JPH1022554A

JPH1022554A - 光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JPH1022554A
Application number: JP8169045A
Authority: JP
Inventors: Etsuko Hayashi; 悦子林
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】微小信号光レベルと大信号光レベルの両方で
高い利得効率を得る。【解決手段】励起光源４の励起光を３ｄＢカプラ５で
二分し、一方の励起光を光カプラ３のポートＢに入力
し、他方の励起光を光カプラ７のポートＡに入力する。
光カプラ３のポートＡに信号光を入力しポートＢから入
力される一方の励起光と合波して、光カプラ３のポート
Ｃに接続したＰｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６に入力す
る。ファイバ６を光カプラ７のポートＣに接続して、ポ
ートＡから入力される他方の励起光をファイバ６に逆方
向から入力する。光カプラ７のポートＢに反射鏡８を設
けて、Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６を伝搬して来る
増幅信号光と一方の励起光のみを反射してＰｒ³⁺ドープ
フッ化物ファイバ６に再入力させる。反射鏡８で反射さ
れて光カプラ３に戻ってきた増幅信号光を、信号光が入
力されるポートＡから出力して光サーキュレータ２で信
号光と分離し取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、増幅用光ファイバ
中を伝送する信号光を効率よく増幅し得る光ファイバ増
幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバのコアにＥｒ³⁺イオン
をドープし、その誘導放出を用いた光ファイバ増幅器の
研究が勢力的に行われ、１．５５μｍ帯の光通信システ
ムへの応用が進められている。上記Ｅｒ³⁺ドープ光ファ
イバ増幅器は、高利得でかつ偏波に依存しない利得特性
を有し、また低い雑音指数及び広帯域な波長依存性を有
するために、光通信システムにおける応用が極めて魅力
あるものとなっている。

【０００３】―方、石英系光ファイバの波長分散が零と
なる１．３μｍ帯で動作する光ファイバ増幅器の研究が
行われてきた。１．３μｍ帯で誘導放出をすると考えら
れる希土類イオンにはＮｄ³⁺とＰｒ³⁺そしてＤｙ³⁺があ
り、近年盛んに開発が進められている。

【０００４】ＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ増幅
器）を含むこれらのファイバ増幅器は実用化に向けて、
効率の高い性能、すなわち、如何に低いエネルギで高利
得及び高出力が得られるかが求められている。

【０００５】ここでは、前述した希土類イオンＮｄ³⁺、
Ｐｒ³⁺、Ｄｙ³⁺による１．３μｍ帯光ファイバ増幅器の
現状について述べる。

【０００６】Ｎｄ³⁺イオンの場合は、大きな励起状態吸
収のために高利得を得るのは難しいとされている。

【０００７】また、Ｄｙ³⁺イオンでは、いまだ光増幅は
実現されておらず、カルコゲナイドガラスをホスト材料
に用いた時に蛍光が確認されたのみである。

【０００８】これに対してＰｒ³⁺イオンは、Ｚｒ系フッ
化物ガラスをホスト材料とした光ファイバ増幅器で、Y.
Ohishi,T.Kanamori,T.Nishi and S.Takahashi らが"IEE
E Photonics Techno1ogy Letters,(vo1.3,No.8,1991,P.
715)で３０ｄＢを越える利得を報告している。しかしな
がら、誘導放出の始準位である¹Ｇ₄とその直下の準位
の³Ｆ₄とのエネルギー差が３０００ｍ^-1と小さいので
¹Ｇ₄から³Ｆ₄へのフォノン緩和が起こりやすく、励
起エネルギーの多くが非発光過程で失活するため、増幅
の効率が低いという問題があった。この場合、Ｚｒ系フ
ッ化物ガラス中のＰｒ³⁺イオンの発光の量子効率は３．
４％と低い値が報告されている。

【０００９】そこで(1) 高い量子効率の得られるホスト
材料を用いること、あるいは(2) ファイバ構造、(3) 増
幅器の構成を考慮することで、低い量子効率を補う試み
が行われている。

【００１０】(1) 高い量子効率をもつホスト材料として
は、Ｉｎ／Ｇａ系フッ化物ガラスが特開平７−１３８０
４２号公報で開示され、その増幅特性も、H.Yanagita,
K.Itho,E.Ishikawa and H.Toratani"Technical Digest
of Optical Fiber Communication Conference 95 San D
iego"(1995PD2) で報告された。

【００１１】(2) ファイバ構造では、コアとクラッドと
の比屈折率差を大きくとることで、励起密度を大きくす
ることができ、先のＩｎ／Ｇａ系フッ化物ガラスファイ
バの比屈折率では６．１％と高いものとなっている。

