JPH10107352A

JPH10107352A - 光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JPH10107352A
Application number: JP8280295A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tomita; 伸一富田; Akira Wada; 朗和田; Fumio Wada; 史生和田; Takuya Aizawa; 卓也相沢
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-24
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JP3669083B2

Abstract

(57)【要約】【課題】雑音指数特性・出力光パワーを改善し、利得
波長特性を平坦化し、励起光パワーの有効利用を図って
低価格化・低消費電力化する。【解決手段】エルビウムドープ光ファイバ２１、２２
にポンプ光を入射して増幅作用を起こすことにより入力
光コネクタ１１と出力光コネクタ１２との間で縦列接続
された２段の光アンプを構成し、エルビウムドープ光フ
ァイバ２１の入力側には光アイソレータを挿入せず、し
かもエルビウムドープ光ファイバ２１の利得を２０ｄＢ
以下とし、利得波長特性補正フィルタ６１をエルビウム
ドープ光ファイバ２１、２２の間に挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、長距離光通信シ
ステムにおいてリピータとして用いられるのに好適な光
ファイバ増幅器に関し、とくに、エルビウムドープ光フ
ァイバの光ポンピング作用を利用した光ファイバ増幅器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】エルビウムドープ光ファイバを用いた光
アンプを２段構成とした光ファイバ増幅器はたとえば特
開平７−１７６８１７号などで知られている。これは、
エルビウムドープ光ファイバ利用の光アンプを２段縦列
接続し、その前後および中間に光アイソレータなどの受
動光素子を挿入したものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバ増幅器は、エルビウムドープ光ファイバの物
理的性質から利得波長特性が平坦でないという問題があ
る。また、雑音指数特性、出力光パワー、励起光パワー
の有効利用などの点でも改善の余地がある。とくに長距
離光通信システムにおいてリピータとして用いられる場
合には、これらがすべてバランスよく高められているこ
とが要請される。

【０００４】この発明は、上記に鑑み、十分な吟味の
上、雑音指数特性、出力光パワーを両立させるととも
に、さらに利得波長特性を平坦化し、励起光パワーの有
効利用を図って低価格化をも推進できるように改善し
た、光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明による光ファイバ増幅器におい
ては、入力端に光アイソレータを介さずに接続されるエ
ルビウムドープ光ファイバ、ポンプ光を発生する光源お
よび該ポンプ光を上記エルビウムドープ光ファイバに入
射する光合波器を含んで構成される、利得が２０ｄＢ以
下とされた第１段光アンプと、該第１段光アンプに縦列
接続される、エルビウムドープ光ファイバ、ポンプ光を
発生する光源および該ポンプ光を上記エルビウムドープ
光ファイバに入射する光合波器を含んで構成される第２
段光アンプと、上記第１段光アンプと第２段光アンプと
の間に挿入された第１の光アイソレータおよび利得波長
特性補正フィルタと、第２段光アンプの出力側に挿入さ
れた第２の光アイソレータとが備えられることが特徴と
なっている。

【０００６】ここで、利得波長特性補正フィルタが第１
段光アンプと第２段光アンプとの間に挿入されているた
め、雑音指数特性の劣化を招かずにフィルタによる損失
を抑えて励起光パワーの有効利用を図ることができる。
すなわち、エルビウムドープ光ファイバの利得波長特性
が信号波長帯域で平坦でないことから、これを平坦にす
るための補正フィルタを用いる場合、第１段光アンプの
前、第１段光アンプと第２段光アンプとの間、第２段光
アンプの後、の３箇所が考えられる。このフィルタは利
得の大きい波長と利得の小さい波長との間の利得の差を
なくすためのものであるから、絶対パワーが小さい方が
フィルタによる損失は小さくできる。そこで、第１段光
アンプの前に挿入するのがこの点ではベストということ
になる。しかし、フィルタを挿入すると、その挿入損失
の分だけ雑音指数特性は劣化する。これを考えると、入
力側であればあるほど、信号に対する相対的な挿入損失
は大きくなるため、雑音指数特性が劣化することにな
る。そこでこれらのバランスを考えると、補正フィルタ
は第１段光アンプと第２段光アンプとの間に挿入するの
がよいことになる。

