JPH11177172A

JPH11177172A - 光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JPH11177172A
Application number: JP33716597A
Authority: JP
Inventors: Mototaka Kadoi; 素貴角井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1999-07-02
Anticipated expiration: 2017-12-08
Also published as: JP3582631B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｅｒ添加石英系光ファイバを光増幅用光ファ
イバとして用いた光ファイバ増幅器であって、優れた励
起効率で波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅すること
ができる光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】光増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添
加された石英系のＥＤＦ３１１および３１２の２つを有
し、光ファイバ増幅器の入力端から出力端へ順に光アイ
ソレータ３２１、カプラ３３１、ＥＤＦ３１１、カプラ
３３２、光アイソレータ３２２、カプラ３３３、ＥＤＦ
３１２、カプラ３３４および光アイソレータ３２３が縦
続接続されている。カプラ３３１には励起光源３４１が
接続され、カプラ３３２には励起光源３４２が接続さ
れ、カプラ３３３には励起光源３４３が接続され、カプ
ラ３３４には励起光源３４４が接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送システムに
おいて信号光を光増幅する光ファイバ増幅器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光増幅器は、波長１．５μｍ帯波長多重
（ＷＤＭ）通信に用いられる光伝送システムにおいて重
要な部品であり、その適用波長帯域の拡大は、ＷＤＭ通
信の伝送容量を増大させる上で重要な課題である。ま
た、このような光増幅器として、Ｅｒ（エルビウム）元
素が添加された石英系光ファイバであるＥＤＦ（Er-Dop
edFiber）を光増幅用光ファイバとして用いた光ファイ
バ増幅器（ＥＤＦＡ : Er-Doped Fiber Amplifier ）の
開発が進められている。

【０００３】例えば、光ファイバ増幅器における適用波
長域を拡大すべく、Ｅｒ³⁺イオンの波長１．５８μｍ帯
のエネルギレベル遷移を利用して波長１．５８μｍ帯の
信号光を光増幅する光ファイバ増幅器の研究がなされて
いる（小野浩孝、他、「１．５８μｍ帯Ｅｒ³⁺添加光フ
ァイバ増幅器」、１９９７年春季電子情報通信学会総合
大会Ｃ−３−８６を参照）。

【０００４】この研究によれば、Ｅｒ添加石英系光ファ
イバを用いた光ファイバ増幅器では波長１５７０ｎｍ〜
１６００ｎｍの信号光波長帯域で平坦な利得特性が得ら
れ、また、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバを用いた光ファ
イバ増幅器では波長１５６５ｎｍ〜１６００ｎｍの信号
光波長帯域で平坦な利得特性が得られ、何れも広い帯域
が得られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、通常要求される３０ｄＢ以上の利得で波長
１．５８μｍ帯の信号光を光増幅するには、Ｅｒ添加フ
ッ化物光ファイバでは４０ｍで足りるのに対して、Ｅｒ
添加石英系光ファイバでは２００ｍが必要とされる。し
たがって、Ｅｒ添加石英系光ファイバを用いた光ファイ
バ増幅器では、このＥｒ添加石英系光ファイバに対して
通常の強度の励起光を双方向から供給したとしても、そ
の励起光はＥｒ添加石英系光ファイバの中央付近までに
は到達せず、当該中央付近では逆に信号光を吸収する結
果となる。それ故、このような信号光を吸収する領域を
なくするためには、波長１．４８μｍ帯励起の場合、励
起光の強度は１１３ｍＷ以上であることが必要とされ、
励起効率が低いという問題点がある。

【０００６】一方、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバを用い
た光ファイバ増幅器は、所要の光ファイバ長が短く済
み、吸収する領域が発生し難いので、励起光の強度は５
３ｍＷで済むものの、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバは信
頼性に欠けるという問題点がある。