【００１２】(3) 増幅器の構成では、Ｐｒ³⁺イオンの¹
Ｇ₄からのコオペレティブアップコンパージョンによる
利得の低下を防ぐことや、利得効率の向上を狙って、次
の４つの方法が提案されている。

【００１３】特開平５−６３２７０号公報には、希土
類ドープ増幅用光ファイバとしてＰｒ³⁺ドープフッ化物
ファイバを用いた場合、ファイバの長手方向に励起強度
を均―化する双方向励起が有効であることが示されてい
る。

【００１４】また、特開平６−３４２９４８号公報に
は、ファイバ構造の異なるＰ³⁺ドープフッ化物ファイバ
をカスケード接続し、各々のＰｒ³⁺ドープフッ化物ファ
イバを双方向励起することで、励起効率の低下を最小限
に抑えつつ、高い飽和出力が得られることが示されてい
る。

【００１５】また、特開平５−６３２６７号公報に
は、高い微小信号利得効率を得るには反射形励起が有効
であることが示されている。

【００１６】加えて、希土類ドープ増幅用光ファイバ
から発生する自然放出光( ＡＳＥ：Amplified Spontane
ous Emission) は雑音成分であり、発振を助長するもの
であるが、これを抑制する方法として、希土類ドープ増
幅用光ファイバを二段にし、その間に狭帯域なバンドパ
スフィルタを挿入することが行われてきた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した増幅
器の構成では次のような問題があった。

【００１８】特開平５−６３２７０号公報の双方向励
起するものでは、双方向励起することでコオペレティブ
アップコンバージョンによる利得効率の低減を抑えるこ
とができるため、前方励起に比べ高い利得効率が得られ
るものの、半導体レーザで励起する光ファイバ増幅器を
実用化するには特性的に不十分であった。

【００１９】特開平６−３４２９４８号公報のカスケ
ード接続するものでは、光カプラ等を構成する石英ファ
イバとフッ化物ファイバは融着接続が非常に困難であ
り、またＰｒ³⁺ドープフッ化物ファイバでは励起密度を
高くするためにコア径が１〜３μｍと小さく、非常に高
い接続技術を要する。カスケード接続はこの様な接続箇
所を二倍に増やすことになる。そして異なるファイバ構
造を持つフッ化物ガラスファイバを２本以上用意する必
要があり、低コスト化は難しくなる。

【００２０】特開平５−６３２６７号公報の反射形励
起するものでは、増幅用光ファイバ中で信号光を往復さ
せるので利得はおよそ２倍に改善されるが、片端励起で
あるのでコオペレティブアップコンバージョンによる利
得効率の低下があり、有効的な励起の手段とは言い難
い。また、飽和領域の大信号光レベルでの高出力化は実
証されておらず、飽和領域の特性を大きく改善する励起
方法ではない。したがって、飽和領域の特性を大きく改
善する励起方法ではない。

【００２１】希土類ドープ増幅用光ファイバを二段に
し、その間に狭帯域なバンドパスフィルタを挿入する場
合、既述したように高い接続技術を要する接続箇所の増
加や、狭帯域バンドパスフィルタの挿入による損失の増
大が問題となる。

【００２２】特にＰｒ³⁺ドープ光ファイバ増幅器の実用
化には、微小信号光利得と大信号光利得において、いか
に低い励起パワーで高い利得を得るかが課題としてあ
り、上述した(1) から(4) のような光ファイバ増幅器の
構造では、微小信号光レベルと大信号光レベルの両方で
高い利得効率を得るのは難しかった。

【００２３】なお、この問題はＰｒ³⁺ドープ光ファイバ
増幅器固有の問題ではなく、Ｄｙ³⁺、Ｎｄ³⁺、Ｅｒ³⁺な
ど他の希土類をドープした光ファイバ増幅器にも共通す
る。

【００２４】本発明の目的は、上述した高い量子効率を
もつホスト材料、ファイバ構造を踏まえた上で、増幅器
の構成を改良することによって前述した従来技術の問題
点を解消して、微小信号光レベルと大信号光レベルの両
方で高い利得効率を得ることが可能な光ファイバ増幅器
を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、増幅用光ファイバを両端側で励起すると
ともに、信号光を片端で反射して励起させるダブルパス
双方向励起構造としたものであり、小信号光レベルは言
うまでもなく、大信号光レベルでの利得効率をアップし
て、飽和出力強度を高めることができる。すなわち、第
１の発明は、第１のポートから入力される信号光と第２
のポートから入力される第１の励起光とを合波する第１
の光カプラと、第１の光カプラの第３のポートに一端が
接続されて、その一端から前記合波した光が入力される
増幅用光ファイバと、該増幅用光ファイバの他端に第１
のポートが接続され、第２のポートから第２の励起光が
入射して該第２の励起光を前記増幅用光ファイバの他端
に逆方向から入力し、かつ前記増幅用光ファイバから伝
搬されてくる光を第３のポートから出力する第２の光カ
プラと、該第２の光カプラの第３のポートに設けられ、
増幅用光ファイバから伝搬されてくる光のうち増幅信号
光のみ、または増幅信号光及び前記第１の励起光のみを
反射して増幅用光ファイバの他端に再入力させる光反射
手段と、前記第１の光カプラの第１のポートに接続さ
れ、該第１のポートから入力される信号光と、前記光反
射手段により反射して第１の光カプラに戻りその第１の
ポートから出力される増幅信号光とを分離する光サーキ
ュレータとを備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器
である。