【０００７】また、第１段光アンプの利得は２０ｄＢ以
下に抑えられ、かつこれより入力側には光アイソレータ
を挿入しないこととしているため、雑音指数特性を向上
させることができる。このように光アイソレータが第１
段光アンプの前に挿入されていない場合には、第１段光
アンプのエルビウムドープ光ファイバで発生したＡＳＥ
光（エルビウムドープ光ファイバにポンプ光を入射した
ときに発生する自然放出光で、光ファイバの両方向に放
出される）が、入力端に接続された外部の光ファイバ
（線路）に向かって出て行き、この光ファイバでレーリ
散乱等を起こし戻ってきて信号と一緒に入力される。こ
れが光アイソレータを取り除いたときの雑音指数特性の
劣化原因である。

【０００８】他方、光アイソレータを挿入しなければ、
光アイソレータ分だけ挿入損失を減少させることがで
き、この点では雑音指数特性を改善することができる。

【０００９】そこで、光ファイバ増幅器全体の利得は第
２段光アンプで主にかせぐこととして第１段光アンプの
利得を小さくすれば、第１段アンプで発生するＡＳＥ光
を小さくでき、光アイソレータがないことによるＡＳＥ
光の戻りによる雑音指数特性の劣化を抑えることができ
る。すなわち、光アイソレータの挿入損失がなくなった
分だけの雑音指数特性改善効果が、光アイソレータがな
いことによるＡＳＥ光の戻りによる雑音指数特性の劣化
を上回るように、第１段光アンプの利得を抑えれば、結
果として、第１段光アンプの段階で、全体として雑音指
数特性を改善することができる。利得の高い第２段光ア
ンプを含めた全体の光ファイバ増幅器で見れば、雑音指
数を低くすることと、大きな光出力を得ることとの両方
を得ることができる。また、光アイソレータが不要にな
ることから製造コストを低下させることができる。

【００１０】そして、利得波長特性補正フィルタを比較
的前段に設けたことにより、それの挿入損失を少なくで
きることから、光ファイバ増幅器全体の利得を向上でき
る。このことは、換言すると、より小さな励起光パワー
で大きな出力を得ることを意味し、出力の小さい光源を
使用することができて製造コストを下げることができる
とともに、より小さな励起光パワーで大きな出力を得る
ことができて効率を高めることができたことになり、消
費電力を下げることにつながる。

【００１１】なお、第１段光アンプの利得を小さくする
ことは、具体的には、たとえばエルビウムドープ光ファ
イバの長さを短くするか、励起光パワーを小さくする
か、の両方あるいは一方を採用すればよい。

【００１２】第１段光アンプにおいて、エルビウムドー
プ光ファイバにポンプ光を入射する光合波器の位置は入
力側でも出力側でもよいが、請求項２記載の発明のよう
に入力側に光合波器を設けて前方励起とした場合には、
エルビウムドープ光ファイバ自体の雑音指数特性は、出
力側に光合波器を設けて後方励起とした場合よりも、良
好なものとなる。

【００１３】これに対して、請求項３記載の発明のよう
に、第１段光アンプにおいて、エルビウムドープ光ファ
イバにポンプ光を入射する光合波器の位置を出力側とし
て後方励起としたときは、エルビウムドープ光ファイバ
の入力側に光合波器がないため、その光合波器分の挿入
損失を減少させることができて、これによる雑音指数特
性改善が見込める。

【００１４】そして、エルビウムドープ光ファイバの全
体にポンプ光がいきわたるようにエルビウムドープ光フ
ァイバの長さを短くするとともにそれに見合う程度に励
起光パワーを十分大きくすれば、後方励起方式といえど
も、前方励起方式に比較して、エルビウムドープ光ファ
イバ自体の雑音指数特性を劣化させないようにできる。

【００１５】これらにより、第１段光アンプの段階での
雑音指数特性を改善できる。なお、ここで励起光パワー
を十分大きくすることは、一見、先に述べた第１段光ア
ンプでの利得を２０ｄＢ以下に抑えるために励起光パワ
ーを小さくすることと矛盾するようにも思われるが、利
得を抑えるための励起光パワーは絶対的な値であるのに
対して、ここでの励起光パワーの大きさはエルビウムド
ープ光ファイバの長さに見合う相対的な値であり、両立
可能である。

