JPH11145540A - 片方向双方向兼用光増幅器 - Google Patents

片方向双方向兼用光増幅器

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JPH11145540A
JPH11145540A JP30875097A JP30875097A JPH11145540A JP H11145540 A JPH11145540 A JP H11145540A JP 30875097 A JP30875097 A JP 30875097A JP 30875097 A JP30875097 A JP 30875097A JP H11145540 A JPH11145540 A JP H11145540A
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band
optical fiber
signal light
wavelength
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06754Fibre amplifiers

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2つの波長帯の光信号の片方向増幅及び双方
向増幅のいずれにも使用可能な片方向双方向兼用光増幅
器を提供する。 【解決手段】 下流の光伝送路101を光サーキュレー
タ102のa端に接続し、光サーキュレータ102のb
端にWDMフィルタ103を接続し、光サーキュレータ
102のc端には反射器104を設け、WDMフィルタ
103の両分岐にそれぞれEr添加光ファイバ105,
106を接続し、一方のEr添加光ファイバ105に励
起光源108を結合させると共に光アイソレータ109
の入口側を接続し、他方のEr添加光ファイバ106に
励起光源112,113を結合させると共に光サーキュ
レータ114のc端を接続し、光サーキュレータ114
のa端を光アイソレータ109の出口側に接続し、光サ
ーキュレータ114のb端に上流の光伝送路115を接
続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重伝送用の
光ファイバ増幅器に係り、特に、2つの波長帯の光信号
の片方向増幅及び双方向増幅のいずれにも使用可能な片
方向双方向兼用光増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバのコア内にEr,P
r,Nd等の希土類元素を添加した光ファイバを用いた
光ファイバ増幅器が実用化されている。特に、Erを添
加した光ファイバ増幅器は、1.55μm帯において高
利得、高飽和出力を有することから、種々のシステムへ
の適用が考えられている。その中でも、1.53μm〜
1.61μmの波長帯の信号光を10数波以上用いた高
密度波長多重伝送による高速、大容量、長距離伝送シス
テムが注目されている。
【0003】図4に、従来の高密度波長多重伝送用の光
ファイバ増幅器を示す。この光ファイバ増幅器は、双方
向用光増幅器であり、それぞれ3つのポートを有する2
つの光サーキュレータを用いて上り方向伝送路と下り方
向伝送路とを分離し、それぞれの伝送路に光ファイバ増
幅器を形成したものである。図の左から右へ向かうのが
上り方向であり、上り方向へは1.53μm〜1.56
μmの短波長帯(Sバンド)の信号光を伝送させ、下り
方向へは1.57μm〜1.61μmの長波長帯(Lバ
ンド)の信号光を伝送させ、それぞれの光ファイバ増幅
器で増幅を行うようになっている。
【0004】詳しく説明すると、光サーキュレータ40
2,414の3つのポートa端,b端,c端は、a端か
らb端、b端からc端、c端からa端がそれぞれ順方向
になっている。下流の光伝送路401が第1の光サーキ
ュレータ402のa端に接続され、その順方向になるb
端に上り用のEr添加光ファイバ405が接続されると
共にWDMカプラ407を介して励起光源408が結合
されている。このEr添加光ファイバ405には第2の
光サーキュレータ414のa端が接続され、その順方向