【００２６】第１の発明では、信号光と第１の励起光と
は第１の光カプラで合波されて増幅用光ファイバの一端
から入力される。増幅用光ファイバの他端からは第２の
光カプラを介して第２の励起光が逆方向に入力される。
これにより増幅用光ファイバに入力された信号光は増幅
用光ファイバを伝搬する過程で均一励起されて増幅され
る。均一増幅されて増幅用光ファイバを伝搬してきた信
号光、または信号光及び第１の励起光は、第２の光カプ
ラを通って光反射手段で反射され、第２の光カプラに戻
って再度増幅用光ファイバの他端から入力される。この
とき光反射手段は信号光、または信号光及び第１の励起
光のみを反射するから、増幅用光ファイバで発生したＡ
ＳＥは光反射手段を透過して除去される。

【００２７】光反射手段による増幅用光ファイバの他端
への再度の入力により、信号光は増幅用光ファイバを往
復して約二倍に増幅される。また、第１の励起光も反射
される場合には第１の励起光は再度増幅に寄与する。こ
のようにして双方向励起と反射形励起とにより増幅用光
ファイバで増幅された信号光は、第１の光カプラから出
力されて光サーキュレータに入力され、光サーキュレー
タで増幅用光ファイバに入力される信号光と分離されて
出力される。本発明で、第１の励起光と第２の励起光を
３ｄＢカプラを使って１つの励起光源から二分して得る
ようにすれば、励起光源は１つで済ますことができる。

【００２８】第２の発明は、第１の励起光を出力する第
１の励起光源と、該第１の励起光源に第２のポートが接
続され、第２のポートから入力される第１の励起光と第
１のポートから入力される信号光とを合波する光カプラ
と、該光カプラの第３のポートに一端が接続されて、そ
の一端から前記合波した光が入力される増幅用光ファイ
バと、該増幅用光ファイバの他端に接続され第２の励起
光を前記増幅用光ファイバの他端に逆方向から入力する
第２の励起光源と、前記増幅用光ファイバの他端と前記
第２の励起光源との間に挿入され、第２の励起光を透過
するが、増幅用光ファイバから伝搬されてくる光のうち
増幅信号光のみ、または増幅信号光及び前記第１の励起
光のみを反射して増幅用光ファイバの他端から再入力さ
せる光反射手段と、前記光カプラの第１のポートに接続
され、該第１のポートから入力される信号光と、前記光
反射手段により反射して第１の光カプラに戻りその第１
のポートから出力される増幅信号光とを分離する光サー
キュレータとを備えたことを特徴とする光ファイバ増幅
器である。

【００２９】第２の発明では、信号光と第１の励起光と
は光カプラで合波されて増幅用光ファイバの一端から入
力される。増幅用光ファイバの他端からは第２の励起光
源から光反射手段を透過した第２の励起光が逆方向に入
力される。これにより増幅用光ファイバに入力された信
号光は増幅用光ファイバを伝搬する過程で均一励起され
て増幅される。均一増幅されて増幅用光ファイバを伝搬
してきた信号光、または信号光及び第１の励起光は、光
反射手段で反射され、再度増幅用光ファイバの他端から
入力される。このとき光反射手段は信号光、または信号
光及び第１の励起光のみを反射するから、増幅用光ファ
イバで発生したＡＳＥは光反射手段を透過して除去され
る。

【００３０】光反射手段による増幅用光ファイバの他端
への再度の入力により、信号光は増幅用光ファイバを往
復して約二倍に増幅される。また、第１の励起光も反射
させる場合には、第１の励起光は再度増幅に寄与する。
このようにして双方向励起と反射形励起とにより増幅用
光ファイバで増幅された信号光は、光カプラから出力さ
れて光サーキュレータに入力され、光サーキュレータで
増幅用光ファイバに入力される信号光と分離されて出力
される。本発明では、増幅用光ファイバの他端と第２の
励起光源とが光カプラを介在することなく直接接続され
ているので、この接続部の光カプラによる挿入損失を無
くすことができる。