【００１６】結局、絶対的な値としては第１段光アンプ
における励起光パワーは小さなものでよいので、この第
１段光アンプの光源からのポンプ光を分岐して第２段光
アンプにも用いることが考えられる。こうすると、第２
段光アンプでは、エルビウムドープ光ファイバを第１段
光アンプの光源から分岐してきたポンプ光と、第２段光
アンプそれ自体の光源からのポンプ光との両方で励起す
ることができて、この第２段光アンプにおける利得を高
めることができる。そのため、第１段光アンプの光源の
有効利用を図れたことになり、光ファイバ増幅器全体と
して見ても、２つの光源からの光を有効利用することが
できたことになる。そこで、２つの光源を合わせた全体
ではより小さな励起光パワーで大きな出力を得ることが
でき、より出力の小さい光源を使用することができて製
造コストを下げることができるとともに、消費電力を下
げることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。この発明に
かかる光ファイバアンプは、図１に示すように、基本的
には、入力光コネクタ１１および出力光コネクタ１２の
間に、エルビウムドープ光ファイバ２１、２２による２
段の光アンプを縦列に接続することにより構成される。
さらに具体的に説明すると、第１段光アンプのエルビウ
ムドープ光ファイバ２１には、その入力側（入力光コネ
クタ１１との間）に光合波器３１が挿入されている。こ
の光合波器３１は、エルビウムドープ光ファイバ２１の
入力側からポンプ光を入射してこれを前方励起するため
のもので、この光合波器３１には、レーザダイオード５
１からの波長０．９８μｍのポンプ光が光分岐器６２を
介して導かれている。

【００１８】エルビウムドープ光ファイバ２１による第
１段光アンプと、エルビウムドープ光ファイバ２２によ
る第２段光アンプの間には、光アイソレータ４１と、利
得波長特性補正フィルタ６１とが挿入されている。

【００１９】エルビウムドープ光ファイバ２２には、そ
の入力側に光合波器３２が挿入され、かつ出力側に光合
波器３３が挿入されている。光合波器３２はエルビウム
ドープ光ファイバ２２の入力側にポンプ光を入射してこ
れを前方励起するためのものであり、光合波器３３はエ
ルビウムドープ光ファイバ２２の出力側にポンプ光を入
射してこれを後方励起するためのものである。光合波器
３２には、上記のレーザダイオード５１からのポンプ光
を光分岐器６２で分岐した他方の光が導かれている。光
合波器３３には、レーザダイオード５２からの波長１，
４８μｍのポンプ光が導かれている。

【００２０】エルビウムドープ光ファイバ２２の出力側
では、光合波器３３と出力光コネクタ１２との間に、光
アイソレータ４２が挿入されている。

【００２１】エルビウムドープ光ファイバ２１では、光
合波器３１を介して入射させられるポンプ光によるポン
ピング作用によって増幅作用が生じ、入力光コネクタ１
１を介して入力された光信号が増幅される。この増幅度
（利得）は、２０ｄＢ以下と小さいものとされる。一般
にエルビウムドープ光ファイバの利得を決めるのは、エ
ルビウムドープ光ファイバの長さと励起光パワーである
から、利得を小さくするには、たとえばエルビウムドー
プ光ファイバ２１の長さを小さくするか励起光パワーを
小さくするか、あるいはその両方を採用すればよい。い
ずれにしても、このエルビウムドープ光ファイバ２１の
励起光パワーは小さいものでよいので、レーザダイオー
ド５１の出力全部を用いる必要はない。

【００２２】そこで、レーザダイオード５１の出力光を
光分岐器６２で分岐してその一方を用いる。分岐した他
方の光は光合波器３２に導いてエルビウムドープ光ファ
イバ２２の前方励起用のポンプ光として用いる。エルビ
ウムドープ光ファイバ２２は、光合波器３２を介して入
射させられるポンプ光による前方励起と、光合波器３３
を介して入射させられるレーザダイオード５２からのポ
ンプ光による後方励起とによって、励起させられること
になる。そこで、これら２つのポンプ光を合わせた励起
光パワーに対応する大きな利得が得られる。

【００２３】なお、このようにレーザダイオード５１の
出力光を光分岐器６２で分岐せずに、レーザダイオード
５１の光はすべて光合波器３１に導いてエルビウムドー
プ光ファイバ２１の励起に用い、光合波器３２には、別
途設けたもう一つのレーザダイオード（図示しない）の
出力光を導くようにしてもよい。この場合は、レーザダ
イオードが全部で３個必要となり、製造コストの点、お
よびレーザダイオード５１の出力光の有効利用という点
で、上記の場合よりも不利である。