【０００７】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、信頼性に優れたＥｒ添加石英系光ファ
イバを光増幅用光ファイバとして用いた光ファイバ増幅
器であって、優れた励起効率で波長１．５８μｍ帯の信
号光を光増幅することができる光ファイバ増幅器を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
増幅器は、励起光が供給されているときに入力した波長
１．５８μｍ帯の信号光を光増幅して出力する光ファイ
バ増幅器であって、複数本のＡｌ元素およびＥｒ元素が
共添加された石英系の光ファイバが実質的に互いに縦続
接続された光増幅用光ファイバと、複数の光増幅用光フ
ァイバそれぞれに双方向から励起光を供給する励起光供
給手段とを備え、光増幅用光ファイバのうち第２段目以
降の光ファイバそれぞれの吸収条長積ピークが５６０ｄ
Ｂ以下であることを特徴とする。

【０００９】この光ファイバ増幅器によれば、互いに縦
続接続された複数の光ファイバそれぞれに励起光供給手
段により双方向から励起光が供給されて、従来以上に均
一な反転分布が生じ、入力した波長１．５８μｍ帯の信
号光は光増幅されて出力される。また、光増幅用光ファ
イバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれの吸収条
長積ピークが５６０ｄＢ以下であるので励起効率が優れ
る。

【００１０】また、本発明に係る光ファイバ増幅器で
は、励起光供給手段は、光増幅用光ファイバのうちの互
いに縦続接続された２つの光ファイバの間に設けられ、
その２つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する１つ
のファイバ型カプラを備えることを特徴とする。また、
本発明に係る光ファイバ増幅器では、励起光供給手段
は、光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された
２つの光ファイバの間に設けられ、その２つの光ファイ
バそれぞれに励起光を供給する１つの誘電体反射膜型カ
プラを備えることを特徴とする。これら何れの場合に
も、カプラの挿入損失は低減され、励起効率は更に向上
する。

【００１１】また、本発明に係る光ファイバ増幅器で
は、複数の光増幅用光ファイバのうち第１段目の光増幅
用光ファイバに挿入されＡＳＥ光を除去するバンド除去
フィルタを備えることを特徴とする。この場合には、逆
方向ＡＳＥ光を除去することができ、雑音特性が改善さ
れる。特に、バンド除去フィルタは第１段目の光増幅用
光ファイバ上に形成された長周期ファイバグレーティン
グであるのが好適であり、この場合には、挿入損失は低
減され、励起効率は更に向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００１３】先ず、本発明をするに到った経緯および本
発明の概要について述べる。光増幅用光ファイバとして
も最も多用されているＡｌ添加石英系ＥＤＦを用いた光
ファイバ増幅器において、波長１．５８μｍ帯（１５７
０ｎｍ〜１６００ｎｍ程度）の信号光に対して平坦な利
得特性を実現する為には、そのＥＤＦの長手方向につい
て平均した反転分布を４０％程度とする必要がある。実
際には、ＥＤＦの長手方向について励起光や信号光の強
度は変化するので、反転分布も一定ではなく変動する。

【００１４】もし、ＥＤＦの長手方向の何れかの領域に
おいて反転分布が３０％程度にまで低下していると、そ
の領域では信号光は光増幅されるのではなく吸収を受
け、その結果、「励起効率＝（信号光出力強度−信号光
入力強度）／励起光入力強度」なる式で定義される励起
効率が低下する。このような吸収域を生じさせない為に
は、ＥＤＦの長手方向について平均した反転分布を４０
％程度とするだけでなく、できるかぎりＥＤＦの長手方
向について反転分布を均一にすることが必要である。

【００１５】図１は、ＥＤＦの長手方向について反転分
布を示したグラフであり、図１（ａ）は１段構成のＥＤ
Ｆの場合の反転分布を、図１（ｂ）は３段構成のＥＤＦ
の場合の反転分布を、それぞれ示すものである。

【００１６】図１（ａ）に示すように１段構成のＥＤＦ
の場合には、そのＥＤＦの入力端および出力端の何れか
一方から励起光を供給する場合よりも、そのＥＤＦの入
力端および出力端の双方から励起光を供給する場合の方
が、そのＥＤＦにおける反転分布を均一にすることがで
きる。しかし、このＥＤＦの入力端および出力端それぞ
れでは、励起光の強度が強いことから反転分布が高く、
このＥＤＦの中央付近では、励起光の強度が弱いことか
ら反転分布が低く吸収域となる危険がある。

