JPH09230400A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
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- H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
- H01S3/1312—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
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- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は希土類元素がドープされたドープフ
ァイバを有する光ファイバ増幅器に関し、双方向ポンピ
ングにより利得が不安定にならないようにすることを課
題としている。 【解決手段】 ドープファイバ２と、ドープファイバ２
が信号光の波長を含む利得帯域（１．５５μｍ帯）を有
するように決定されるポンプ帯域（０．９８μｍ帯）に
含まれる第１の波長を有する第１のポンプ光を出力する
ポンプ光源８と、ポンプ帯域に含まれるが第１の波長と
は異なる第２の波長を有する第２のポンプ光を出力する
ポンプ光源１０と、第１及び第２のポンプ光をドープフ
ァイバ２に供給するための光カプラ４及び６とから構成
する。
ァイバを有する光ファイバ増幅器に関し、双方向ポンピ
ングにより利得が不安定にならないようにすることを課
題としている。 【解決手段】 ドープファイバ２と、ドープファイバ２
が信号光の波長を含む利得帯域（１．５５μｍ帯）を有
するように決定されるポンプ帯域（０．９８μｍ帯）に
含まれる第１の波長を有する第１のポンプ光を出力する
ポンプ光源８と、ポンプ帯域に含まれるが第１の波長と
は異なる第２の波長を有する第２のポンプ光を出力する
ポンプ光源１０と、第１及び第２のポンプ光をドープフ
ァイバ２に供給するための光カプラ４及び６とから構成
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的に希土類元素
がドープされたドープファイバを有する光ファイバ増幅
器に関し、更に詳しくはドープファイバの第１端及び第
２端からそれぞれポンプ光が供給される双方向ポンピン
グ型の光ファイバ増幅器に関する。
がドープされたドープファイバを有する光ファイバ増幅
器に関し、更に詳しくはドープファイバの第１端及び第
２端からそれぞれポンプ光が供給される双方向ポンピン
グ型の光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】マルチメディアネットワークの進展に伴い
情報需要は飛躍的に増大し、伝送システムにおいてはさ
らなる大容量化及び柔軟なネットワーク形成が求められ
ている。波長分割多重（ＷＤＭ）はこのようなシステム
需要に対応するためのものとして有望であり、ＷＤＭに
適した高性能な光ファイバ増幅器が要望されている。
情報需要は飛躍的に増大し、伝送システムにおいてはさ
らなる大容量化及び柔軟なネットワーク形成が求められ
ている。波長分割多重（ＷＤＭ）はこのようなシステム
需要に対応するためのものとして有望であり、ＷＤＭに
適した高性能な光ファイバ増幅器が要望されている。
【０００３】
【従来の技術】エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素がド
ープされたドープファイバを有する光ポンピング型の光
増幅器が知られている。あらかじめ定められた波長のポ
ンプ光がドープファイバにその第１端及び第２端の少な
くともいずれか一方から供給され、このようにして光ポ
ンピングされているドープファイバの第１端に信号光が
供給されると、増幅された信号光がドープファイバの第
２端から出力される。
ープされたドープファイバを有する光ポンピング型の光
増幅器が知られている。あらかじめ定められた波長のポ
ンプ光がドープファイバにその第１端及び第２端の少な
くともいずれか一方から供給され、このようにして光ポ
ンピングされているドープファイバの第１端に信号光が
供給されると、増幅された信号光がドープファイバの第
２端から出力される。
【０００４】フォワードポンピングでは、ポンプ光は信
号光と同じ向きに第１端からドープファイバに供給され
る。バックワードポンピングでは、ポンプ光は信号光と
は逆に第２端からドープファイバに供給される。双方向
ポンピングでは、ポンプ光は第１端及び第２端の双方か
らドープファイバに供給される。
号光と同じ向きに第１端からドープファイバに供給され
る。バックワードポンピングでは、ポンプ光は信号光と
は逆に第２端からドープファイバに供給される。双方向
ポンピングでは、ポンプ光は第１端及び第２端の双方か
らドープファイバに供給される。
【０００５】波長が１．５５μｍ帯の信号光に対して
は、ドープファイバのドーパントとしてエルビウムが有
望である。この場合、０．９８μｍ帯のポンプ光による
双方向ポンピングにより、低雑音指数で且つ高い励起率
（反転分布率）の特性が得られる。
は、ドープファイバのドーパントとしてエルビウムが有
望である。この場合、０．９８μｍ帯のポンプ光による
双方向ポンピングにより、低雑音指数で且つ高い励起率
（反転分布率）の特性が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように双方向ポン
ピングは高品質な光ファイバ増幅器を提供するための有
用な技術の１つであるが、双方向ポンピングを行う場
合、一方のポンプ光源が他方のポンプ光源からのポンプ
光の影響を受け、光ファイバ増幅器の利得が不安定にな
ることがあるという問題がある。
ピングは高品質な光ファイバ増幅器を提供するための有
用な技術の１つであるが、双方向ポンピングを行う場
合、一方のポンプ光源が他方のポンプ光源からのポンプ
