JPH10303490A - 光増幅器および光増幅方法 - Google Patents

光増幅器および光増幅方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低雑音、高利得な光増幅器および光増幅方法
を提供する。 【解決手段】 エルビウムが添加された光増幅媒体を用
いる光増幅器および光増幅方法は、光増幅媒体として、
フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラス、テルライトガ
ラス、ハライド結晶、酸化鉛系ガラスからなる群から選
択される光増幅媒体を用いる。また、エルビウムの励起
は、０．９μｍから０．９８μｍの間の少なくとも一つ
の波長で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低雑音、高利得な
光増幅器、および光増幅方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信分野への応用を目的とし
て、コアに希土類元素を添加した光ファイバを光増幅媒
体とした光増幅器、特にＥｒ（エルビウム）添加光増幅
器（ＥＤＦＡ）の開発が行われ、光通信システムへの応
用が盛んに進められている。
【０００３】最近では、将来見込まれる通信サービスの
多様化に対応するため、伝送媒体を有効に利用して伝送
容量の拡大を図る波長多重化を利用した光通信方式の研
究が盛んに行われている。この波長多重伝送方式に使用
されるＥＤＦＡに要求される特性の一つとして、信号波
長による増幅利得の変動が小さいことである。なぜな
ら、ＥＤＦＡを多段配列することによって中継増幅され
た光信号は光信号間で強度レベル差が生ずるため、使用
している全波長にわたって特性が均一化された伝送を行
うことが困難となるためである。したがって、現在、利
得が波長に対してフラットな関係にあるＥＤＦＡの研究
が進められている。
【０００４】そのようなＥＤＦＡの一有力候補として、
フッ化物ファイバをＥｒのホストとしたＥｒ添加フッ化
物ファイバ光増幅器（ＥＤＦＦＡ）が注目を集めてい
る。この光増幅器の特徴は、Ｅｒのフッ化物ガラス中で
の１．５５μｍ帯の 4Ｉ13/2→4Ｉ15/2遷移による発光
スペクトルが、石英ガラス中のものより広く、かつデッ
プ等の波長依存性が急峻な変化がなく滑らかなために、
得られる利得スペクトルが石英ファイバを用いたＥＤＦ
Ａよりもフラットになることである。最近では、ＥＤＦ
ＦＡを多段に用いた波長多重伝送実験も行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＥＤＦＦＡは
ひとつの欠点を有する。それは、石英ファイバを用いた
ＥＤＦＡほどには雑音指数（ＮＦ）を下げられない点で
ある。石英ファイバを用いたＥＤＦＡほどにはＮＦの値
を下げられない理由は、ＥＤＦＦＡの場合、 4Ｉ15/2→
4Ｉ11/2→遷移による 4Ｉ13/2準位の励起が行えない点
である。石英ファイバの場合、フォノンエネルギーが１
１００ｃｍ-1程度の大きい値を有するため、０．９８μ
ｍの光で 4Ｉ11/2準位に励起してもフォノン放出緩和に
より 4Ｉ13/2準位にエネルギーが緩和し、 4Ｉ13/2準位
が効率良く励起されて、 4Ｉ13/2準位および 4Ｉ15/2準
位間に良好な反転分布を形成することができる。従っ
て、ＮＦを下げられ量子限界（３ｄＢ）に近い４ｄＢ程
度の値が得られている。
【０００６】しかし、フッ化物ファイバの場合には、フ
ォノンエネルギーが約５００ｃｍ-1であり、石英ファイ
バの半分以下であるため、 4Ｉ11/2から 4Ｉ13/2準位へ
のフォノン放出緩和が起きにくく、０．９８μｍ励起で
は利得が得にくいことになる。従って、励起波長１．４
８μｍ付近の光で 4Ｉ13/2準位を直接励起して、１．５
５μｍ帯の利得を得ている。しかしながら、この励起法
は増幅始準位内の励起であるために、良好な反転分布状
態は得られず、ＮＦは６から７ｄＢという高い値となっ
ており、ＥＤＦＦＡでは、石英ファイバを用いたＥＤＦ
Ａほどには雑音特性の優れた増幅器は実現されていな
い。
【０００７】本発明の目的は、従来のＥＤＦＦＡの雑音
指数が高いという欠点を解決し、低雑音、高利得でかつ
利得がフラットな光増幅器および光増幅方法を提供する
ことである。
【０００８】
【発明を解決するための手段】本発明にもとづく光増幅