【００１７】一方、図１（ｂ）に示すように、３段構成
のＥＤＦの場合であって各段のＥＤＦそれぞれに励起光
を双方向から供給する場合には、反転分布を更に均一に
することができ、且つ、吸収域を生じさせないようにす
ることができる。このように、複数のＥＤＦを縦続接続
するとともに各段のＥＤＦそれぞれに励起光を双方向か
ら供給するのが有効である。

【００１８】また、複数のＥＤＦを縦続接続する場合で
あっても、各段のＥＤＦそれぞれについては励起効率が
最大となる最適長が存在する。すなわち、各段のＥＤＦ
が余りに短ければ励起光を吸収しきれず、逆に、各段の
ＥＤＦが余りに長ければ吸収域が生じる。図２は、信号
光入力強度が−１０ｄＢｍ，−２ｄＢｍおよび＋２．１
５ｄＢｍそれぞれの場合について、ＥＤＦ長手方向につ
いて平均した反転分布が４０％であるときの波長１．５
８μｍ帯ＥＤＦ利得と励起効率との関係を示したグラフ
である。この図に示すように、ＥＤＦの最適長は、その
ＥＤＦに入力する信号光の強度に依存する。

【００１９】したがって、複数のＥＤＦを縦続接続する
場合、第１段目のＥＤＦでは信号光入力強度が小さいの
で、励起効率が低くても励起光入力強度は小さくてよ
い。しかし、第２段目以降のＥＤＦ（特に、より後段の
ＥＤＦ）では、励起効率が問題となる。すなわち、波長
１．５８μｍ帯の信号光を光増幅する光ファイバ増幅器
の最も一般的な用途は２．５Ｇｂ／ｓ×３２波の光伝送
であるが、この光伝送では、第１段目のＥＤＦへの総信
号光入力強度は−１０ｄＢｍ〜−８ｄＢｍ程度である。
また、雑音特性改善の為には、第１段目のＥＤＦは少な
くとも１０ｄＢ程度の利得を有することが望ましく、こ
の場合、第２段目以降のＥＤＦへの総信号光入力強度は
＋２ｄＢｍ以上となる。また、図２より、信号光入力強
度が大きいほどＥＤＦ最適長は短くなる傾向があり、信
号光入力強度が＋２ｄＢｍ以上であれば、ＥＤＦの長手
方向について反転分布の平均値が４０％であって平坦化
された状態においては、波長１．５８μｍ帯の信号光に
対する利得は１８ｄＢ以下となる。ところで、最も多用
されるＡｌ添加石英系ＥＤＦでは、波長１．５８μｍ帯
の信号光に対する利得が１８ｄＢ以下であることは、波
長１．５３μｍ帯で見られる吸収条長積ピークが５６０
ｄＢ以下であることに相当する。したがって、第２段目
以降のＥＤＦの波長１．５３μｍ帯吸収条長積ピーク
は、Ａｌ添加石英系ＥＤＦでは５６０ｄＢ以下であるこ
とが望ましい。

【００２０】次に、本発明に係る光ファイバ増幅器の第
１〜第３の実施形態を、第１〜第２の比較例の構成とと
もに説明する。なお、これらの実施形態および比較例の
何れにおいても、信号光入力強度を−１０ｄＢｍとし、
信号光出力強度を＋２４ｄＢｍとする。また、光アイソ
レータおよびカプラそれぞれの挿入損失は０．５ｄＢ程
度であり、ＥＤＦと通常の光ファイバとの融着損は０．
２ｄＢ〜０．３ｄＢ程度であるので、１つのＥＤＦと次
段のＥＤＦとの間の損失を２ｄＢとする。

【００２１】図３は、第１の比較例として示す光ファイ
バ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光
増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系の
ＥＤＦ１１１の１つのみを有し、入力端から出力端へ順
に光アイソレータ１２１、カプラ１３１、ＥＤＦ１１
１、カプラ１３２および光アイソレータ１２２が縦続接
続され、また、カプラ１３１には励起光源１４１が接続
され、カプラ１３２には励起光源１４２が接続されてい
る。

【００２２】光アイソレータ１２１および１２２それぞ
れは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させる
が、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化
させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源１４１およ
び１４２それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出
力する。カプラ１３１は、励起光源１４１から出力され
た励起光をＥＤＦ１１１に順方向に供給し、カプラ１３
２は、励起光源１４２から出力された励起光をＥＤＦ１
１１に逆方向に供給する。