【００３１】第３の発明は、第１の励起光を出力する第
１の励起光源と、該第１の励起光源に第２のポートが接
続され、第２のポートから入力される第１の励起光と第
１のポートから入力される信号光とを合波する光カプラ
と、該光カプラの第３のポートに一端が接続されて、そ
の一端から前記合波した光が入力される増幅用光ファイ
バと、前記光カプラの第３のポートに一端が接続され
て、その一端から前記合波した光が入力される増幅用光
ファイバと、該増幅用光ファイバの他端に接続され前記
第１の励起光源と波長の異なる第２の励起光を前記増幅
用光ファイバの他端に逆方向から入力する第２の励起光
源と、前記増幅用光ファイバの他端と前記第２の励起光
源との間に挿入され、第２の励起光を透過するが、増幅
用光ファイバから伝搬されてくる光のうち増幅信号光の
み、または増幅信号光及び前記第１の励起光のみを反射
して増幅用光ファイバの他端から再入力させる第１の光
反射手段と、前記光カプラの第３のポートと前記増幅用
光ファイバの一端との間に挿入され、増幅用光ファイバ
から伝搬されてくる第２の励起光のみを反射して増幅用
光ファイバの一端から再入力させる第２の光反射手段
と、前記光カプラの第１のポートに接続され、第１のポ
ートから入力される信号光と、前記光反射手段により反
射して第１の光カプラに戻りその第１のポートから出力
される増幅信号光とを分離する光サーキュレータとを備
えたことを特徴とする光ファイバ増幅器である。

【００３２】第３の発明では、信号光と第１の励起光と
は光カプラで合波され第２の光反射手段を透過して増幅
用光ファイバの一端から入力される。増幅用光ファイバ
の他端からは第２の励起光源から光反射手段を透過した
第２の励起光が逆方向に入力される。第２の励起光は増
幅用光ファイバを伝搬した後、第２の光反射手段により
反射されて再度増幅用光ファイバの一端から入力されて
増幅に寄与する。これにより増幅用光ファイバに入力さ
れた信号光は増幅用光ファイバを伝搬する過程で均一励
起されて増幅される。均一増幅されて増幅用光ファイバ
を伝搬してきた信号光、または信号光及び第１の励起光
は、第１の光反射手段で反射され、再度増幅用光ファイ
バの他端から入力される。このとき光反射手段は信号
光、または信号光及び第１の励起光のみを反射するか
ら、増幅用光ファイバで発生したＡＳＥは第１の光反射
手段を透過して除去される。

【００３３】第１の光反射手段による増幅用光ファイバ
の他端への再度の入力により、信号光は増幅用光ファイ
バを往復して約二倍に増幅される。また、第１の励起光
も反射させるようにした場合には、第１の励起光は再度
増幅に寄与する。このようにして双方向励起と反射形励
起とにより増幅用光ファイバで増幅された信号光は、光
カプラから出力されて光サーキュレータに入力され、光
サーキュレータで増幅用光ファイバに入力される信号光
と分離されて出力される。本発明では、さらに第２の反
射手段を設け、これにより第２の励起光を反射して再度
増幅に寄与させるようにしたので、一層利得効率を高め
ることができる。

【００３４】上述したように本発明では、励起を双方向
で行い、且つ反射励起により信号光は往復する構成とな
っているため、コオペレティブアップコンバージョンに
よる利得効率の低減を抑えつつ、２倍以上の利得を得る
ことができる。また、反射手段に信号光のみを反射する
ファイバグレーティングのような波長選択素子を用いる
ことで、バンドパスフイルタ挿入による損失やスプライ
スによる損失を増大させることなく、増幅用光ファイバ
で発生したＡＳＥを有効に除去することができる。

【００３５】ところで、本発明のダブルパス双方向励起
は、共に公知の双方向励起と反射型励起とを組合わせた
ものであるが、組合わせてもそれほどの効果が期待でき
ないと信じられていたため、過去にそのように組合わせ
たものはない。しかし組合わせたものからは、予想した
効果以上の大きな効果が得られている。これを説明す
る。

【００３６】光ファイバ増幅器の励起方法は片端励起が
基本である。この片端励起において、信号光と励起光を
一端で反射する励起方法が反射形励起（特開平５−６３
２６７号公報）である。反射形励起の利得効率は信号光
を往復させることから片端励起のおよそ２倍とされてい
る。一方、均一励起によってコオペレティブアップコン
バージョンを抑制するようにした双方向励起（特開平５
−６３２７０号公報）の利得効率は片端励起の１割増し
程度であることがわかっている。