光の影響を受け、光ファイバ増幅器の利得が不安定にな
ることがあるという問題がある。
【０００７】よって、本発明の目的は、双方向ポンピン
グにより利得が不安定になることがない光ファイバ増幅
器を提供することにある。本発明の他の目的は、以下の
説明から明らかになる。
グにより利得が不安定になることがない光ファイバ増幅
器を提供することにある。本発明の他の目的は、以下の
説明から明らかになる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によると、希土類
元素がドープされ第１端及び第２端を有するドープファ
イバと、第１の波長を有する第１のポンプ光を出力する
第１のポンプ光源と、第２の波長を有する第２のポンプ
光を出力する第２のポンプ光源とを備えた光ファイバ増
幅器が提供される。
元素がドープされ第１端及び第２端を有するドープファ
イバと、第１の波長を有する第１のポンプ光を出力する
第１のポンプ光源と、第２の波長を有する第２のポンプ
光を出力する第２のポンプ光源とを備えた光ファイバ増
幅器が提供される。
【０００９】第１及び第２の波長は互いに異なるが同じ
ポンプ帯域に含まれる。ポンプ帯域は、ドープファイバ
が信号光の波長を含む利得帯域を有するように決定され
る。信号光の波長が１．５５μｍ帯にある場合、ドープ
ファイバのドーパントとしてはエルビウムが適してお
り、この場合、低雑音指数及び高ポンピング効率を得る
ために、ポンプ帯域は望ましくは０．９８μｍ帯であ
る。高出力パワーの光ファイバ増幅器を得るために、ポ
ンプ帯域を１．４８μｍ帯にしてもよい。
ポンプ帯域に含まれる。ポンプ帯域は、ドープファイバ
が信号光の波長を含む利得帯域を有するように決定され
る。信号光の波長が１．５５μｍ帯にある場合、ドープ
ファイバのドーパントとしてはエルビウムが適してお
り、この場合、低雑音指数及び高ポンピング効率を得る
ために、ポンプ帯域は望ましくは０．９８μｍ帯であ
る。高出力パワーの光ファイバ増幅器を得るために、ポ
ンプ帯域を１．４８μｍ帯にしてもよい。
【００１０】第１の光カプラはドープファイバの第１端
及び第１のポンプ光源に動作的に接続される。第１の光
カプラは、信号光及び第１のポンプ光を受けこれらを第
１端からドープファイバに供給する。
及び第１のポンプ光源に動作的に接続される。第１の光
カプラは、信号光及び第１のポンプ光を受けこれらを第
１端からドープファイバに供給する。
【００１１】第２の光カプラはドープファイバの第２端
及び第２のポンプ光源に動作的に接続される。第２の光
カプラは、第２のポンプ光を受けこれを第２端からドー
プファイバに供給する。
及び第２のポンプ光源に動作的に接続される。第２の光
カプラは、第２のポンプ光を受けこれを第２端からドー
プファイバに供給する。
【００１２】本発明の光ファイバ増幅器では、第１のポ
ンプ光の第１の波長と第２のポンプ光の第２の波長とを
異ならせているので、第１及び第２の波長が同じポンプ
帯域に含まれているにもかかわらず、第１のポンプ光源
は第２のポンプ光の影響を受けることがなくまた第２の
ポンプ光源は第１のポンプ光の影響を受けることがな
く、利得が安定化される。
ンプ光の第１の波長と第２のポンプ光の第２の波長とを
異ならせているので、第１及び第２の波長が同じポンプ
帯域に含まれているにもかかわらず、第１のポンプ光源
は第２のポンプ光の影響を受けることがなくまた第２の
ポンプ光源は第１のポンプ光の影響を受けることがな
く、利得が安定化される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施の形
態を添付図面に沿って詳細に説明する。図１は本発明の
第１実施形態を示す光ファイバ増幅器のブロック図であ
る。この光ファイバ増幅器は、信号光伝搬方向の上流側
及び下流側にそれぞれ対応する第１端２Ａ及び第２端２
Ｂを有するドープファイバ２と、ドープファイバの第１
端２Ａ及び第２端２Ｂにそれぞれ接続されるＷＤＭ型の
光カプラ４及び６と、光カプラ４及び６にそれぞれ接続
されるポンプ光源８及び１０とを備えている。
態を添付図面に沿って詳細に説明する。図１は本発明の
第１実施形態を示す光ファイバ増幅器のブロック図であ
る。この光ファイバ増幅器は、信号光伝搬方向の上流側
及び下流側にそれぞれ対応する第１端２Ａ及び第２端２
Ｂを有するドープファイバ２と、ドープファイバの第１
端２Ａ及び第２端２Ｂにそれぞれ接続されるＷＤＭ型の
光カプラ４及び６と、光カプラ４及び６にそれぞれ接続
されるポンプ光源８及び１０とを備えている。
【００１４】以下の説明では、ドープファイバ２のドー
パントはエルビウムであるとし、信号光の波長は１．５
５μｍ帯にあるものとする。光カプラ４は４つのポート
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ及び４Ｄを有しており、これらのうち
ポート４Ｄは無反射終端されている。光カプラ４は、ポ
ート４Ａに供給された波長１．５５μｍ帯の光をポート
４Ｃから出力し、ポート４Ｂに供給された波長０．９８
μｍ帯の光をポート４Ｃから出力するように機能する。
ポート４Ｃはドープファイバ２の第１端２Ａに接続され
る。
パントはエルビウムであるとし、信号光の波長は１．５
５μｍ帯にあるものとする。光カプラ４は４つのポート
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ及び４Ｄを有しており、これらのうち
ポート４Ｄは無反射終端されている。光カプラ４は、ポ
ート４Ａに供給された波長１．５５μｍ帯の光をポート
４Ｃから出力し、ポート４Ｂに供給された波長０．９８
μｍ帯の光をポート４Ｃから出力するように機能する。
ポート４Ｃはドープファイバ２の第１端２Ａに接続され
る。
【００１５】光カプラ６は４つのポート６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ及び６Ｄを有しており、これらのうちポート６Ｂは無