になるb端が上流の光伝送路415に接続されている。
第2の光サーキュレータ414のb端から順方向になる
c端には、下り用のEr添加光ファイバ417が接続さ
れると共にWDMカプラ418を介して励起光源419
が結合されている。なお、下り用には、利得等価器42
0が設けられ、さらに、2段目用のEr添加光ファイバ
421、WDMカプラ422、励起光源423が設けら
れている。2段目のEr添加光ファイバ421には第1
の光サーキュレータ402のc端が接続され、その順方
向になるa端は、既に説明したように下流の光伝送路4
01に接続されている。
【0005】Sバンドの信号光US1は、第1の光サー
キュレータ402のa端からb端を通ってWDMカプラ
407に入り、このWDMカプラ407で励起光源40
8からの励起光と合流され、Er添加光ファイバ405
で伝送されつつ増幅され、第2の光サーキュレータ41
4のa端からb端を通って信号光US2として上流の光
伝送路415に出力される。
【0006】Lバンドの信号光DL1は、第2の光サー
キュレータ414のb端からc端を通ってWDMカプラ
418に入り、このWDMカプラ418で励起光源41
9からの励起光と合流され、Er添加光ファイバ417
で伝送されつつ増幅され、利得等価器420を通って次
のWDMカプラ422に入り、このWDMカプラ422
で励起光源423からの励起光と合流され、Er添加光
ファイバ421で伝送されつつ増幅され、第1の光サー
キュレータ402のc端からa端を通って信号光DL2
として下流の光伝送路401に出力される。
【0007】図4の双方向用光増幅器の特性を図5に示
す。上り方向の利得は黒丸で示されている。Sバンドの
全域で利得が3dBの範囲内にあることがわかる。下り
方向の利得は黒角で示されている。Lバンドの全域で利
得が3dBの範囲内にあることがわかる。上り方向のノ
イズは白丸で示され、下り方向のノイズは白角で示され
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバ増幅
器は、双方向用光増幅器にしか使えない。2つの波長帯
の光信号を独立に増幅することはできても、方向が決ま
っているので、同一方向の2つの波長帯の光信号を増幅
する用途には使用できない。
【0009】また、一方の波長帯の信号光の反射戻り光
が他方の波長帯の増幅系に漏れ込みやすい構成となって
いる。このため高い信号対雑音比(高S/N)を得るこ
とが難しい。
【0010】また、一方の波長帯の光信号が他方の波長
帯の増幅系に漏れ込みやすい構成となっている。このた
め、S/Nがさらに劣化する。
【0011】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、2つの波長帯の光信号の片方向増幅及び双方向増幅
のいずれにも使用可能な片方向双方向兼用光増幅器を提
供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、短波長帯Sバンド及び長波長帯Lバンドの
2つの波長帯の信号光を伝送する光伝送路間にEr添加
光ファイバを挿入すると共に励起光源を結合させた光増
幅器において、下流の光伝送路を3つのポートa端,b
端,c端を有する第1の光サーキュレータのa端に接続
し、この第1の光サーキュレータのa端から順方向にな
るb端に波長帯別の2つの分岐を有するWDMフィルタ
を接続し、前記第1の光サーキュレータのb端から順方
向になるc端には反射器を設け、前記WDMフィルタの
両分岐にそれぞれEr添加光ファイバを接続し、一方の
Er添加光ファイバに励起光源を結合させると共に光ア
イソレータの入口側を接続し、他方のEr添加光ファイ
バに励起光源を結合させると共に第2の光サーキュレー
タのc端を接続し、この第2の光サーキュレータのc端
から順方向になるa端を前記光アイソレータの出口側に
接続し、この第2の光サーキュレータのb端に上流の光
伝送路を接続したものである。
【0013】前記Er添加光ファイバを長手方向に分割
し、分割されたそれぞれのEr添加光ファイバに励起光
源を結合させてもよい。
【0014】前記Sバンドを増幅するEr添加光ファイ
