【００１６】ファイバグレーティングでは特定の波長の
みを選択的に反射する機能を有するため、残留励起光の
帯域のみを反射して複合光部品に残留励起光が入射する
ことを防ぐことができる。とりわけエルビウム添加光フ
ァイバと波長980nm 帯の励起光を用いる場合には、次の
理由で有効である。 マルチモード化して複合光部品内で迷光となり易い残
留励起光の複合光部品への入射を効果的に遮断する。 エルビウム原子内のラッセル−ソンダース結合（LS結
合）で示される⁴I¹¹/₂電子準位および⁴I¹⁵/₂電子準位間
の吸収スペクトルは図２５に示すように10nm程度と狭い
ため、波長980nm 帯の励起光源の光スペクトルは1nm 程
度の半地幅のものが一般に用いられる。反射波長の半地
幅として、数nmのファイバーグレーティングは作成も容
易である。

【００１７】反射された残留励起光は希土類添加光ファ
イバ内で再び増幅動作に寄与するため、励起光源の励起
出力パワーを有効につかうことができる。また、反射中
心波長以外の波長域の光はほとんど損失を受けずに透過
するため、信号光が過剰な損失を受けて雑音特性が劣化
することもない。ファイバグレーティングはファイバ型
の光部品であるため一般のシングルモードファイバやエ
ルビウム添加光ファイバ等との接続性にも優れており、
光ファイバ増幅装置を製造する際にも容易である。

【００１８】本発明の請求項３の光ファイバ増幅装置に
よれば、入力信号光は波長の異なる複数の波長を有する
波長多重信号光であって、光ファイバ増幅器の利得平坦
性を阻害するほかの信号光と比較して出力の大きい特定
の信号光の中心波長と一致した反射中心波長を持つファ
イバーグレーティングである。請求項１および請求項２
の光ファイバ増幅装置では、入力信号光のパワーを受光
する機能を有する複合光部品に残留励起光が入射するこ
とをファイバーグレーティングを用いて防いでいる。一
般にファイバーグレーティングの反射波長として複数の
反射中心波長をもたせることは可能である。

【００１９】本請求項３の光ファイバ増幅装置では光フ
ァイバ内に複数のグレーティング（回折格子）を作成
し、それぞれのグレーティングで異なる波長の光を反射
させるものである。図７はそのファイバーグレーティン
グの模式図である。このグレーティング７０の反射率は
数% 〜99% まで任意に作成できる。ファイバーグレーテ
ィング７０に残留励起光の中心波長と一致する第一の反
射中心波長をもたせ、第二の反射中心波長として、波長
多重通信の複数の信号光のなかで特定の信号光の中心波
長と一致した反射中心波長をもたせる。

【００２０】複数の信号光をファイバーグレーティング
７０により、反射させる場合には、第三、第四の反射中
心波長として特定の信号光の中心波長とそれぞれ一致し
た反射中心波長をもたせることができる。このようにし
て、波長多重通信の複数の信号光の中の任意のN 個の信
号の一部をファイバーグレーティング７０により反射さ
せる。これにより希土類添加光ファイバに入射する信号
光を選択的に減衰させることができる。

【００２１】本請求項３においては、反射させる波長と
してカスケードに接続された光ファイバ増幅器の利得平
坦性を阻害するほかの信号光と比較して出力の大きい信
号光を選択する。図８は波長λ1 〜λn の信号を含む波
長多重信号を、例えばエルビウム添加光ファイバ２０で
増幅する場合の例である。波長λ1 〜λn の信号の中で
他の信号光より大きいパワーをもつ波長λk 、λl の信
号光の一部を第一のグレーティング７１、第二のグレー
ティング７２により反射させて、利得平坦性を阻害する
光信号のパワーを減衰させる。これによって、異なる波
長をもつ信号光のパワーレベルをエルビウム添加光ファ
イバ２０に入射する前に平滑化することが可能となる。