反射終端されている。光カプラ６は、ポート６Ａに供給
された波長１．５５μｍ帯の光をポート６Ｃから出力
し、ポート６Ｄに供給された波長０．９８μｍ帯の光を
ポート６Ａから出力するように機能する。
Ｃ及び６Ｄを有しており、これらのうちポート６Ｂは無
反射終端されている。光カプラ６は、ポート６Ａに供給
された波長１．５５μｍ帯の光をポート６Ｃから出力
し、ポート６Ｄに供給された波長０．９８μｍ帯の光を
ポート６Ａから出力するように機能する。
【００１６】光カプラ６のポート６Ａはドープファイバ
２の第２端２Ｂに接続される。ポンプ光源８は、波長
０．９８μｍ帯でレーザ発振するレーザダイオード１２
と、レーザダイオード１２及び光カプラ４のポート４Ｂ
間に設けられる反射型光デバイス１４とからなる。レー
ザダイオード１２には駆動回路１６から直流の或いは制
御された駆動電流（バイアス電流）が与えられている。
２の第２端２Ｂに接続される。ポンプ光源８は、波長
０．９８μｍ帯でレーザ発振するレーザダイオード１２
と、レーザダイオード１２及び光カプラ４のポート４Ｂ
間に設けられる反射型光デバイス１４とからなる。レー
ザダイオード１２には駆動回路１６から直流の或いは制
御された駆動電流（バイアス電流）が与えられている。
【００１７】ポンプ光源１０は、波長０．９８μｍ帯で
レーザ発振するレーザダイオード１８と、レーザダイオ
ード１８及び光カプラ６のポート６Ｄ間に設けられる反
射型光デバイス２０とからなる。レーザダイオード１８
には駆動回路２２から直流の或いは制御された駆動電流
が与えられている。
レーザ発振するレーザダイオード１８と、レーザダイオ
ード１８及び光カプラ６のポート６Ｄ間に設けられる反
射型光デバイス２０とからなる。レーザダイオード１８
には駆動回路２２から直流の或いは制御された駆動電流
が与えられている。
【００１８】増幅すべき信号光は光アイソレータ２４を
介して光カプラ４のポート４Ａに供給される。ドープフ
ァイバ２内で増幅された信号光は、光カプラ６のポート
６Ｃから光アイソレータを通って出力される。
介して光カプラ４のポート４Ａに供給される。ドープフ
ァイバ２内で増幅された信号光は、光カプラ６のポート
６Ｃから光アイソレータを通って出力される。
【００１９】図２を参照すると、反射型光デバイス１４
及び２０の特性が示されている。縦軸は反射率（％）で
あり、横軸は波長（ｎｍ）である。反射型光デバイス１
４は、符号２８で示されるように、波長λ1 を中心波長
とする狭帯域な波長選択性を有している。反射型光デバ
イス２０は、符号３０で示されるように、波長λ2 （λ
1 ≠λ2 ）を中心波長とする狭帯域な波長選択性を有し
ている。
及び２０の特性が示されている。縦軸は反射率（％）で
あり、横軸は波長（ｎｍ）である。反射型光デバイス１
４は、符号２８で示されるように、波長λ1 を中心波長
とする狭帯域な波長選択性を有している。反射型光デバ
イス２０は、符号３０で示されるように、波長λ2 （λ
1 ≠λ2 ）を中心波長とする狭帯域な波長選択性を有し
ている。
【００２０】波長λ1 及びλ2 は、エルビウムドープフ
ァイバ（ＥＤＦ）に対していくつか与えられるポンプ帯
域の１つであるところの０．９８μｍ帯内にあり、デチ
ューニング量（｜λ1 −λ2 ｜）は望ましくは５ｎｍ以
上に設定される。
ァイバ（ＥＤＦ）に対していくつか与えられるポンプ帯
域の１つであるところの０．９８μｍ帯内にあり、デチ
ューニング量（｜λ1 −λ2 ｜）は望ましくは５ｎｍ以
上に設定される。
【００２１】図２では波長λ2 が長波長側に図示されて
いるが、波長λ1 及びλ2 の大小関係は任意である。図
３の（Ａ）及び（Ｂ）はポンプ光源のスペクトルを示す
図である。例えばポンプ光源８において、レーザダイオ
ード１２の出力光は、図３の（Ａ）に示されるように比
較的広いスペクトルを有している。これに対して、反射
型光デバイス１４からドープファイバ２へ供給されるポ
ンプ光は、図３の（Ｂ）に示されるように比較的狭いス
ペクトルを有している。
いるが、波長λ1 及びλ2 の大小関係は任意である。図
３の（Ａ）及び（Ｂ）はポンプ光源のスペクトルを示す
図である。例えばポンプ光源８において、レーザダイオ
ード１２の出力光は、図３の（Ａ）に示されるように比
較的広いスペクトルを有している。これに対して、反射
型光デバイス１４からドープファイバ２へ供給されるポ
ンプ光は、図３の（Ｂ）に示されるように比較的狭いス
ペクトルを有している。
【００２２】このような波長の固定、即ちスペクトルの
狭窄化を行うための反射型光デバイスとしては、例えば
ブラッグ反射グレーティングファイバを用いることがで
きる。誘電体多層膜等の干渉用の光学膜を用いて反射型
光デバイスを構成することもできる。
狭窄化を行うための反射型光デバイスとしては、例えば
ブラッグ反射グレーティングファイバを用いることがで
きる。誘電体多層膜等の干渉用の光学膜を用いて反射型
光デバイスを構成することもできる。
【００２３】図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、光
ファイバ増幅器の利得の不安定さが示されている。両図
において、実線は光ファイバ増幅器の総出力パワー（ｄ
Ｂｍ）とレーザダイオードの駆動電流（ｍＡ）との関係
を表しており、破線はスペクトルのピーク波長（ｎｍ）
と駆動電流（ｍＡ）との関係を表している。
ファイバ増幅器の利得の不安定さが示されている。両図
において、実線は光ファイバ増幅器の総出力パワー（ｄ
Ｂｍ）とレーザダイオードの駆動電流（ｍＡ）との関係
を表しており、破線はスペクトルのピーク波長（ｎｍ）
と駆動電流（ｍＡ）との関係を表している。
【００２４】図４の（Ａ）は図１の光ファイバ増幅器か
ら反射型光デバイス１４及び２０を取り外したときの特
性を示している。フォワードポンピング用のレーザダイ
オード１２には一定の駆動電流を与えておき（フルポン
ピング）、バックワードポンピング用のレーザダイオー