【００２４】さらに、一般には、エルビウムドープ光フ
ァイバは波長１．４８μｍのポンプ光で励起した方が、
波長０．９８μｍのポンプ光で励起するよりも、大きな
利得を得るという点では有利である。そこで、このエル
ビウムドープ光ファイバ２２でも、波長１．４８μｍの
ポンプ光で後方励起しているため、大きな利得を得る点
では好ましい。これに対して、波長０．９８μｍのポン
プ光で励起することは、波長１．４８μｍのポンプ光で
励起する場合に比べて、利得では劣るものの、雑音指数
特性の点では優れる。そのため、入力段のエルビウムド
ープ光ファイバ２１を波長０．９８μｍのポンプ光で励
起することにより、この２段光アンプよりなる光ファイ
バ増幅器の全体では、雑音指数を低くすることと大きな
出力を得ることとを両立させることができる。

【００２５】そして、エルビウムドープ光ファイバ２１
の入力側には光アイソレータが挿入されていないため、
その分の挿入損失がなくなっており、雑音指数特性の改
善が図られている。このように入力側に光アイソレータ
がない場合にはエルビウムドープ光ファイバ２１におけ
るＡＳＥ光が入力側に出ていって、光コネクタ１１に接
続された光線路（光ファイバ）でレーリ散乱等を起こし
戻ってきて信号と一緒に入力され、雑音指数特性を劣化
させる。この雑音指数特性の劣化は、レーリ散乱等によ
る反射率とＡＳＥ光の大きさ（つまり励起光パワーに対
応する利得）で決まる。そのため、このエルビウムドー
プ光ファイバ２１における利得を抑えればＡＳＥ光を小
さくすることができるため、光アイソレータがないこと
によるＡＳＥ光の戻りによる雑音指数特性の劣化を少な
くすることができる。

【００２６】光アイソレータの挿入損失は一般に０．５
ｄＢ、エルビウムドープ光ファイバ２１自体の雑音指数
の増加は０．３ｄＢ程度と考えられ、光線路として用い
られる通常の光ファイバでは、レーリ散乱等の反射率が
−３０ｄＢ程度としてよいので、これらから計算する
と、エルビウムドープ光ファイバ２１における利得を２
０ｄＢ以下とすれば、光アイソレータの挿入損失がなく
なった分だけの雑音指数特性改善効果が、光アイソレー
タがないことによるＡＳＥ光の戻りによる雑音指数特性
の劣化を上回ることになり、結果的に雑音指数特性を改
善できる。

【００２７】これらのエルビウムドープ光ファイバ２
１、２２は、使用波長帯域で波長利得特性が平坦とはな
らない性質がある。そこで、波長利得特性を平坦化する
ための補正フィルタ６１を用いる必要があるが、図１の
ようにエルビウムドープ光ファイバ２１とエルビウムド
ープ光ファイバ２２との間に挿入することがベストであ
る。すなわち、補正フィルタ６１の挿入位置としては、
エルビウムドープ光ファイバ２１の前、エルビウムドー
プ光ファイバ２１とエルビウムドープ光ファイバ２２と
の間、エルビウムドープ光ファイバ２２の後、の３箇所
が考えられる。

【００２８】この補正フィルタ６１は利得の大きい波長
と利得の小さい波長との間の利得の差をなくすためのも
のである。つまり、利得の大きい波長での利得を下げる
ものである。そのため、絶対パワーが小さい方がこのフ
ィルタ６１による損失は小さくできる。そこで、エルビ
ウムドープ光ファイバ２１の前に挿入すれば損失は最も
小さくできる。しかし、フィルタ６１を挿入すると、そ
の挿入損失の分だけ雑音指数特性は劣化し、入力側であ
ればあるほど、信号に対する相対的な挿入損失は大きく
なるため、雑音指数特性が劣化する。そこでこれらのバ
ランスを考えると、補正フィルタ６１を図１のようにエ
ルビウムドープ光ファイバ２１とエルビウムドープ光フ
ァイバ２２との間に挿入することによって、雑音指数の
低下と大きな出力とを両立させることができる。すなわ
ち、雑音指数特性の劣化を招かずにフィルタ６１による
挿入損失を抑えて励起光パワーの有効利用を図ることが
できる。

【００２９】図２に示す例では、入力光コネクタ１１と
出力光コネクタ１２との間に、エルビウムドープ光ファ
イバ２１、２２が縦列接続されている。エルビウムドー
プ光ファイバ２１の出力側にはレーザダイオード５１か
らの０．９８μｍの光が光分岐器６２を介して導かれて
いる光合波器３１が設けられて、このエルビウムドープ
光ファイバ２１が後方励起される。すなわち、図１でエ
ルビウムドープ光ファイバ２１の入力側に設けられてい
た光合波器３１がエルビウムドープ光ファイバ２１の出
力側に移されており、エルビウムドープ光ファイバ２１
の入力側では、入力光コネクタ１１との間には、なんら
の受動光素子も挿入されていない状態となっている。