【００２２】また、エルビウム添加光ファイバ２０内の
増幅動作に寄与しなかった残留励起光も第三のグレーテ
ィング７３により反射されるので、複合光部品６０内に
残留励起光が進入することを防ぐことができる。反射さ
れた残留励起光は再び増幅動作に用いられるので、励起
光源の光パワーを有効に用いることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施の形態により
詳細に説明する。なお、従来のものと同様のものについ
ては従来のものと同符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００２４】（実施の形態１）図１は本発明の光ファイ
バ増幅装置の一実施の形態を示す構成図である。図１に
示すように光ファイバ増幅装置１０は、エルビウム添加
光ファイバからなる光ファイバ増幅器２０、励起光源３
０、光合分波器４０、アイソレータ５０および複合光部
品６０を有している。上記の各部品は従来の光ファイバ
増幅装置と同様のものである。複合光部品６０は光分岐
膜６１、光電変換素子６２、光アイソレータ６３および
結合用レンズ６４、６５を有していることも従来と同様
である。本発明の光ファイバ増幅装置１０の特徴は光フ
ァイバ増幅器２０と複合光部品６０の間にファイバーグ
レーティング７０を有することにある。

【００２５】（実施例１）本実施の形態で使用したファ
イバーグレーティング７０の透過スペクトルを図２に示
す。このファイバーグレーティング７０は最も透過率の
低い波長が反射中心波長であり、980.9nm であった。反
射中心波長における反射率は98% 、反射帯域は2.56nmで
ある。反射中心の波長が図２２に示す残留励起光の中心
波長981.4nm とほぼ一致しており、効果的に残留励起光
を反射させることができる。本実施の形態に使用した複
合光部品６０内の光電変換素子６２に入射する光のパワ
ーを電圧信号として図３に示すように電気増幅器６６お
よびデジタルボルトメータ６７を接続して測定した。そ
の結果、励起光の強度が60mWの場合、信号光以外の光が
-40dBm程度光電変換素子６２に入射していることを確認
した。

【００２６】本実施の形態に使用したファイバーグレー
ティング７０を用いない場合には-33dBm程度の信号光以
外の光パワーが光電変換素子６２に入射することを確認
している。従って、本発明の光ファイバ増幅装置１０に
より光電変換素子６２に入射する残留励起光を7dB 低減
できたことが分かった。また、入力信号光のパワーを変
動させた場合の電気増幅器６６の電圧出力の変化を図４
に示すように測定した。図４からは励起光を投入した場
合と励起光を投入しない場合の電圧差は入力信号パワー
が-28dBm以下にならなければ区別できない。なお、-30d
Bmの信号光入力がある場合、励起光を投入したときの電
圧出力は励起光を投入しない場合に比較して図５に示す
ように約10% 上昇した。

【００２７】本光ファイバ増幅装置１０で使用したファ
イバグレーティング７０を挿入しない場合には、励起光
を投入した場合の電圧の上昇が60% 程度あったので、フ
ァイバグレーティング７０を挿入したことにより複合光
部品６０内の光電変換素子６２を用いた入力信号光パワ
ーの監視精度が向上したことが明確になった。

【００２８】（実施の形態２）一般にエルビウム添加光
ファイバを用いた光ファイバ増幅器の利得は、信号光の
波長に対する依存性を図６に示すように持っている。図
６は信号光を1545nmから2nm 間隔で８波の信号を光ファ
イバ増幅器により一括増幅したときの出力スペクトラム
である。信号光近傍のスペクトラムから８波の出力差と
して1.4dB が確認できる。このように光ファイバ増幅器
を中継器として用いた波長多重通信システムでは、光フ
ァイバ増幅器で増幅されるたびに信号光の出力レベルに
差が生じる。結果として光ファイバ増幅器１台あたりの
信号光間利得差が中継数にともなって蓄積される。

【００２９】したがって、受信器での信号対雑音比は各
信号光間によって異なるので、多段に接続された波長多
重光増幅中継伝送を行う場合は伝送後の各信号間の光パ
ワーの差は大きなものになる。利得が平坦でない光ファ
イバ増幅器では、完全に平坦な利得をもつ光ファイバ増
幅器に比べて、利得の小さい（光パワーが小さい）信号
光の信号対雑音比の劣化が大きい。この利得の小さい信
号の信号対雑音比の劣化は光ファイバ増幅器１台ごとに
蓄積されるため、光増幅中継数が増加した場合には問題
となる。最大中継伝送距離は信号対雑音比によって制限
されるため、波長多重通信を考慮した光ファイバ増幅器
では異なる波長をもつ信号光間での利得等化が重要な技
術課題となっている。