ド１８に与える駆動電流を変化させたときの総出力パワ
ー及びピーク波長の変化の測定結果が示されている。総
出力パワー及びピーク波長共に駆動電流が増大するに従
って不連続に変化していることがわかる。
ら反射型光デバイス１４及び２０を取り外したときの特
性を示している。フォワードポンピング用のレーザダイ
オード１２には一定の駆動電流を与えておき（フルポン
ピング）、バックワードポンピング用のレーザダイオー
ド１８に与える駆動電流を変化させたときの総出力パワ
ー及びピーク波長の変化の測定結果が示されている。総
出力パワー及びピーク波長共に駆動電流が増大するに従
って不連続に変化していることがわかる。
【００２５】このような利得の不安定さが生じるのは、
レーザダイオード１２及び１８の出力光のスペクトルが
図３の（Ａ）に示されるように広く、互いに影響を与え
ているためと考えられる。即ち、レーザダイオード１２
からドープファイバ２に供給されて光増幅に寄与した後
に残ったフォワードポンプ光が光カプラ６を介してポン
プ光源１０に供給されその影響でレーザダイオード１８
の発振が不安定になり、また、レーザダイオード１８か
らドープファイバ２に供給され光増幅に寄与した後に残
ったバックワードポンプ光が光カプラ４を介してポンプ
光源８に供給され、その影響でレーザダイオード１２の
発振が不安定になっているのである。
レーザダイオード１２及び１８の出力光のスペクトルが
図３の（Ａ）に示されるように広く、互いに影響を与え
ているためと考えられる。即ち、レーザダイオード１２
からドープファイバ２に供給されて光増幅に寄与した後
に残ったフォワードポンプ光が光カプラ６を介してポン
プ光源１０に供給されその影響でレーザダイオード１８
の発振が不安定になり、また、レーザダイオード１８か
らドープファイバ２に供給され光増幅に寄与した後に残
ったバックワードポンプ光が光カプラ４を介してポンプ
光源８に供給され、その影響でレーザダイオード１２の
発振が不安定になっているのである。
【００２６】図４の（Ｂ）を参照すると、反射型光デバ
イス１４の中心波長と反射型光デバイス２０の中心波長
とを一致させたときの特性が示されている。具体的に
は、フォワードポンプ光の波長とバックワードポンプ光
の波長は共に９７５．０ｎｍに設定された。
イス１４の中心波長と反射型光デバイス２０の中心波長
とを一致させたときの特性が示されている。具体的に
は、フォワードポンプ光の波長とバックワードポンプ光
の波長は共に９７５．０ｎｍに設定された。
【００２７】レーザダイオード１２によりフルポンピン
グを行っておき、レーザダイオード１８に供給する駆動
電流を変化させたときの総出力パワー及びピーク波長の
変化が示されている。
グを行っておき、レーザダイオード１８に供給する駆動
電流を変化させたときの総出力パワー及びピーク波長の
変化が示されている。
【００２８】駆動電流が５０ｍＡを超えると相互作用に
より１０２０ｎｍの発振が成長し、ポンピング効率が低
下していることがわかる。このように、フォワードポン
プ光とバックワードポンプ光のスペクトルを狭窄化し且
つ波長を一致させた場合、利得の不安定さは顕著とな
る。
より１０２０ｎｍの発振が成長し、ポンピング効率が低
下していることがわかる。このように、フォワードポン
プ光とバックワードポンプ光のスペクトルを狭窄化し且
つ波長を一致させた場合、利得の不安定さは顕著とな
る。
【００２９】図５を参照すると、本発明による利得の安
定さが示されている。測定データの見方は図４の（Ａ）
及び（Ｂ）と同じである。フォワードポンプ光の波長は
９８０．０ｎｍに設定され、バックワードポンプ光の波
長は９７５．０ｎｍに設定された。
定さが示されている。測定データの見方は図４の（Ａ）
及び（Ｂ）と同じである。フォワードポンプ光の波長は
９８０．０ｎｍに設定され、バックワードポンプ光の波
長は９７５．０ｎｍに設定された。
【００３０】レーザダイオード１２についてフルポンピ
ングを行っておき、レーザダイオード１８へ供給する駆
動電流を変化させたときの総出力パワー及びピーク波長
の変化が示されている。駆動電流が増大するに従って総
出力パワーが連続的に増大しており、安定な利得が得ら
れていることがわかる。
ングを行っておき、レーザダイオード１８へ供給する駆
動電流を変化させたときの総出力パワー及びピーク波長
の変化が示されている。駆動電流が増大するに従って総
出力パワーが連続的に増大しており、安定な利得が得ら
れていることがわかる。
【００３１】このようにフォワードポンプ光の波長とバ
ックワードポンプ光の波長を異ならせておくことによっ
て、ポンプ光源同士の相互作用が抑えられ、光ファイバ
増幅器の利得が安定化される。
ックワードポンプ光の波長を異ならせておくことによっ
て、ポンプ光源同士の相互作用が抑えられ、光ファイバ
増幅器の利得が安定化される。
【００３２】図６は本発明の第２実施形態を示す光ファ
イバ増幅器のブロック図である。フォワードポンピング
用のポンプ光源８′として、波長λ1 を中心波長として
単一モードでレーザ発振するＤＦＢ（分布帰還）型のレ
ーザダイオードが用いられ、バックワードポンピング用
のポンプ光源１０′として、波長λ2 を中心波長として
単一モードでレーザ発振するＤＦＢ型のレーザダイオー
ドが用いられている。
イバ増幅器のブロック図である。フォワードポンピング
用のポンプ光源８′として、波長λ1 を中心波長として
単一モードでレーザ発振するＤＦＢ（分布帰還）型のレ
ーザダイオードが用いられ、バックワードポンピング用
のポンプ光源１０′として、波長λ2 を中心波長として
単一モードでレーザ発振するＤＦＢ型のレーザダイオー
ドが用いられている。
【００３３】波長λ1 及びλ2 は第１実施形態における
のと同じように０．９８μｍ帯のポンプ帯域にあり、こ
れらは互いに異なる波長である。本実施形態では、それ
ぞれ単一モード発振する２つのレーザダイオードにより
双方向ポンピングを行っているので、反射型光デバイス