バに、利得を平坦化するための利得等価器を接続しても
よい。
【0015】Sバンドには波長1.53μm〜1.56
5μm帯、Lバンドには波長1.57μm〜1.62μ
m帯を用いてもよい。
【0016】励起光として、波長0.98μm及び波長
1.48μmのいずれか又は両方を用いてもよい。
【0017】前記Lバンドを増幅するEr添加光ファイ
バに、信号光の前方及び後方から双方向に励起光源を結
合させてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0019】図1に示されるように、本発明の片方向双
方向兼用光増幅器は、下流の光伝送路101が第1の光
サーキュレータ102のa端に接続され、この第1の光
サーキュレータ102のa端から順方向になるb端に波
長帯別の2つの分岐を有するWDMフィルタ103が接
続されることにより、下流の光伝送路101からの信号
光がWDMフィルタ103に入射されるようになってい
る。また、第1の光サーキュレータ102のb端から順
方向になるc端に反射器104が設けられることによ
り、WDMフィルタ103からの信号光がc端で折り返
されて下流の光伝送路101に入射されるようになって
いる。
【0020】Sバンドの分岐とLバンドの分岐とを有す
るWDMフィルタ103の両分岐には、それぞれEr添
加光ファイバが接続されている。Sバンドを増幅するE
r添加光ファイバを第1のEr添加光ファイバ105、
Lバンドを増幅するEr添加光ファイバを第2のEr添
加光ファイバ106とする。従って、Sバンド側の分岐
に第1のEr添加光ファイバ105が接続され、Lバン
ド側の分岐に第2のEr添加光ファイバ106が接続さ
れる。
【0021】第1のEr添加光ファイバ105にはWD
Mフィルタ103側よりWDMカプラ107を介して励
起光源108が結合されると共にその反対側に光アイソ
レータ109の入口側が接続されることにより、WDM
フィルタ103からの信号光が第1のEr添加光ファイ
バ105で増幅されて光アイソレータ109に順方向に
入射されるようになっている。
【0022】一方、第2のEr添加光ファイバ106に
はWDMフィルタ103側とその反対側との両方よりそ
れぞれWDMカプラ110,111を介して励起光源1
12,113が結合されると共に反対側に第2の光サー
キュレータ114のc端が接続されている。第2のEr
添加光ファイバ106では、2つの励起光源112,1
13からの前方及び後方の双方向励起により、WDMフ
ィルタ103からの信号光かその反対方向の第2の光サ
ーキュレータ114のc端からからの信号光かが増幅で
きることになる。
【0023】第2の光サーキュレータ114のc端から
順方向になるa端が光アイソレータ109の出口側に接
続されることにより、第2のEr添加光ファイバ106
から第2の光サーキュレータ114を経由した信号光が
光アイソレータ109に逆方向に入射されるようになっ
ている。光アイソレータ109は逆方向の信号光を反射
するので、第1のEr添加光ファイバ105からの信号
光と第2のEr添加光ファイバ106から信号光とがと
もに第2の光サーキュレータ114のa端に入射される
ことになる。この第2の光サーキュレータ114のb端
に上流の光伝送路115が接続されることにより、光ア
イソレータ109からの信号光が上流の光伝送路115
に入射され、上流の光伝送路115からの信号光が第2
の光サーキュレータ114のc端より第2のEr添加光
ファイバ106に入射されるようになっている。
【0024】この片方向双方向兼用光増幅器は、下流の
光伝送路101からの2つの波長帯の信号光をそれぞれ
のEr添加光ファイバ105,106で増幅して上流の
光伝送路115に伝送する片方向増幅機能と、下流の光
伝送路101からの1つの波長帯の信号光を第1のEr
添加光ファイバ105で増幅して上流の光伝送路115
に伝送し、上流の光伝送路115からの別の波長帯の信
号光を第2のEr添加光ファイバ106で増幅して下流
の光伝送路101に伝送する双方向増幅機能とを持つこ
とになる。
【0025】2つの波長帯のうちSバンドには波長1.