【００３０】また、エルビウムドープ光ファイバ２２の
入力側には、レーザダイオード５１からの０．９８μｍ
の光が光分岐器６２を介して導かれている光合波器３２
が設けられて、このエルビウムドープ光ファイバ２２が
前方励起され、その出力側にはレーザダイオード５２か
らの１．４８μｍの光が導かれている光合波器３３が設
けられて、このエルビウムドープ光ファイバ２２が後方
励起される。

【００３１】エルビウムドープ光ファイバ２１とエルビ
ウムドープ光ファイバ２２との間（光合波器３１と３２
との間）には光アイソレータ４１と利得波長特性補正フ
ィルタ６１が挿入され、エルビウムドープ光ファイバ２
２の出力側（出力光コネクタ１２との間）には光アイソ
レータ４２が挿入される。

【００３２】この図２では、上記のようにエルビウムド
ープ光ファイバ２１の入力側になんらの受動光素子も挿
入されていないため、なんらの挿入損失も生じることが
ない。図１と比較すると、光合波器３１の分の挿入損失
を減少させることができて、この点では雑音指数特性を
向上させることができる。

【００３３】ただ、一般にはエルビウムドープ光ファイ
バ自体の雑音指数特性は前方励起の方が後方励起よりも
良好である。しかし、エルビウムドープ光ファイバ２１
の全体に十分に励起光がいきわたるようにエルビウムド
ープ光ファイバ２１を短くし、それに見合う程度の大き
な励起光パワーを入射すれば、後方励起であっても、前
方励起と遜色のない、雑音指数特性を得ることが可能で
ある。

【００３４】これについては、一見、エルビウムドープ
光ファイバ２１における利得を２０ｄＢ以下に抑えるた
めに励起光パワーを小さくすることと矛盾するようにも
思われるが、利得を抑えるための励起光パワーは絶対的
な値であるのに対して、ここでの励起光パワーの大きさ
はエルビウムドープ光ファイバ２１の長さに見合う相対
的な値であり、両立可能である。

【００３５】そのため、この図２の光ファイバ増幅器で
は、図１の光ファイバ増幅器よりもさらに雑音指数特性
を改善することができ、しかもこれとともに、励起光パ
ワーの有効利用を図って、大きな出力を得ることができ
る。

【００３６】なお、この発明は上記の各例に限定される
ものではなく、具体的な構成など種々に変更できること
はもちろんである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光ファ
イバ増幅器によれば、雑音指数特性を改善することと出
力光パワーを大きくすることと両立させるとともに、さ
らに利得波長特性を平坦化し、しかも励起光パワーの有
効利用を図って低価格化・低消費電力化をも可能とす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図。

【図２】他の例を示すブロック図。

【符号の説明】

１１入力光コネクタ１２出力光コネクタ２１、２２エルビウムドープ光ファイバ３１〜３３光合波器４１、４２光アイソレータ５１、５２レーザダイオード６１利得波長特性補正フィル
タ６２光分岐器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相沢卓也千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力端に光アイソレータを介さずに接続
されるエルビウムドープ光ファイバ、ポンプ光を発生す
る光源および該ポンプ光を上記エルビウムドープ光ファ
イバに入射する光合波器を含んで構成される、利得が２
０ｄＢ以下とされた第１段光アンプと、該第１段光アン
プに縦列接続される、エルビウムドープ光ファイバ、ポ
ンプ光を発生する光源および該ポンプ光を上記エルビウ
ムドープ光ファイバに入射する光合波器を含んで構成さ
れる第２段光アンプと、上記第１段光アンプと第２段光
アンプのと間に挿入された第１の光アイソレータおよび
利得波長特性補正フィルタと、第２段光アンプの出力側
に挿入された第２の光アイソレータ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】第１段光アンプにおいて光合波器がエル
ビウムドープ光ファイバの入力側に設けられてポンプ光
が入力光と同方向に入射され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】第１段光アンプにおいて光合波器がエル
ビウムドープ光ファイバの出力側に設けられてポンプ光
が入力光と逆方向に入射されることを特徴とする請求項
１記載の光ファイバ増幅器。