【００３７】従って、これらを組合わせたダブルパス双
方向励起の利得効率は、双方向励起の２倍程度と予想せ
ざるを得ない。しかしながら、確認されたダブルパス双
方向の利得効率は、微小信号光、大信号光ともに２倍以
上が得られた。その理由は次のように推察される。

【００３８】一般的に大信号光レベルでは、小信号光レ
ベルに比べ利得効率は低くなる。それは励起されたイオ
ンが小信号光を増幅させるときよりも、多くのイオンを
必要とするためである。前述したコオペレティブアップ
コンバージョンは励起されたイオン数の２乗に比例す
る。したがって、大信号光ではコオペレティブアップコ
ンバージョンによる利得の抑制は低いと予想された。つ
まり、反射形励起とダブルパス双方向励起では大きな差
はないという予想である。

【００３９】ところが実際には、ダブルパス双方向励起
では、大信号光においても２倍以上の利得効率が得られ
ている。この事実は、光ファイバ増幅器の利得の抑制が
主にコオペレティブアップコンバージョンによるとの従
来の考え方（特開平５−６３２７０号公報、特開平５−
６３２６７号公報、特開平６−３４２９４８号公報参
照）では説明できない。このことは、大信号光レベルに
おいても利得を抑制する「他の要素」、例えば非線形現
象の２光子吸収等や、偏光ホールバーニング、他のアッ
プコンバージョン等があることを意味する。本発明の光
ファイバ増幅器は、ダブルパス双方向励起とすること
で、コオペレティブアップコンバージョンと上記「他の
要素」が共に抑制されて、従来にない高い利得効率を得
ることができるようになったと解釈できる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００４１】（実施例１）図１は、本発明のダブルパス
双方向励起形光ファイバ増幅器の―実施例を示す図であ
る。１は信号光源（発振波長１．３１μｍ、ＤＦＢレー
ザ）、２は光サーキュレータ、３は信号光と励起光を合
波させる光カプラ、４は励起光源（発信波長１．０１７
μｍ）、５は励起光を二分配する３ｄＢカプラ、６は増
幅用光ファイバとしてのＰｒ³⁺ドープフッ化物ファイ
バ、７は信号光と励起光を合・分波させる光カプラ、８
は信号光及び励起光を反射させる反射鏡、９は光スペク
トラムアラナイザである。

【００４２】光サーキュレータ２の３つの端子は、それ
ぞれ信号光源１、光カプラ３のポートＡ、光スペクトラ
ムアナライザ９に接続されて、信号光源１から出力され
る信号光を光カプラ３のポートＡに入力し、ポートＡか
ら出力されて来る増幅信号光を信号光と分離して光スペ
クトラムアナライザ９に入力する。

【００４３】３ｄＢカプラ５の入力ポートは励起光源４
に接続され、２つの出力ポートはそれぞれ光カプラ３の
ポートＢ、光カプラ７のポートＡに接続され、励起光源
４の励起光は３ｄＢカプラ５で二分配され、分配された
第１の励起光は光カプラ３のポートＢに入力し、第２の
励起光は光カプラ７のポートＡに入力する。

【００４４】Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６の一端は
光カプラ３のポートＣに接続され、他端は光カプラ７の
ポートＣに接続されて、光カプラ３で合波された信号光
と第１の励起光が光カプラ３のポートＣを介してＰｒ³⁺
ドープフッ化物ファイバ６の一端に導かれ、第２の励起
光が光カプラ７のポートＣを介してＰｒ³⁺ドープフッ化
物ファイバ６の他端に逆方向から導かれる。

【００４５】光カプラ７の出力ポートＢには反射率９５
％の反射鏡８が設置され、Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイ
バ６を伝搬して光カプラ７のポートＢから出力される増
幅信号光が反射鏡８で反射され、光カプラ７のポートＣ
を介してＰｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６の他端から再
び入射する。

【００４６】Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６を往復し
て増幅された信号光は光カプラ３に戻り、そのポートＡ
から出力されて光サーキュレータ２に入り、信号光と分
離されて取り出され、光スペクトラムアナライザ９で測
定される。

【００４７】Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６の構造
は、コア径が１．２μｍ、比屈折率差は６．１％、コア
のＰｒ³⁺イオンの含有量は１０００ｐｐｍである。コア
ガラスにはＩｎ／Ｇａ系フッ化物ガラスを、クラッドガ
ラスにはＺｒ系フッ化物ガラスを用いている。

【００４８】（比較例１）図５に比較例１として従来の
双方向励起形光ファイバ増幅器の構成を示す。１は信号
光源（波長１．３１μｍ、ＤＦＢレーザ）、１４は光ア
イソレータ、３は信号光と励起光を合波する光カプラ、
４は励起光源、５は励起光を二分配する３ｄＢカプラ、
７は信号光と励起光を合・分波させる光カプラ、６はＰ
ｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ、１５はアイソレータ、９
は光スペクトラムアナライザである。