【００３０】以上述べたように、多段に接続された光増
幅中継器を用いた波長多重通信システムでは、光ファイ
バ増幅器１台ごとに利得差が蓄積される。各光ファイバ
増幅器には異なるパワーをもつ複数の信号光が入射す
る。希土類添加光ファイバ光ファイバを用いた光ファイ
バ増幅器では信号は希土類添加光ファイバ内の希土類元
素の誘導放出遷移によって増幅される。利得差の蓄積を
防ぐためには、多段に接続されたそれぞれの光ファイバ
増幅器の希土類添加光ファイバに波長多重された信号光
が入射するまえに、各信号光のパワーを平滑化すればよ
い。

【００３１】実施の形態１の光ファイバ増幅装置１０で
は、入力信号光のパワーを受光する機能を有する複合光
部品に残留励起光が入射することをファイバーグレーテ
ィングを用いて防いでいる。一般にファイバーグレーテ
ィングの反射波長として複数の反射中心波長をもたせる
ことは図７に示すように可能である。図７は光ファイバ
内に複数のグレーティング（回折格子）を作成し、それ
ぞれのグレーティングで異なる波長の光を反射させるフ
ァイバーグレーティング７０の模式図である。グレーテ
ィングの反射率は数% 〜99% まで任意に作成できる。

【００３２】ファイバーグレーティングに残留励起光の
中心波長と一致する第一の反射中心波長をもたせ、第二
の反射中心波長として、波長多重通信の複数の信号光の
なかで特定の信号光の中心波長と一致した反射中心波長
をもたせる。複数の信号光をファイバーグレーティング
により、反射させる場合には、第三、第四の反射中心波
長として特定の信号光の中心波長とそれぞれ一致した反
射中心波長をもたせることによってできる。このように
して、波長多重通信の複数の信号光の中の任意のＮ個の
信号の一部をファイバーグレーティングにより反射させ
る。これにより希土類添加光ファイバに入射する信号光
を選択的に減衰させる。

【００３３】本実施の形態においては、反射させる波長
として、カスケードに接続された光ファイバ増幅器の利
得平坦性を阻害する他の信号光と比較して出力の大きい
信号光を選択する。図８は波長λ1 〜λn の信号を含む
波長多重信号をエルビウム添加光ファイバ２０で増幅す
る場合に本実施の形態を適用した例である。波長λ1 〜
λn の信号の中で他の信号光より大きいパワーをもつ波
長λk 、λl の信号光の一部を第一グレーティング７
１、第二のグレーティング７２により反射させて、利得
平坦性を阻害する光信号のパワーを減衰させる。よっ
て、異なる波長をもつ信号光のパワーレベルをエルビウ
ム添加光ファイバ２０に入射する前に平滑化することが
可能となる。また、エルビウム添加光ファイバ２０内の
増幅動作に寄与しなかった残留励起光も第三のグレーテ
ィング７３により反射されるので、複合光部品６０内に
残留励起光が進入することを防ぐことができる。反射さ
れた残留励起光は再び増幅動作に用いられるので、励起
光源の光パワーを有効に用いることができる。

【００３４】（比較例）本実施の形態の光ファイバ増幅
装置の実施例を説明する前に、比較のためにグレーティ
ングを用いない図２１に示す従来の光ファイバ増幅装置
１４０で行った実験について以下に説明する。図２１に
示す光ファイバ増幅装置１４０を５台作成した。エルビ
ウム添加光ファイバ２０はエルビウムを500ppmw 含むも
のを20m 使用し、励起光源３０としては波長980nm のも
のを用いた。この５台の光ファイバ増幅装置１４０と図
９に示す光アッテネータ１１を用いて、擬似的に４波の
波長多重通信システム８０を作成し利得差の蓄積を測定
した。