53μm〜1.565μm帯、Lバンドには波長1.5
7μm〜1.62μm帯を用いる。
【0026】片方向増幅機能を説明する。下流の光伝送
路101において、図の左から右へ向かう上り方向に、
Sバンドの信号光US1とLバンドの信号光UL1とが
伝送されている。これらの信号光US1,UL1が第1
の光サーキュレータ102のa端に入射され、b端を通
ってWDMフィルタ103に入射される。WDMフィル
タ103は、それぞれの波長帯の信号光を分離し、Sバ
ンドの信号光US2を第1のEr添加光ファイバ105
側に分岐させ、Lバンドの信号光UL2を第2のEr添
加光ファイバ106側に分岐させる。
【0027】分岐されたSバンドの信号光US2は、W
DMカプラ107に入射され、このWDMカプラ107
で励起光源108からの励起光と合流され、第1のEr
添加光ファイバ105で伝送されつつ増幅され、信号光
US3となる。信号光US3は、光アイソレータ109
を順方向に通って信号光US4となり、信号光US4
は、第2の光サーキュレータ114のa端に入射され、
b端を通って上流の光伝送路115に入射され信号光U
S5となる。
【0028】分岐されたLバンドの信号光UL2は、W
DMカプラ110に入射され、このWDMカプラ110
で励起光源112からの励起光と合流され、第2のEr
添加光ファイバ106で伝送され、WDMカプラ111
に達する。第2のEr添加光ファイバ106には、励起
光源113からの励起光もWDMカプラ111を通して
合流され、この励起光は反対方向に伝送される。信号光
UL2は、前方及び後方の双方向励起により増幅され、
信号光UL3となる。信号光UL3は、第2の光サーキ
ュレータ114のc端に入射され、a端を通って信号光
UL4となる。信号光UL4は、光アイソレータ109
で折り返され、第2の光サーキュレータ114のa端に
入射され、b端を通って上流の光伝送路115に入射さ
れ信号光UL5となる。
【0029】このようにして、下流の光伝送路101か
らの上り方向の信号光US1,UL1がともに増幅さ
れ、信号光US5,UL5として上流の光伝送路115
に伝送される。
【0030】次に、双方向増幅機能を説明する。下流の
光伝送路101において、上り方向にSバンドの信号光
US1が伝送され、上流の光伝送路115において、下
り方向にLバンドの信号光DL1が伝送されている。
【0031】Sバンドの動作は片方向増幅機能の場合と
同じなので、説明を省略する。
【0032】Lバンドの信号光DL1は、第2の光サー
キュレータ114のb端に入射され、c端を通って信号
光DL2となる。信号光DL2は、WDMカプラ111
に入射され、このWDMカプラ111で励起光源113
からの励起光と合流され、第2のEr添加光ファイバ1
06で伝送され、WDMカプラ110に達する。第2の
Er添加光ファイバ106には、励起光源112からの
励起光もWDMカプラ110を通して合流され、この励
起光は反対方向に伝送される。信号光DL2は、前方及
び後方の双方向励起により増幅され、信号光DL3とな
る。信号光DL3は、WDMフィルタ103のLバンド
側の分岐に入射し、WDMフィルタ103を通って信号
光DL4となる。信号光DL4は、第1の光サーキュレ
ータ102のb端に入射し、c端から出射するが、反射
器104により反射されてc端に入射し、a端を通って
下流の光伝送路101に入射され信号光DL5となる。
【0033】このようにして、下流の光伝送路101か
らの上り方向の信号光US1が増幅され、信号光US5
として上流の光伝送路115に伝送され、同時に、上流
の光伝送路115からの下り方向の信号光DL1が増幅
され、信号光DL5として下流の光伝送路101に伝送
される。
【0034】片方向双方向兼用光増幅器の利点は、増幅
された信号光US4が第2のEr添加光ファイバ106
に漏れることが少ないこと、及び増幅された信号光UL
4が第1のEr添加光ファイバ105に漏れることが少
ないことである。従って、互いの波長帯間の干渉が少な
いことになる。
【0035】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【0036】図2に示した片方向双方向兼用光増幅器
は、図1の構成に代えて、WDMフィルタのLバンド側