方法は、エルビウムが添加された光増幅媒体を用いる光
増幅方法であって、前記光増幅媒体はフッ化物ガラス、
カルコゲナイドガラス、テルライトガラス、ハライド結
晶、および酸化鉛系ガラスからなる群から選択される光
増幅媒体からなり、さらに０．９６μｍから０．９８μ
ｍの間の少なくとも一つの波長で前記エルビウムを励起
することを特徴とする。
【０００９】好ましくは、前記光増幅媒体は、ファイバ
形状を有する。
【００１０】本発明にもとづく光増幅器は、エルビウム
が添加された光増幅媒体を有する光増幅器であって、前
記光増幅媒体はフッ化物ガラス、カルコゲナイトガラ
ス、テルライトガラス、ハライド結晶、および酸化鉛系
ガラスからなる群から選択される光増幅媒体からなり、
さらに０．９６μｍから０．９８μｍの間の発振波長を
有するエルビウム励起光源を少なくとも一つ備えること
を特徴とする。
【００１１】好ましくは、前記光増幅媒体は、ファイバ
形状を有する。
【００１２】好ましくは、 4Ｉ13/2準位を励起するため
の光源が、さらに設けられている。
【００１３】本発明にもとづく光増幅方法は、上記光増
幅器を用いるとともに、前記０．９６μｍから０．９８
μｍの間の発振波長を有するエルビウム励起光源から発
せられる励起光を信号光と同方向から入射し、前記 4Ｉ
13/2準位を励起するための光源から発せられる光をその
反対方向から入射することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の光増幅器および光増幅方
法は、Ｅｒの 4Ｉ11/2準位を励起するにあたり０．９６
μｍから０．９８μｍの間の波長の光を少なくとも一つ
用いることを主要な特徴とする。
【００１５】図に示すように、図１は、 4Ｉ15/2準位と
4Ｉ11/2準位との間の吸収断面積および誘導放出断面
と、波長との関係を示すグラフである。９８０ｎｍ付近
以上の波長域では、誘導放出断面積（破線）は吸収断面
積（実線）より大きくなる。従ってこの波長域で励起す
ると 4Ｉ15/2準位から 4Ｉ11/2準位への吸収遷移よりも
その逆の誘導放出遷移が強く起こり、 4Ｉ11/2準位は効
率よく励起されない。しかし、図から明らかなように、
９８０ｎｍよりも短い波長で励起すると 4Ｉ11/2準位へ
の励起は効率良く起こる。この際、一方では図２のＥｒ
エネルギー準位図に示すように、 4Ｉ11/2準位から 4Ｉ
7/2 準位へのｐｕｍｐ ＥＳＡ（励起状態吸収、ＥＳ
Ａ：Excited State Absorption）が起こり易くなるけれ
ども、図２に示すような 4Ｆ7/2 から 4Ｉ13/2に至る緩
和過程により最終的には 4Ｉ13/2準位の励起となる。
【００１６】図３は、Ｅｒ添加ＺｒＦ4 系フッ化物ファ
イバの励起スペクトル（信号利得の励起波長依存性）を
示す。このファイバののコア中へのＥｒ添加濃度は２０
０ｐｐｍであり、ファイバ長２５ｍ、カットオフ波長は
１μｍとした。また、信号波長を１５３０ｎｍ、入力強
度を−３０ｄＢｍ、さらに励起光強度を６０ｍＷとし
た。
【００１７】励起波長が９７０ｎｍのときに利得は最大
となる。しかし、従来より用いられている 4Ｉ11/2準位
の励起波長９８０ｎｍでは利得は負の値となり、利得は
得られないことがわかる。従って 4Ｉ11/2準位を励起し
て利得を得るには、９６０ｎｍから９８０ｎｍの間の波
長で９７０ｎｍ近傍の波長を用いることが有効であるこ
とがわかる。
【００１８】以下、実施例により詳細に説明する。
【００１９】（実施例１）本実施例では上述のファイバ
を用いて増幅特性を検証した。９７０ｎｍの波長の励起
光を用いて前方励起により増幅特性を測定した。入射信
号強度は−３０ｄＢｍであった。励起光強度が１３２ｍ
Ｗのとき１．５３μｍでの利得は３０ｄＢであり、ＮＦ
（雑音指数：Noise Figure）は４．５ｄＢであった。ま
た、１．５５μｍではＮＦは３．５ｄＢであった。上述
のファイバを１．４８μｍの励起光で励起した場合に
は、ＮＦは１．５５μｍにおいて５ｄＢ以上あったの
で、ＮＦの改善度は１．５ｄＢ以上あった。
【００２０】また、励起光の波長を９６０ｎｍから９７
８ｎｍの任意の波長としたときも、１．４８μｍで励起
した場合より、ＮＦは改善する（低下する）ことが確認
できた。
【００２１】また、９６０ｎｍから９８０ｎｍの間の２
つ以上の波長で励起した場合もＮＦは改善した。