【００３５】信号光の波長はλ1:1548nm、λ2:1552nm、
λ3:1556nm、λ4:1560nmに設定し、光伝送路の損失を想
定した光アッテネータの減衰量は21dBである。980nm の
励起光は信号光のトータルパワーが+10dBmとなるように
調節した。このとき各光ファイバ増幅装置１４０には１
波あたり-17dBmの光入力が入射している。利得差の蓄積
は、各光ファイバ増幅装置１４０の信号光出力を光スペ
クトラムアナライザ１４１で測定することで調べた。４
波の各信号光の出力は図１０、各信号光間の利得差（光
出力差）は図１１のような結果になった。図１１より光
ファイバ増幅装置１４０を１段中継後には1.26dBであっ
た利得差が、５段中継後には5.45dBまで拡大した。ま
た、中継段数が増加すると波長1556nmの信号光出力が増
大し、波長1548nmの信号光出力が減少していることが確
認できた。

【００３６】（実施例２）上記と同様の実験を図１２に
示す本実施例の光ファイバ増幅装置１０Ａで行った。図
１２に示す光ファイバ増幅装置１０Ａでは、エルビウム
添加光ファイバ２０にはエルビウムを500ppmw 含むもの
を20m 使用し、励起光源としては波長980nm のものを用
いた。これは比較例の図２１に示す光ファイバ増幅装置
１４０と同じ条件である。信号光の波長はλ1:1548nm、
λ2:1552nm、λ3:1556nm、λ4:1560nmに設定し、光伝送
路の損失を想定した光アッテネータの減衰量は21dBであ
る。比較例の実験により、波長1556nmの信号光が他の信
号光より利得が大きいことが確認されているので、本実
施例では反射中心波長1556nmの第一のグレーティング７
１Ａと反射中心波長980nm の第二のグレーティング７２
Ａを備えるファイバーグレーティング７０Ａを用いた。
第一のグレーティング７１Ａの反射中心波長における反
射率は11% で、第二のグレーティング７２Ａの反射中心
波長における反射率は98% である。

【００３７】この光ファイバ増幅装置１０Ａを５台、図
１３に示す擬似的に作成した４波の波長多重通信システ
ム８０Ａに接続し、利得差の蓄積を測定した。光伝送路
の損失を想定した光アッテネータ１１の減衰量は21dB
で、980nm の励起光は信号光のトータルパワーが+10dBm
となるように調節した。このとき各光ファイバ増幅装置
１０Ａには１波あたり-17dBmの光入力が入射している。
４波の各信号光の出力は図１４、各信号光間の利得差
（光出力差）は図１５のような結果になった。

【００３８】光ファイバ増幅装置１０Ａを１段中継後の
利得差は0.26dBであった。この利得差は本実施例のファ
イバーグレーティング７０Ａを用いない比較例の光ファ
イバ増幅装置１４０では1.26dBである。また５段中継後
の利得差は1.45dBである。本実施例のファイバーグレー
ティング７０Ａを用いない比較例の光ファイバ増幅装置
１４０の場合より4dB 抑圧している。以上説明したよう
に、光ファイバ増幅装置１０Ａは中継器として用いた波
長多重通信システムにおいて信号光間の出力差（利得
差）を抑制できることが確認された。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１お
よび請求項２の光ファイバ増幅装置によれば、複合光部
品と光ファイバ増幅器の間に、増幅動作に寄与せずに希
土類添加光ファイバの信号入力側に残留した励起光の中
心波長と一致する反射中心波長を有するファイバグレー
ティングが設けられているので、残留励起光が複合光部
品に入射することを防止できる。

【００４０】とりわけエルビウム添加光ファイバと波長
980nm 帯の励起光を用いる場合には、次の理由で有効で
ある。 マルチモード化して複合光部品内で迷光となり易い残
留励起光の複合光部品への入射を効果的に遮断する。 エルビウム原子内のラッセル−ソンダース結合（LS結
合）で示される電子準位および電子準位間の吸収スペク
トルは10nm程度と狭いため、波長980nm 帯の励起光源の
光スペクトルは1nm 程度の半地幅のものが一般的であ
り、反射波長の半地幅として、数nmのファイバーグレー
ティングは作成も容易である。