を用いることなしに利得を安定にすることができる。
のと同じように０．９８μｍ帯のポンプ帯域にあり、こ
れらは互いに異なる波長である。本実施形態では、それ
ぞれ単一モード発振する２つのレーザダイオードにより
双方向ポンピングを行っているので、反射型光デバイス
を用いることなしに利得を安定にすることができる。
【００３４】図７を参照すると、光ファイバ増幅器の利
得及び雑音指数の波長特性（ポンプ光波長依存性）が示
されている。縦軸は利得（ｄＢ）及び雑音指数（ｄＢ）
であり、横軸はフォワードポンピング又はバックワード
ポンピングにおけるポンプ光の波長（ｎｍ）である。
得及び雑音指数の波長特性（ポンプ光波長依存性）が示
されている。縦軸は利得（ｄＢ）及び雑音指数（ｄＢ）
であり、横軸はフォワードポンピング又はバックワード
ポンピングにおけるポンプ光の波長（ｎｍ）である。
【００３５】実施形態で用いられているＥＤＦ（エルビ
ウムドープファイバ）においては、最低雑音指数を与え
る波長λminNF は９８０ｎｍであり、最大利得を与える
波長λmaxGは９７５ｎｍ及び９８５ｎｍである。また、
実用上十分な利得を得ることができる０．９８μｍ帯の
ポンプ帯域は、９６５ｎｍ乃至９９５ｎｍにある。
ウムドープファイバ）においては、最低雑音指数を与え
る波長λminNF は９８０ｎｍであり、最大利得を与える
波長λmaxGは９７５ｎｍ及び９８５ｎｍである。また、
実用上十分な利得を得ることができる０．９８μｍ帯の
ポンプ帯域は、９６５ｎｍ乃至９９５ｎｍにある。
【００３６】望ましくは、フォワードポンプ光の波長λ
1 はλminNF に等しく設定される。その理由は、信号光
の増幅がまだあまりなされていないドープファイバ２の
上流側部分について、低い雑音指数を与える波長のフォ
ワードポンプ光を作用させることによって、低雑音の光
ファイバ増幅器の提供が可能になるからである。
1 はλminNF に等しく設定される。その理由は、信号光
の増幅がまだあまりなされていないドープファイバ２の
上流側部分について、低い雑音指数を与える波長のフォ
ワードポンプ光を作用させることによって、低雑音の光
ファイバ増幅器の提供が可能になるからである。
【００３７】即ち、フォワードポンプ光の波長λ1 を９
８０ｎｍに実質的に一致するようにし、バックワードポ
ンプ光の波長λ2 が実質的に９６５ｎｍ乃至９９５ｎｍ
の範囲にあるようにしておくことによって、利得が不安
定になることがなく且つ低雑音な光ファイバ増幅器の提
供が可能になる。
８０ｎｍに実質的に一致するようにし、バックワードポ
ンプ光の波長λ2 が実質的に９６５ｎｍ乃至９９５ｎｍ
の範囲にあるようにしておくことによって、利得が不安
定になることがなく且つ低雑音な光ファイバ増幅器の提
供が可能になる。
【００３８】フォワードポンプ光の波長λ1 をλminNF
に等しく設定した場合において、バックワードポンプ光
の波長λ2 をλmaxGに等しくしておくことによって、利
得が不安定になることがなく、低雑音で且つ高出力な光
ファイバ増幅器の提供が可能になる。具体的にはバック
ワードポンプ光の波長λ2 は９７５ｎｍ又は９８５ｎｍ
に設定される。
に等しく設定した場合において、バックワードポンプ光
の波長λ2 をλmaxGに等しくしておくことによって、利
得が不安定になることがなく、低雑音で且つ高出力な光
ファイバ増幅器の提供が可能になる。具体的にはバック
ワードポンプ光の波長λ2 は９７５ｎｍ又は９８５ｎｍ
に設定される。
【００３９】本発明は、フォワードポンプ光の波長λ1
及びバックワードポンプ光の波長λ 2 が同じポンプ帯域
（例えば０．９８μｍ帯；９６５ｎｍ−９９５ｎｍ）に
あることと、λ1 ≠λ2 であることとだけによって限定
される。
及びバックワードポンプ光の波長λ 2 が同じポンプ帯域
（例えば０．９８μｍ帯；９６５ｎｍ−９９５ｎｍ）に
あることと、λ1 ≠λ2 であることとだけによって限定
される。
【００４０】ところで、光ファイバ増幅器を中継器に適
用する場合、中継器が海底等に敷設されることから、メ
ンテナンスが困難であり、高信頼性が要求される。双方
向ポンピングが適用される光ファイバ増幅器において
は、一方のポンプ光源が故障した場合に他方の光源だけ
を動作させることによって、光ファイバ増幅器に冗長性
（redundancy）を持たせることができる。この場合、フ
ォワードポンプ光の波長λ1 が与える雑音指数及び利得
がそれぞれバックワードポンプ光の波長λ2 が与える雑
音指数及び利得に実質的に等しくなるようにしておくこ
とによって、一方のポンプ光がパワーダウンしてパワー
バランスが変化したとしても、一定の雑音指数或いはゲ
インチルトを維持することができる。
用する場合、中継器が海底等に敷設されることから、メ
ンテナンスが困難であり、高信頼性が要求される。双方
向ポンピングが適用される光ファイバ増幅器において
は、一方のポンプ光源が故障した場合に他方の光源だけ
を動作させることによって、光ファイバ増幅器に冗長性
（redundancy）を持たせることができる。この場合、フ
ォワードポンプ光の波長λ1 が与える雑音指数及び利得
がそれぞれバックワードポンプ光の波長λ2 が与える雑
音指数及び利得に実質的に等しくなるようにしておくこ
とによって、一方のポンプ光がパワーダウンしてパワー
バランスが変化したとしても、一定の雑音指数或いはゲ
インチルトを維持することができる。
【００４１】例えば図７に示される特性では、利得カー
ブ及び雑音指数カーブはλminNF を中心に対称な形状を
有しているので、λminNF は（λ1 ＋λ2 ）／２に実質
的に等しい。具体的には、λ1 及びλ2 はそれぞれ９７
５ｎｍ及び９８５ｎｍの一方及び他方である。
ブ及び雑音指数カーブはλminNF を中心に対称な形状を
有しているので、λminNF は（λ1 ＋λ2 ）／２に実質
的に等しい。具体的には、λ1 及びλ2 はそれぞれ９７
５ｎｍ及び９８５ｎｍの一方及び他方である。