の分岐(この図では上がLバンド側)に接続された第2
のEr添加光ファイバ106に光アイソレータ109を
接続し、Sバンド側の分岐に接続された第1のEr添加
光ファイバ105に第2の光サーキュレータ114のc
端を接続したものである。第1のEr添加光ファイバ1
05にはWDMフィルタ103側よりWDMカプラ10
7を介して励起光源108が結合され、第2のEr添加
光ファイバ106にはWDMフィルタ103側とその反
対側との両方よりそれぞれWDMカプラ110,111
を介して励起光源112,113が結合されている。
【0037】この片方向双方向兼用光増幅器も片方向増
幅機能と双方向増幅機能とを持つが、Lバンドの増幅系
に光アイソレータ109が配置されている。このため、
双方向増幅において2つの波長帯の信号光の方向が図1
の場合と逆になっている。即ち、Lバンドが上り方向、
Sバンドが下り方向に割り当てられる。下流の光伝送路
101からの上り方向の信号光UL1は、UL2,UL
3,UL4の如く経由し、UL5として上流の光伝送路
115に伝送される。上流の光伝送路115からの下り
方向の信号光DS1は、DS2,DS3,DS4の如く
経由し、DS5として下流の光伝送路101に伝送され
る。
【0038】図3に示した片方向双方向兼用光増幅器
は、図1の構成に利得等価器を付加したものである。即
ち、利得の波長特性を平坦化するために第1のEr添加
光ファイバ105と光アイソレータ109との間に利得
等価器116を挿入する。波長1.53μm〜1.56
5μmの信号光US2が第1のEr添加光ファイバ10
5で増幅されて信号光US3となるとき、この信号光U
S3の波長1.53μm付近に利得ピークが生じるが、
利得等価器116はこの利得ピークを抑圧して利得の波
長特性を平坦化する。利得等価器116は、ファイバグ
レーティング、干渉膜フィルタ、導波路型フィルタなど
によって実現することができる。
【0039】以上のように、図1、図2、図3に示した
片方向双方向兼用光増幅器の第1の使い方は、上り方向
の2つの波長帯の信号光US1,UL1をそれぞれ独立
に増幅した後、合流させて出力する片方向光増幅器であ
る。第2の使い方は、上り方向の1つの波長帯の信号光
US1(或いはUL1)を増幅し、下り方向の別の波長
帯の信号光DL1(或いはDS1)を増幅する双方向光
増幅器である。
【0040】なお、本発明は上記の実施形態に限定され
るものではなく、例えば、図2の構成において、第2の
Er添加光ファイバ106を長手方向に長さl1 ,l2
に分割し、その長さl1 のEr添加光ファイバと長さl
2 のEr添加光ファイバとの間に信号光の順方向に向け
た光アイソレータを挿入し、これらEr添加光ファイバ
による2段階の増幅を行うようにしてもよい。
【0041】図1〜図3において、第1のEr添加光フ
ァイバ105は、Er添加量が100ppm〜1500
ppmの範囲、Al添加量が5000ppm以上のもの
を用いるのが好ましく、そのファイバ長は10数mから
50mの範囲が好ましい。第2のEr添加光ファイバ1
06は、Er添加量が400ppm〜2000ppmの
範囲、Al添加量が5000ppm以上のものを用いる
のが好ましく、そのファイバ長は50mから250mの
範囲が好ましい。励起光源108,112,113に
は、波長が0.98μm帯のものを用いるか、1.48
μm帯のものを用いるか、これら2種の波長帯のものを
組み合わせて用いてもよい。また、励起光の光パワは、
50mW〜150mWを用いる。
【0042】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0043】(1)片方向の2つの波長帯の信号光をそ
れぞれ独立に増幅した後、合流させて出力する片方向光
増幅器の機能と、双方向の異なる波長帯の信号光をそれ
ぞれ独立に増幅する双方向光増幅の機能とを有するの
で、ひとつの光増幅器を2つの用途に使用することがで
きる。従って、片方向用と双方向用との2種類の光増幅
器を作る必要がなく、本発明の片方向双方向兼用光増幅
器を用途に合わせて使用すればよくなり、経済的であ
る。
【0044】(2)一方の波長帯Sバンド(Lバンド)
の信号光の反射戻り光が他方の波長帯Lバンド(Sバン