【００４１】反射された残留励起光は希土類添加光ファ
イバ内で再び増幅動作に寄与するため、励起光源の励起
出力パワーを有効につかうことができる。また、反射中
心波長以外の波長域の光はほとんど損失を受けずに透過
するため、信号光が過剰な損失を受けて雑音特性が劣化
することもない。ファイバグレーティングはファイバ型
の光部品であるため一般のシングルモードファイバやエ
ルビウム添加光ファイバ等との接続性にも優れており、
光ファイバ増幅装置を製造する際にも容易である。

【００４２】本発明の請求項３の光ファイバ増幅装置に
よれば、入力信号光は波長の異なる複数の波長を有する
波長多重信号光であって、光ファイバ増幅器の利得平坦
性を阻害するほかの信号光と比較して出力の大きい特定
の信号光の中心波長と一致した反射中心波長を持つファ
イバーグレーティングである。すなわち、本請求項３の
光ファイバ増幅装置では光ファイバ内に複数のグレーテ
ィング（回折格子）を作成し、それぞれのグレーティン
グで異なる波長の光を反射させるものである。ファイバ
ーグレーティングに残留励起光の中心波長と一致する第
一の反射中心波長をもたせ、第二の反射中心波長とし
て、波長多重通信の複数の信号光のなかで特定の信号光
の中心波長と一致した反射中心波長をもたせる。

【００４３】複数の信号光をファイバーグレーティング
により、反射させる場合には、第三、第四の反射中心波
長として特定の信号光の中心波長とそれぞれ一致した反
射中心波長をもたせることができる。このようにして、
波長多重通信の複数の信号光の中の任意のN 個の信号の
一部をファイバーグレーティングにより反射させる。こ
れにより希土類添加光ファイバに入射する信号光を選択
的に減衰させることができる。

【００４４】本請求項３においては、反射させる波長と
してカスケードに接続された光ファイバ増幅器の利得平
坦性を阻害するほかの信号光と比較して出力の大きい信
号光を選択する。例えば、波長λ1 〜λn の信号の中で
他の信号光より大きいパワーをもつ波長λk 、λl の信
号光の一部を第一のグレーティング、第二のグレーティ
ングにより反射させて、利得平坦性を阻害する光信号の
パワーを減衰させる。これによって、異なる波長をもつ
信号光のパワーレベルをエルビウム添加光ファイバから
なる光ファイバ増幅器に入射する前に平滑化することが
可能となる。

【００４５】また、光ファイバ増幅器の増幅動作に寄与
しなかった残留励起光も第三のグレーティングにより反
射されるので、複合光部品内に残留励起光が進入するこ
とを防ぐことができる。反射された残留励起光は再び増
幅動作に用いられるので、励起光源の光パワーを有効に
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ増幅装置の一実施の形態を
示す構成図である。

【図２】図１の光ファイバ増幅装置に用いられたファイ
バーグレーティングの透過特性図である。

【図３】図１の光ファイバ増幅装置の入力信号光パワー
モニタ機能の測定系の構成図である。

【図４】図１の光ファイバ増幅装置の光電変換素子の電
圧出力の信号光入力パワー依存性を示す説明図である。

【図５】図１の光ファイバ増幅装置に励起光を投入した
場合の電圧上昇の信号光入力パワー依存性を示す説明図
である。

【図６】本発明の光ファイバ増幅装置の他の実施の形態
に使用される光ファイバ増幅器の出力スペクトラムを示
す説明図である。

【図７】本発明の光ファイバ増幅装置の他の実施の形態
に使用されるファイバーグレーティングの作用を示す説
明図である。

【図８】本発明の光ファイバ増幅装置の他の実施の形態
に使用されるファイバーグレーティングの作用を示す説
明図である。

【図９】従来の光ファイバ増幅装置を疑似的な４波波長
多重光増幅中継系に使用した例を示す構成図である。

【図１０】従来の光ファイバ増幅装置を疑似的な４波波
長多重光増幅中継系に使用した場合の各信号光出力の中
継段数依存性を示す説明図である。

【図１１】図９の光ファイバ増幅装置を疑似的な４波波
長多重光増幅中継系に使用した場合の多段接続時におけ
る光ファイバ増幅装置の各信号光間の利得差を示す説明
図である。