【００２２】（実施例２）本実施例では１５３０ｎｍか
ら１５６０ｎｍの波長間の８波のＷＤＭ(Wavelength Di
vision Multiplexing)信号を入射してＮＦを測定した。
１波当りの信号光強度は−２０ｄＢｍであった。９７０
ｎｍの励起波長を用いて、総励起光量１５０ｍＷで双方
向励起した。その結果、１５３０ｎｍから１５６０ｎｍ
の波長間でＮＦが５ｄＢ以下になることが確認できた。
【００２３】（実施例３）本実施例では実施例２と同
様、ＷＤＭ信号を用いて増幅特性を評価した。励起法は
９６０ｎｍから９８０ｎｍの間の励起光を前方（信号光
と同方向）から入射し、１４８０ｎｍ帯の励起光を後方
から入射する双方向励起法を取った。励起光強度は前方
励起光が５０ｍＷ、後方励起光強度は１００ｍＷ〜１５
０ｍＷであった。ＮＦは１５３０ｎｍから１５６０ｎｍ
の間の波長で、５ｄＢ以下であり、信号波長の利得偏差
は２ｄＢ以下であった。
【００２４】（実施例４）以上の実施例では、ＺｒＦ4
系のフッ化物ファイバを増幅媒体として増幅特性の評価
を行ったが、ここではＩｎＦ3 系のフッ化物ファイバ、
カルコゲナイドガラス系のファイバ、ＴｅＯ2 系のファ
イバ、ＰｂＯ系のファイバをＥｒのホストとした増幅媒
体を用いて、実施例１〜３の内容の評価を行った。その
結果、５ｄＢ以下のＮＦを確認することができた。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来困難であったフッ化物ファイバのような赤外透過性
のファイバをＥｒのホストとした場合でも、低雑音化の
可能な4Ｉ11/2準位励起による１．５５μｍ帯の増幅が
可能となる。その結果、広帯域で利得がフラットであ
り、かつ低雑音な特性を有する光増幅器が得られ、また
該光増幅器を通信システムに応用すれば伝送容量の増
大、システム構成の多様化が可能となり、光通信の普
及、低コスト等に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】4Ｉ15/2準位および 4Ｉ11/2準位間の吸収断面
積および誘導放出断面積スペクトル図である。
【図２】Ｅｒのエネルギー準位図である。
【図３】4Ｉ11/2準位励起の励起スペクトル図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 昭一 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エルビウムが添加された光増幅媒体を用
    いる光増幅方法であって、前記光増幅媒体はフッ化物ガ
    ラス、カルコゲナイドガラス、テルライトガラス、ハラ
    イド結晶、および酸化鉛系ガラスからなる群から選択さ
    れる光増幅媒体からなり、さらに０．９６μｍから０．
    ９８μｍの間の少なくとも一つの波長で前記エルビウム
    を励起することを特徴とする光増幅方法。
  2. 【請求項２】 前記光増幅媒体は、ファイバ形状を有す
    ることを特徴とする請求項１記載の光増幅方法。
  3. 【請求項３】 エルビウムが添加された光増幅媒体を有
    する光増幅器であって、前記光増幅媒体はフッ化物ガラ
    ス、カルコゲナイトガラス、テルライトガラス、ハライ
    ド結晶、および酸化鉛系ガラスからなる群から選択され
    る光増幅媒体からなり、さらに０．９６μｍから０．９
    ８μｍの間の発振波長を有するエルビウム励起光源を少
    なくとも一つ備えることを特徴とする光増幅器。
  4. 【請求項４】 前記光増幅媒体は、ファイバ形状を有す
    ることを特徴とする請求項３記載の光増幅器。
  5. 【請求項５】 4Ｉ13/2準位を励起するための光源が、
    さらに設けられたことを特徴とする請求項３または４記
    載の光増幅器。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の光増幅器を用いる光増
    幅方法であって、前記０．９６μｍから０．９８μｍの
    間の発振波長を有するエルビウム励起光源から発せられ
    る励起光を信号光と同方向から入射し、前記 4Ｉ13/2準
    位を励起するための光源から発せられる光をその反対方
    向から入射することを特徴とする光増幅方法。
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