【００４２】図８を参照して光ファイバ増幅器のゲイン
チルトを説明する。波長１５４８，１５５１，１５５４
及び１５５７ｎｍの４チャネルのＷＤＭ信号光を同じ入
力パワー（−３５ｄＢｍ／ｃｈ）で、ポンピングされて
いるエルビウムドープファイバに入力したときの出力光
のスペクトルが示されている。
チルトを説明する。波長１５４８，１５５１，１５５４
及び１５５７ｎｍの４チャネルのＷＤＭ信号光を同じ入
力パワー（−３５ｄＢｍ／ｃｈ）で、ポンピングされて
いるエルビウムドープファイバに入力したときの出力光
のスペクトルが示されている。
【００４３】縦軸は出力パワー（ｄＢｍ）であり、横軸
は波長（ｎｍ）である。Ａで示されるスペクトルはポン
プ光のパワーが比較的大きいときに対応しており、負の
ゲインチルトが生じている。即ち、ゲインの波長微分は
負である（ｄＧ／ｄλ＜０）。
は波長（ｎｍ）である。Ａで示されるスペクトルはポン
プ光のパワーが比較的大きいときに対応しており、負の
ゲインチルトが生じている。即ち、ゲインの波長微分は
負である（ｄＧ／ｄλ＜０）。
【００４４】Ｃで示されるスペクトルはポンプ光のパワ
ーが比較的小さいときに対応しており、正のゲインチル
トが得られている（ｄＧ／ｄλ＞０）。Ｂで示されるス
ペクトルは、ゲインチルトを生じさせないための最適な
ポンプ光パワーに対応しており、ゲインの波長微分は０
である（ｄＧ／ｄλ＝０）。
ーが比較的小さいときに対応しており、正のゲインチル
トが得られている（ｄＧ／ｄλ＞０）。Ｂで示されるス
ペクトルは、ゲインチルトを生じさせないための最適な
ポンプ光パワーに対応しており、ゲインの波長微分は０
である（ｄＧ／ｄλ＝０）。
【００４５】いずれのスペクトルも、ＡＳＥ光（増幅さ
れた自然放出光）のなだらかなスペクトルに各チャネル
の信号光に対応する４つの鋭いスペクトルが重畳された
形状を有している。
れた自然放出光）のなだらかなスペクトルに各チャネル
の信号光に対応する４つの鋭いスペクトルが重畳された
形状を有している。
【００４６】尚、本願明細書においては、このような利
得が生じるようにＡＳＥ光が発生する波長の範囲を利得
帯域と称している。光ファイバ増幅器においては、ＡＳ
Ｅ光のスペクトルには小信号に対する利得特性が反映さ
れる。従って、ある光ファイバ増幅器が与えられたとき
に、ＡＳＥ光をモニタリングすることによってゲインチ
ルトを検出することができる。このモニタリングに基づ
いて、ゲインチルトが平坦又は一定になるようにフィー
ドバック制御を行うことができる。具体的には次の通り
である。
得が生じるようにＡＳＥ光が発生する波長の範囲を利得
帯域と称している。光ファイバ増幅器においては、ＡＳ
Ｅ光のスペクトルには小信号に対する利得特性が反映さ
れる。従って、ある光ファイバ増幅器が与えられたとき
に、ＡＳＥ光をモニタリングすることによってゲインチ
ルトを検出することができる。このモニタリングに基づ
いて、ゲインチルトが平坦又は一定になるようにフィー
ドバック制御を行うことができる。具体的には次の通り
である。
【００４７】図９は本発明の第３実施形態を示す光ファ
イバ増幅器のブロック図である。この光ファイバ増幅器
は、図１の第１実施形態と対比して、ドープファイバ２
の第１端２Ａに動作的に接続され第１端２Ａから出力さ
れるＡＳＥ光を取り出すための光カプラ３２と、ＡＳＥ
光を受けドープファイバ２における利得の波長特性であ
るところのゲインチルトを検出するモニタ３４と、検出
されたゲインチルトが平坦又は一定になるようにレーザ
ダイオード１２及び１８の駆動電流の少なくともいずれ
か一方を制御する制御回路３６とを付加的に有している
点で特徴付けられる。
イバ増幅器のブロック図である。この光ファイバ増幅器
は、図１の第１実施形態と対比して、ドープファイバ２
の第１端２Ａに動作的に接続され第１端２Ａから出力さ
れるＡＳＥ光を取り出すための光カプラ３２と、ＡＳＥ
光を受けドープファイバ２における利得の波長特性であ
るところのゲインチルトを検出するモニタ３４と、検出
されたゲインチルトが平坦又は一定になるようにレーザ
ダイオード１２及び１８の駆動電流の少なくともいずれ
か一方を制御する制御回路３６とを付加的に有している
点で特徴付けられる。
【００４８】ここで、光学部品同士が動作的に接続され
るというのは、ファイバ接続或いはコリメートビームを
用いた空間接続により直接接続される場合を含み、更に
光フィルタ等の他の光学部品を介して接続される場合を
含む。
るというのは、ファイバ接続或いはコリメートビームを
用いた空間接続により直接接続される場合を含み、更に
光フィルタ等の他の光学部品を介して接続される場合を
含む。
【００４９】光カプラ３２は４つのポート３２Ａ，３２
Ｂ，３２Ｃ及び３２Ｄを有しており、これらのうちポー
ト３２Ｄは無反射終端されている。光カプラ３２は、ポ
ート３２Ａに供給された光のほとんど全部をポート３２
Ｃから出力し、ポート３２Ｃに供給された光の一部をポ
ート３２Ｂから出力するように機能する。
Ｂ，３２Ｃ及び３２Ｄを有しており、これらのうちポー
ト３２Ｄは無反射終端されている。光カプラ３２は、ポ
ート３２Ａに供給された光のほとんど全部をポート３２
Ｃから出力し、ポート３２Ｃに供給された光の一部をポ
ート３２Ｂから出力するように機能する。
【００５０】ポート３２Ａは光アイソレータ２４の出力
ポートに接続され、ポート３２Ｃは光カプラ４のポート
４Ａに接続される。ゲインチルトモニタ３４は、光カプ
ラ３２のポート３２Ｂから出力されたＡＳＥ光を受けこ
れを第１及び第２の分岐光に分岐して出力する光カプラ
（例えば３ｄＢカプラ）３８と、第１の分岐光を供給さ
れドープファイバ２の利得帯域に含まれる第１の通過帯
域を有する光帯域通過フィルタ４０と、第２の分岐光を
供給され利得帯域に含まれるが第１の通過帯域とは異な
る第２の通過帯域を有する光帯域通過フィルタ４２と、
フィルタ４０及び４２から出力した光をそれぞれ光／電
気変換するフォトディテクタ４４及び４６とを含む。