【００４９】信号光源１から出力される信号光は偏波無
依存の光アイソレータ１４を通して光カプラ３のポート
Ａに入力される。また、励起光源４は３ｄＢカプラ５に
よって二分配され、分配された第１の励起光は光カプラ
３のポートＢに入力され、同様に第２の励起光は光カプ
ラ７のポートＡに入力される。

【００５０】光カプラ３で信号光と第１の励起光が合波
され、光カプラ３のポートＣを介してＰｒ³⁺ドープフッ
化物ファイバ６の一端に導かれ、また光カプラ７のポー
トＣを介して、第２の励起光がＰｒ³⁺ドープフッ化物フ
ァイバ６の他端に導かれる。

【００５１】Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６で増幅さ
れた信号光は光カプラ７のポートＢから光アイソレータ
１５を通して光スペクトラムアナライザ９に入力され
る。

【００５２】なお、ここで用いたＰｒ³⁺ドープフッ化物
ファイバの構造は実施例１と同じである。

【００５３】（比較例２）図６に比較例２として従来の
反射形励起光ファイバ増幅器の構成を示す。１は信号光
源（波長１．３１μｍ、ＤＦＢレーザ）、２は光サーキ
ュレータ、３は信号光と励起光を合波する光カプラ、４
は励起光源、６はＰｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ、８は
信号光を反射させる反射率９５％の反射鏡、９は光スペ
クトラムアラナイザである。

【００５４】信号光源１から出力された信号光はサーキ
ュレータ２を通って光カプラ３のポートＡに入力し、励
起光源４から出力された励起光は光カプラ３のポートＢ
に入力する。光カプラ３で信号光と励起光が合波され、
光カプラ３のポートＣからＰｒ³⁺ドープフッ化物ファイ
バ６の一端に導かれる。Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ
６から出射される増幅信号光と透過してきた余剰の励起
光は９５％の反射鏡８により反射して、Ｐｒ³⁺ドープフ
ッ化物ファイバ６の他端に戻り、Ｐｒ³⁺ドープフッ化物
ファイバ６を往復する。

【００５５】Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６の一端か
ら光カプラ３に戻ってきた増幅信号光は光カプラ３のポ
ートＡから出力されて光サーキュレータ２に入り、信号
光と分離されて取り出され測定される。

【００５６】なお、ここで用いたＰｒ³⁺ドープフッ化物
ファイバ６の構造は、実施例１と同じである。

【００５７】（実施例１、比較例１、２の比較）利得Ｇ
は励起光のオン時の信号光強度Ｉ_on、オフ時の信号光強
度Ｉ_offと自然放出光強度Ｉ_aseを用いて式１より求め
た。

【００５８】Ｇ＝（Ｉ_on−Ｉ_ase）／Ｉ_off （１）Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバへの信号光の入射強度を
微小信号領域の−２７ｄＢｍにした時の、励起パワーに
対する利得の関係を実施例１と比較例１、２について図
７に示す。これによると実施例１では１００ｍＷの励起
光を入射したとき、４２ｄＢの利得が得られ、その利得
効率（図中直線の傾き）は０．５９ｄＢ／ｍＷであるの
に対し、比較例１では２５ｄＢ、利得効率０．２７ｄＢ
／ｍＷ、比較例２では３６ｄＢ、利得効率０．４２ｄＢ
／ｍＷであった。

【００５９】また、信号光の入射強度を大信号領域の−
３ｄＢｍにした時の、励起パワーに対する利得の関係を
実施例１と比較例１、２について図８に示す。これによ
ると本発明では１００ｍＷの励起光を入射したときは２
５ｄＢの利得が得られ、利得効率は０．４３ｄＢ／ｍＷ
であるのに対し、比較例１では１９ｄＢ、利得効率０．
２８ｄＢ／ｍＷ、比較例２では２２ｄＢ、利得効率０．
２ｄＢ／ｍＷであった。

【００６０】比較例１、２の励起形態では、微小信号光
及び大信号光の両領域で、ＬＤ励起を可能にする利得効
率の実用化レベルである０．４ｄＢ／ｍＷ以上を得るこ
とができなかったが、実施例１のダブルパス双方向励起
では、微小信号光及び大信号光領域で０．４ｄＢ／ｍＷ
以上の利得効率を示し、有用な励起形態であることが分
った。

【００６１】（実施例２）図２は実施例１の変形例であ
る。実施例１と異なる点は、光カプラ７のポートＢに接
続される反射鏡８に代えて、信号光のみを反射させるフ
ァイバグレーティング１０を用い、ＡＳＥを透過して、
Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６に戻らない構成をとっ
ている点である。なお１１はマッチングオイルである。
反射鏡にファイバグレーティング１０を用いることによ
り雑音成分であるＡＳＥを有効に除去できる。