【００２３】この光ファイバ増幅器においては、入力端
に入力した信号光は、光アイソレータ１２１およびカプ
ラ１３１を順次に経てＥＤＦ１１１に入力し、励起光が
供給されて反転分布が生じているＥＤＦ１１１により光
増幅され、そして、カプラ１３２および光アイソレータ
１２２を順次に経て出力端から出力される。ここで、Ｅ
ＤＦ１１１の利得は３４ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ
１１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、
ＥＤＦ１１１から出力される信号光の強度は２４ｄＢｍ
である。

【００２４】図４は、第２の比較例として示す光ファイ
バ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光
増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系の
ＥＤＦ２１１および２１２の２つを有し、入力端から出
力端へ順に光アイソレータ２２１、カプラ２３１、ＥＤ
Ｆ２１１、カプラ２３２、光アイソレータ２２２、カプ
ラ２３３、ＥＤＦ２１２、カプラ２３４および光アイソ
レータ２２３が縦続接続されている。また、カプラ２３
１には励起光源２４１が接続され、カプラ２３２には励
起光源２４２が接続され、カプラ２３３には励起光源２
４３が接続され、カプラ２３４には励起光源２４４が接
続されている。

【００２５】光アイソレータ２２１〜２２３それぞれ
は、入力端側から出力端側への方向に光を透過させる
が、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化
させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源２４１〜２
４４それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力す
る。カプラ２３１は、励起光源２４１から出力された励
起光をＥＤＦ２１１に順方向に供給し、カプラ２３２
は、励起光源２４２から出力された励起光をＥＤＦ２１
１に逆方向に供給する。カプラ２３３は、励起光源２４
３から出力された励起光をＥＤＦ２１２に順方向に供給
し、カプラ２３４は、励起光源２４４から出力された励
起光をＥＤＦ２１２に逆方向に供給する。

【００２６】この光ファイバ増幅器においては、入力端
に入力した信号光は、光アイソレータ２２１およびカプ
ラ２３１を順次に経てＥＤＦ２１１に入力し、励起光が
供給されて反転分布が生じているＥＤＦ２１１により光
増幅され、その後さらにカプラ２３２、光アイソレータ
２２２およびカプラ２３３を順次に経てＥＤＦ２１２に
入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤ
Ｆ２１２により光増幅され、そして、カプラ２３４およ
び光アイソレータ２２３を順次に経て出力端から出力さ
れる。

【００２７】ここで、ＥＤＦ２１１の利得は１４ｄＢで
あり、ＥＤＦ２１２の利得は２２ｄＢである。すなわ
ち、ＥＤＦ２１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢ
ｍであり、ＥＤＦ２１１から出力される信号光の強度は
４ｄＢｍである。ＥＤＦ２１２に入力する信号光の強度
は２ｄＢｍであり、ＥＤＦ２１２から出力される信号光
の強度は２４ｄＢｍである。

【００２８】図５は、第１の実施形態に係る光ファイバ
増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増
幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥ
ＤＦ３１１および３１２の２つを有し、入力端から出力
端へ順に光アイソレータ３２１、カプラ３３１、ＥＤＦ
３１１、カプラ３３２、光アイソレータ３２２、カプラ
３３３、ＥＤＦ３１２、カプラ３３４および光アイソレ
ータ３２３が縦続接続されている。また、カプラ３３１
には励起光源３４１が接続され、カプラ３３２には励起
光源３４２が接続され、カプラ３３３には励起光源３４
３が接続され、カプラ３３４には励起光源３４４が接続
されている。

【００２９】光アイソレータ３２１〜３２３それぞれ
は、入力端側から出力端側への方向に光を透過させる
が、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化
させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源３４１〜３
４４それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力す
る。カプラ３３１は、励起光源３４１から出力された励
起光をＥＤＦ３１１に順方向に供給し、カプラ３３２
は、励起光源３４２から出力された励起光をＥＤＦ３１
１に逆方向に供給する。カプラ３３３は、励起光源３４
３から出力された励起光をＥＤＦ３１２に順方向に供給
し、カプラ３３４は、励起光源３４４から出力された励
起光をＥＤＦ３１２に逆方向に供給する。