ポートに接続され、ポート３２Ｃは光カプラ４のポート
４Ａに接続される。ゲインチルトモニタ３４は、光カプ
ラ３２のポート３２Ｂから出力されたＡＳＥ光を受けこ
れを第１及び第２の分岐光に分岐して出力する光カプラ
（例えば３ｄＢカプラ）３８と、第１の分岐光を供給さ
れドープファイバ２の利得帯域に含まれる第１の通過帯
域を有する光帯域通過フィルタ４０と、第２の分岐光を
供給され利得帯域に含まれるが第１の通過帯域とは異な
る第２の通過帯域を有する光帯域通過フィルタ４２と、
フィルタ４０及び４２から出力した光をそれぞれ光／電
気変換するフォトディテクタ４４及び４６とを含む。
【００５１】制御回路３６は、フォトディテクタ４４及
び４６の出力信号の比が一定（例えば１：１）になるよ
うにレーザダイオード１２及び／又は１８の駆動電流を
制御する。尚、図１の駆動回路１６及び２２は制御回路
３６に含まれている。
び４６の出力信号の比が一定（例えば１：１）になるよ
うにレーザダイオード１２及び／又は１８の駆動電流を
制御する。尚、図１の駆動回路１６及び２２は制御回路
３６に含まれている。
【００５２】図８の利得帯域を例にとると、フィルタ４
０の第１の通過帯域の中心波長は例えば１５４０ｎｍに
設定され、フィルタ４２の第２の通過帯域の中心波長は
例えば１５６０ｎｍに設定される。このように２つの通
過帯域により制限されたＡＳＥ光のパワーの比を検出す
ることによって、ゲインチルトをモニタすることができ
る。
０の第１の通過帯域の中心波長は例えば１５４０ｎｍに
設定され、フィルタ４２の第２の通過帯域の中心波長は
例えば１５６０ｎｍに設定される。このように２つの通
過帯域により制限されたＡＳＥ光のパワーの比を検出す
ることによって、ゲインチルトをモニタすることができ
る。
【００５３】フォトディテクタ４４及び４６の出力電気
信号レベルが一定になるようなフィードバック制御を行
うことによって、例えば平坦なゲインチルトを得ること
ができる。
信号レベルが一定になるようなフィードバック制御を行
うことによって、例えば平坦なゲインチルトを得ること
ができる。
【００５４】図１０を参照すると、図９の制御回路３６
の具体例が示されている。フォトディテクタ４４及び４
６がフォトダイオードからなる場合、各フォトダイオー
ドに流れる光電流はそれぞれ電圧信号に変換されて除算
器４８の２つの入力ポートに供給される。
の具体例が示されている。フォトディテクタ４４及び４
６がフォトダイオードからなる場合、各フォトダイオー
ドに流れる光電流はそれぞれ電圧信号に変換されて除算
器４８の２つの入力ポートに供給される。
【００５５】入力電圧信号の比に対応する除算器４８の
出力レベルは、演算増幅器５０において参照電圧ＶREF
と比較され、その差分によってレーザダイオード１２
（１８）が駆動される。符号５２は駆動電流を発生する
ためのパワートランジスタを示している。
出力レベルは、演算増幅器５０において参照電圧ＶREF
と比較され、その差分によってレーザダイオード１２
（１８）が駆動される。符号５２は駆動電流を発生する
ためのパワートランジスタを示している。
【００５６】この実施形態によると、利得が安定で且つ
ゲインチルトが一定な光ファイバ増幅器の提供が可能に
なる。このようなゲインチルトを一定にするためのフィ
ードバック制御は、前述した原理から明らかなように、
特に、フォワードポンプ光の波長が与える雑音指数及び
利得がそれぞれバックワードポンプ光の波長が与える雑
音指数及び利得に実質的に等しい場合に有効である。
ゲインチルトが一定な光ファイバ増幅器の提供が可能に
なる。このようなゲインチルトを一定にするためのフィ
ードバック制御は、前述した原理から明らかなように、
特に、フォワードポンプ光の波長が与える雑音指数及び
利得がそれぞれバックワードポンプ光の波長が与える雑
音指数及び利得に実質的に等しい場合に有効である。
【００５７】即ち、一方のポンプ光源が劣化した場合
に、上述の波長設定及びフィードバック制御によりゲイ
ンチルトが変化することが防止される。
に、上述の波長設定及びフィードバック制御によりゲイ
ンチルトが変化することが防止される。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
双方向ポンピングにより利得が不安定になることがない
光ファイバ増幅器の提供が可能になるという効果が生じ
る。
双方向ポンピングにより利得が不安定になることがない
光ファイバ増幅器の提供が可能になるという効果が生じ
る。
【図１】本発明の第１実施形態を示す光ファイバ増幅器
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】反射型光デバイスの特性を示す図である。
【図３】ポンプ光源のスペクトルを示す図である。
【図４】利得の不安定さを示す図である。
【図５】本発明による利得の安定さを示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す光ファイバ増幅器
のブロック図である。
のブロック図である。
【図７】利得及び雑音指数の波長特性を示す図である。
【図８】ゲインチルトの説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態を示す光ファイバ増幅器
のブロック図である。
のブロック図である。
【図１０】図９の制御回路の回路図である。
２ ドープファイバ ４，６，３２，３８ 光カプラ ８，８′，１０，１０′ ポンプ光源 １４，２０ 反射型光デバイス
Claims (15)
- 【請求項１】 希土類元素がドープされ第１端及び第２
端を有するドープファイバと、 該ドープファイバが信号光の波長を含む利得帯域を有す
るように決定されるポンプ帯域に含まれる第１の波長を
有する第１のポンプ光を出力する第１のポンプ光源と、 上記ポンプ帯域に含まれ上記第１の波長と異なる第２の
波長を有する第２のポンプ光を出力する第２のポンプ光