【図１２】本発明の光ファイバ増幅装置の他の実施の形
態を示す構成図である。

【図１３】図１２の光ファイバ増幅装置を疑似的な４波
波長多重光増幅中継系に使用した例を示す構成図であ
る。

【図１４】図１２の光ファイバ増幅装置を疑似的な４波
波長多重光増幅中継系に使用した場合の各信号光出力の
中継段数依存性を示す説明図である。

【図１５】図１２の光ファイバ増幅装置を疑似的な４波
波長多重光増幅中継系に使用した場合の多段接続時にお
ける光ファイバ増幅装置の各信号光間の利得差を示す説
明図である。

【図１６】従来の光ファイバ増幅装置に光合分岐器を用
いて入力信号光の監視を行うための一例を示す構成図で
ある。

【図１７】複合光部品の一例を示す構成図である。

【図１８】後方励起の光ファイバ増幅器における残留励
起光の模式を示す説明図である。

【図１９】複合光部品内の迷光の状態を示す説明図であ
る。

【図２０】複合光部品内で波長９８０ｎｍの残留励起光
が迷光となる状態を示す説明図である。

【図２１】従来の光ファイバ増幅装置の一例およびその
入力信号光パワーモニタ機能の測定系の構成図である。

【図２２】残留励起光の光スペクトラムの説明図および
残留励起光とバックワードＡＳＥのスペクトラムの説明
図である。

【図２３】図２１の光ファイバ増幅装置の光電変換素子
の電圧出力の信号光入力パワー依存性を示す説明図であ
る。

【図２４】図２１の光ファイバ増幅装置に励起光を投入
した場合の電圧上昇の信号光入力パワー依存性を示す説
明図である。

【図２５】エルビウム添加光ファイバの９８０ｎｍ付近
の吸収スペツトルを示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ増幅装置 ２０ エルビウム添加光ファイバからなる光ファイバ増
幅器 ３０ 励起光源 ４０ 光合分波器 ５０ アイソレータ ６０ 複合光部品 ６１ 光分岐膜 ６２ 光電変換素子 ６３ 光アイソレータ ６４、６５ 結合用レンズ ７０ ファイバーグレーティング ７１ 第一のファイバーグレーティング ７２ 第二のファイバーグレーティング ７３ 第三のファイバーグレーティング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類添加光ファイバの誘導放出機構を
   用いた光ファイバ増幅器と、光アイソレータ、波長合分
   波器および光電変換素子を内蔵し入力信号光のパワーを
   受光する機能を有する複合光部品を備え、前記複合光部
   品を前記光ファイバ増幅器の入力側に設け、励起光を信
   号光と逆方向に伝搬させる励起機構を有する光ファイバ
   増幅装置であって、前記複合光部品と前記光ファイバ増
   幅器の間に、増幅動作に寄与せずに前記希土類添加光フ
   ァイバの信号入力側に残留した励起光の中心波長と一致
   する反射中心波長を有するファイバグレーティングを設
   けたことを特徴とする光ファイバ増幅装置。
2. 【請求項２】 希土類添加光ファイバとしてエルビウム
   元素を添加した光ファイバを用い、エルビウム原子内の
   ラッセル−ソンダース結合で示される⁴I¹¹/₂電子準位お
   よび⁴I¹⁵/₂電子準位間の吸収遷移を行う波長980nm 近傍
   の光を放出する光源を励起光源とすることを特徴とする
   請求項１記載の光ファイバ増幅装置。
3. 【請求項３】 入力信号光は波長の異なる複数の波長を
   有する波長多重信号光であって、光ファイバ増幅器の利
   得平坦性を阻害するほかの信号光と比較して出力の大き
   い特定の信号光の中心波長と一致した反射中心波長を持
   つファイバーグレーティングであることを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の光ファイバ増幅装置。