ド)の増幅系に入射しにくい構成であるため、チャンネ
ル間のクロストーク特性や伝送路の損失特性の劣化がな
く、高いS/N特性を得ることができる。
【0045】(3)一方の波長帯Sバンド(Lバンド)
の信号光が他方の波長帯Lバンド(Sバンド)の増幅系
に入射しにくい構成であるため、S/Nの劣化が極めて
少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す片方向双方向兼用光
増幅器の構成図である。
【図2】本発明の他の実施形態を示す片方向双方向兼用
光増幅器の構成図である。
【図3】本発明の他の実施形態を示す片方向双方向兼用
光増幅器の構成図である。
【図4】従来の双方向用光増幅器の構成図である。
【図5】従来の双方向用光増幅器の利得及びノイズの周
波数特性図である。
【符号の説明】
101 下流の光伝送路 102 第1の光サーキュレータ 103 WDMフィルタ 104 反射器 105 第1のEr添加光ファイバ 106 第2のEr添加光ファイバ 108,112,113 励起光源 109 光アイソレータ 114 第2の光サーキュレータ 115 上流の光伝送路 116 利得等価器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 短波長帯Sバンド及び長波長帯Lバンド
    の2つの波長帯の信号光を伝送する光伝送路間にEr添
    加光ファイバを挿入すると共に励起光源を結合させた光
    増幅器において、下流の光伝送路を3つのポートa端,
    b端,c端を有する第1の光サーキュレータのa端に接
    続し、この第1の光サーキュレータのa端から順方向に
    なるb端に波長帯別の2つの分岐を有するWDMフィル
    タを接続し、前記第1の光サーキュレータのb端から順
    方向になるc端には反射器を設け、前記WDMフィルタ
    の両分岐にそれぞれEr添加光ファイバを接続し、一方
    のEr添加光ファイバに励起光源を結合させると共に光
    アイソレータの入口側を接続し、他方のEr添加光ファ
    イバに励起光源を結合させると共に第2の光サーキュレ
    ータのc端を接続し、この第2の光サーキュレータのc
    端から順方向になるa端を前記光アイソレータの出口側
    に接続し、この第2の光サーキュレータのb端に上流の
    光伝送路を接続したことを特徴とする片方向双方向兼用
    光増幅器。
  2. 【請求項2】 前記Er添加光ファイバを長手方向に分
    割し、分割されたそれぞれのEr添加光ファイバに励起
    光源を結合させたことを特徴とする請求項1記載の片方
    向双方向兼用光増幅器。
  3. 【請求項3】 前記Sバンドを増幅するEr添加光ファ
    イバに、利得を平坦化するための利得等価器を接続した
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の片方向双方向兼
    用光増幅器。
  4. 【請求項4】 Sバンドには波長1.53μm〜1.5
    65μm帯、Lバンドには波長1.57μm〜1.62
    μm帯を用いることを特徴とする請求項1〜3いずれか
    記載の片方向双方向兼用光増幅器。
  5. 【請求項5】 励起光として、波長0.98μm及び波
    長1.48μmのいずれか又は両方を用いることを特徴
    とする請求項1〜4いずれか記載の片方向双方向兼用光
    増幅器。
  6. 【請求項6】 前記Lバンドを増幅するEr添加光ファ
    イバに、信号光の前方及び後方から双方向に励起光源を
    結合させたことを特徴とする請求項1〜5いずれか記載
    の片方向双方向兼用光増幅器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001061391A3 (en) * 2000-02-16 2002-05-02 Adc Telecommunications Inc Fiber optic device operating at two or more wavelengths
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