【００６２】（実施例３）図３は実施例２の変形例であ
る。実施例２と異なる点は、共通に使用していた励起光
源４を第１の励起光源として用い、第２の励起光源１２
を別個に設け、この第２の励起光源１２をカプラを介在
させることなく、Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ６の他
端に直接接続するようにした点である。このような構成
にすることで、光カプラによる挿入損失を無くし、高い
ネット利得を得ることができる。

【００６３】（実施例４）図４は実施例３の変形例であ
る。実施例３と異なる点は、光カプラ３とＰｒ³⁺ドープ
フッ化物ファイバ６の一端との間に、さらに励起光源１
２の励起光の波長のみを反射するファイバグレーティン
グ１３を介設した点である。ここにＰｒ³⁺ドープフッ化
物ファイバ６の両端に設けた２つのファイバグレーティ
ング１０、１３を有効に機能させるために、励起光源４
の励起波長（１．０１７μｍ）と、励起光源１２の励起
波長（１．０１０μｍ）は僅かに異なるようにする。励
起光源１２の励起光の波長のみを反射するファイバグレ
ーティング１３を介設したので、余剰となった励起光源
１２の励起光をファイバグレーティング１３で戻して有
効利用することができる。

【００６４】なお、上記実施例では反射手段として反射
鏡やファイバグレーティングを用いた場合について説明
したが、誘電体多層膜ミラーでもよく、高反射率で波長
選択性の優れた波長選択素子であればいずれでもよい。
特に、実施例２〜４のようにファイバグレーティングで
構成した場合には、光部品間を接続する光ファイバを加
工するという簡単な構成で波長選択ができ、しかも鋭い
波長選択性をもたせることができる。

【００６５】また、上記実施例では、増幅用光ファイバ
にＰｒ³⁺をドープしたファイバを用いたが、本発明はＤ
ｙ³⁺、Ｎｄ³⁺、Ｅｒ³⁺など他の希土類イオンをドープし
たファイバにも適用できる。また、コアガラスにはＩｎ
／Ｇａ系フッ化物ガラスを、クラッドガラスにはＺｒ系
フッ化物ガラスを用いているが、これに限定されない。
例えば、増幅用光ファイバは上記希土類イオンが添加さ
れた石英ガラスファイバを含む酸化物ガラスファイバま
たは非酸化物ガラスファイバであってもよく、増幅用光
ファイバのコアは、希土類イオンを含み、かつＩｎ、Ｇ
ａ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂａの陽イオンを―種類以上含
むフッ化物ガラス、または希土頻イオンを含み、かつＧ
ａ、Ｎａ、Ａｓ、Ｇｅの陽イオンを―種類以上合むカル
コゲナイドガラスであってもよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、増幅用光ファイバを両
端側で励起するとともに、信号光を片端で反射するダブ
ルパス双方向励起構造としたことにより、微小信号光レ
ベルと大信号光レベルの両方で高い利得効率を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダブルパス双方向励起形光ファイバ増
幅器の実施例１の構成図である。