源と、 上記ドープファイバの第１端及び上記第１のポンプ光源
に動作的に接続され上記信号光及び上記第１のポンプ光
を受け該信号光及び該第１のポンプ光を上記第１端から
上記ドープファイバに供給する第１の光カプラと、 上記ドープファイバの第２端及び上記第２のポンプ光源
に動作的に接続され上記第２のポンプ光を受け該第２の
ポンプ光を上記第２端から上記ドープファイバに供給す
る第２の光カプラとを備えた光ファイバ増幅器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記第１のポンプ光源は、上記第１の波長を含む第１の
発振帯域でレーザ発振する第１のレーザダイオードと、
該第１のレーザダイオードに動作的に接続され上記第１
の波長を中心波長とする狭帯域な波長選択性を有する第
１の反射型光デバイスとからなり、 上記第２のポンプ光源は、上記第２の波長を含む第２の
発振帯域でレーザ発振する第２のレーザダイオードと、
該第２のレーザダイオードに動作的に接続され上記第２
の波長を中心波長とする狭帯域な波長選択性を有する第
２の反射型光デバイスとからなる光ファイバ増幅器。 - 【請求項３】 請求項２に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記第１の反射型光デバイスは上記第１のレーザダイオ
ードと上記第１の光カプラの間に設けられる第１のグレ
ーティングファイバからなり、 上記第２の反射型光デバイスは上記第２のレーザダイオ
ードと上記第２の光カプラの間に設けられる第２のグレ
ーティングファイバからなる光ファイバ増幅器。 - 【請求項４】 請求項１に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記第１のポンプ光源は、上記第１の波長を中心波長と
して単一モードでレーザ発振する第１のレーザダイオー
ドからなり、 上記第２のポンプ光源は、上記第２の波長を中心波長と
して単一モードでレーザ発振する第２のレーザダイオー
ドからなる光ファイバ増幅器。 - 【請求項５】 請求項１に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記希土類元素はエルビウムであり、 上記信号光の波長は１．５５μｍ帯にあり、 上記ポンプ帯域は０．９８μｍ帯である光ファイバ増幅
器。 - 【請求項６】 請求項５に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記第１の波長は上記ポンプ帯域において最低雑音指数
を与える波長にほぼ等しい光ファイバ増幅器。 - 【請求項７】 請求項６に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記第１の波長は９８０ｎｍにほぼ等しく、 上記第２の波長は実質的に９６５乃至９９５ｎｍの範囲
にある光ファイバ増幅器。 - 【請求項８】 請求項６に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記第２の波長は上記ポンプ帯域において最大利得を与
える波長にほぼ等しい光ファイバ増幅器。 - 【請求項９】 請求項８に記載の光ファイバ増幅器であ
って、 上記最大利得を与える波長は９７５ｎｍ及び９８５ｎｍ
のいずれかにほぼ等しい光ファイバ増幅器。 - 【請求項１０】 請求項５に記載の光ファイバ増幅器で
あって、 上記第１の波長が与える雑音指数及び利得は、それぞれ
上記第２の波長が与える雑音指数及び利得にほぼ等しい
光ファイバ増幅器。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の光ファイバ増幅器
であって、 上記ポンプ帯域において最低雑音指数を与える波長は、
上記第１及び第２の波長の和の１／２にほぼ等しい光フ
ァイバ増幅器。 - 【請求項１２】 請求項１０に記載の光ファイバ増幅器
であって、 上記第１及び第２の波長はそれぞれ９７５ｎｍ及び９８
５ｎｍの一方及び他方にほぼ等しい光ファイバ増幅器。 - 【請求項１３】 請求項１に記載の光ファイバ増幅器で
あって、 上記ドープファイバの第１端に動作的に接続され上記第
１端から出力される自然放出光を取り出す第３の光カプ
ラと、 上記自然放出光を受け上記ドープファイバにおける利得
の波長特性であるところのゲインチルトを検出するモニ
タリング手段と、 該検出されたゲインチルトが平坦又は一定になるように
上記第１及び第２のポンプ光のパワーの少なくともいず
れか一方を制御する手段とを更に備えた光ファイバ増幅
器。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の光ファイバ増幅器
であって、 上記モニタリング手段は、 上記第３の光カプラからの上記自然放出光を受けこれを
第１及び第２の分岐光に分岐して出力する第４の光カプ
ラと、 上記第１の分岐光を供給され上記利得帯域に含まれる第
１の通過帯域を有する第１の光帯域通過フィルタと、 上記第２の分岐光を供給され上記利得帯域に含まれるが
上記第１の通過帯域とは異なる第２の通過帯域を有する
第２の光帯域通過フィルタと、 上記第１及び第２の光帯域通過フィルタから出力した光
をそれぞれ光／電気変換する第１及び第２のフォトディ
テクタとを含み、 上記第１及び第２のポンプ光源はそれぞれ第１及び第２
のレーザダイオードを含み、 該第１及び第２のレーザダイオードにはそれぞれ第１及
び第２のバイアス電流が供給され、 上記制御する手段は上記第１及び第２のフォトディテク
タの出力信号の比が一定になるように上記第１及び第２
のバイアス電流の少なくともいずれか一方を制御する光
ファイバ増幅器。 - 【請求項１５】 請求項１に記載の光ファイバ増幅器で
あって、 上記第１の波長と上記第２の波長の差は５ｎｍに等しい
かそれよりも大きい光ファイバ増幅器。
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