【図２】本発明のダブルパス双方向励起形光ファイバ増
幅器の実施例２の構成図である。

【図３】本発明のダブルパス双方向励起形光ファイバ増
幅器の実施例３の構成図である。

【図４】本発明のダブルパス双方向励起形光ファイバ増
幅器の実施例４の構成図である。

【図５】従来例の双方向励起形光ファイバ増幅器の比較
例１の構成図である。

【図６】従来例の反射励起形光ファイバ増幅器の比較例
１の構成図である。

【図７】実施例１、比較例１、２の信号光レベル−２７
ｄＢｍにおける励起光パワーと利得の関係を示す特性図
である。

【図８】実施例１、比較例１、２の信号光レベル−３ｄ
Ｂｍにおける励起光パワーと利得の関係を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１信号光源２光サーキュレータ３光カプラ（第１の光カプラ）４励起光源（第１の励起光源）５３ｄＢカプラ６Ｐｒ³⁺ドープフッ化物ファイバ（増幅用光ファイ
バ）７光カプラ（第２の光カプラ）８反射鏡（反射手段）９光スペクトラムアナライザ１０ファイバグレーティング１２励起光源（第２の励起光源）１３ファイバグレーティング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のポートから入力される信号光と第２
のポートから入力される第１の励起光とを合波する第１
の光カプラと、第１の光カプラの第３のポートに一端が接続されて、そ
の一端から前記合波した光が入力される増幅用光ファイ
バと、該増幅用光ファイバの他端に第１のポートが接続され、
第２のポートから第２の励起光が入射して該第２の励起
光を前記増幅用光ファイバの他端に逆方向から入力し、
かつ前記増幅用光ファイバから伝搬されてくる光を第３
のポートから出力する第２の光カプラと、該第２の光カプラの第３のポートに設けられ、増幅用光
ファイバから伝搬されてくる光のうち増幅信号光のみ、
または増幅信号光及び前記第１の励起光のみを反射して
増幅用光ファイバの他端に再入力させる光反射手段と、前記第１の光カプラの第１のポートに接続され、該第１
のポートから入力される信号光と、前記光反射手段によ
り反射して第１の光カプラに戻りその第１のポートから
出力される増幅信号光とを分離する光サーキュレータと
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】第１の励起光を出力する第１の励起光源
と、該第１の励起光源に第２のポートが接続され、第２のポ
ートから入力される第１の励起光と第１のポートから入
力される信号光とを合波する光カプラと、該光カプラの第３のポートに一端が接続されて、その一
端から前記合波した光が入力される増幅用光ファイバ
と、該増幅用光ファイバの他端に接続され第２の励起光を前
記増幅用光ファイバの他端に逆方向から入力する第２の
励起光源と、前記増幅用光ファイバの他端と前記第２の励起光源との
間に挿入され、第２の励起光を透過するが、増幅用光フ
ァイバから伝搬されてくる光のうち増幅信号光のみ、ま
たは増幅信号光及び前記第１の励起光のみを反射して増
幅用光ファイバの他端から再入力させる光反射手段と、前記光カプラの第１のポートに接続され、該第１のポー
トから入力される信号光と、前記光反射手段により反射
して第１の光カプラに戻りその第１のポートから出力さ
れる増幅信号光とを分離する光サーキュレータとを備え
たことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】第１の励起光を出力する第１の励起光源
と、該第１の励起光源に第２のポートが接続され、第２のポ
ートから入力される第１の励起光と第１のポートから入
力される信号光とを合波する光カプラと、該光カプラの第３のポートに一端が接続されて、その一
端から前記合波した光が入力される増幅用光ファイバ
と、前記光カプラの第３のポートに一端が接続されて、その
一端から前記合波した光が入力される増幅用光ファイバ
と、該増幅用光ファイバの他端に接続され前記第１の励起光
源と波長の異なる第２の励起光を前記増幅用光ファイバ
の他端に逆方向から入力する第２の励起光源と、前記増幅用光ファイバの他端と前記第２の励起光源との
間に挿入され、第２の励起光を透過するが、増幅用光フ
ァイバから伝搬されてくる光のうち増幅信号光のみ、ま
たは増幅信号光及び前記第１の励起光のみを反射して増
幅用光ファイバの他端から再入力させる第１の光反射手
段と、前記光カプラの第３のポートと前記増幅用光ファイバの
一端との間に挿入され、増幅用光ファイバから伝搬され
てくる第２の励起光のみを反射して増幅用光ファイバの
一端から再入力させる第２の光反射手段と、前記光カプラの第１のポートに接続され、第１のポート
から入力される信号光と、前記光反射手段により反射し
て第１の光カプラに戻りその第１のポートから出力され
る増幅信号光とを分離する光サーキュレータとを備えた
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の光フ
ァイバ増幅器において、前記光反射手段は高反射率を有
する波長選択素子である光ファイバ増幅器。
【請求項５】請求項４に記載の光ファイバ増幅器におい
て、前記波長選択素子は誘電体多層膜ミラーである光フ
ァイバ増幅器。
【請求項６】請求項４に記載の光ファイバ増幅器におい
て、前記波長選択素子はファイバグレーティングである
光ファイバ増幅器。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載の光フ
ァイバ増幅器において、前記増幅用光ファイバは希土類
イオンが添加された石英ガラスファイバを含む酸化物ガ
ラスファイバまたは非酸化物ガラスファイバである光フ
ァイバ増幅器。
【請求項８】請求項１ないし６のいずれかに記載の光フ
ァイバ増幅器において、前記増幅用光ファイバのコア
は、希土類イオンを含み、かつＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｂａの陽イオンを―種類以上含むフッ化物ガ
ラスである光ファイバ増幅器。
【請求項９】請求項１ないし６のいずれかに記載の光フ
ァイバ増幅器において、前記増幅用光ファイバのコア
は、希土頻イオンを含み、かつＧａ、Ｎａ、Ａｓ、Ｇｅ
の陽イオンを―種類以上合むカルコゲナイドガラスであ
る光ファイバ増幅器。
【請求項１０】請求項７ないし９のいずれかに記載の光
ファイバ増幅器において、前記希土類イオンはＰｒ³⁺ま
たはＤｙ³⁺である光ファイバ増幅器。