【００３０】この光ファイバ増幅器においては、入力端
に入力した信号光は、光アイソレータ３２１およびカプ
ラ３３１を順次に経てＥＤＦ３１１に入力し、励起光が
供給されて反転分布が生じているＥＤＦ３１１により光
増幅され、その後さらにカプラ３３２、光アイソレータ
３２２およびカプラ３３３を順次に経てＥＤＦ３１２に
入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤ
Ｆ３１２により光増幅され、そして、カプラ３３４およ
び光アイソレータ３２３を順次に経て出力端から出力さ
れる。

【００３１】ここで、ＥＤＦ３１１の利得は２０ｄＢで
あり、ＥＤＦ３１２の利得は１６ｄＢである。すなわ
ち、ＥＤＦ３１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢ
ｍであり、ＥＤＦ３１１から出力される信号光の強度は
１０ｄＢｍである。ＥＤＦ３１２に入力する信号光の強
度は８ｄＢｍであり、ＥＤＦ３１２から出力される信号
光の強度は２４ｄＢｍである。

【００３２】図６は、第２の実施形態に係る光ファイバ
増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増
幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥ
ＤＦ４１１〜４１３の３つを有し、入力端から出力端へ
順に光アイソレータ４２１、カプラ４３１、ＥＤＦ４１
１、カプラ４３２、光アイソレータ４２２、カプラ４３
３、ＥＤＦ４１２、カプラ４３４、光アイソレータ４２
３、カプラ４３５、ＥＤＦ４１３、カプラ４３６および
光アイソレータ４２４が縦続接続されている。また、カ
プラ４３１には励起光源４４１が接続され、カプラ４３
２には励起光源４４２が接続され、カプラ４３３には励
起光源４４３が接続され、カプラ４３４には励起光源４
４４が接続され、カプラ４３５には励起光源４４５が接
続され、カプラ４３６には励起光源４４６が接続されて
いる。

【００３３】光アイソレータ４２１〜４２４それぞれ
は、入力端側から出力端側への方向に光を透過させる
が、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化
させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源４４１〜４
４６それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力す
る。カプラ４３１は、励起光源４４１から出力された励
起光をＥＤＦ４１１に順方向に供給し、カプラ４３２
は、励起光源４４２から出力された励起光をＥＤＦ４１
１に逆方向に供給する。カプラ４３３は、励起光源４４
３から出力された励起光をＥＤＦ４１２に順方向に供給
し、カプラ４３４は、励起光源４４４から出力された励
起光をＥＤＦ４１２に逆方向に供給する。カプラ４３５
は、励起光源４４５から出力された励起光をＥＤＦ４１
３に順方向に供給し、カプラ４３６は、励起光源４４６
から出力された励起光をＥＤＦ４１３に逆方向に供給す
る。

【００３４】この光ファイバ増幅器においては、入力端
に入力した信号光は、光アイソレータ４２１およびカプ
ラ４３１を順次に経てＥＤＦ４１１に入力し、励起光が
供給されて反転分布が生じているＥＤＦ４１１により光
増幅される。その後、信号光は、カプラ４３２、光アイ
ソレータ４２２およびカプラ４３３を順次に経てＥＤＦ
４１２に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じて
いるＥＤＦ４１２により光増幅される。その後さらに、
信号光は、カプラ４３４、光アイソレータ４２３および
カプラ４３５を順次に経てＥＤＦ４１３に入力し、励起
光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ４１３によ
り光増幅される。そして、カプラ４３６および光アイソ
レータ４２４を順次に経て出力端から出力される。

【００３５】ここで、ＥＤＦ４１１の利得は１４ｄＢで
あり、ＥＤＦ４１２の利得は１８ｄＢであり、ＥＤＦ４
１３の利得は６ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ４１１に
入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、ＥＤＦ４
１１から出力される信号光の強度は４ｄＢｍである。Ｅ
ＤＦ４１２に入力する信号光の強度は２ｄＢｍであり、
ＥＤＦ４１２から出力される信号光の強度は２０ｄＢｍ
である。ＥＤＦ４１３に入力する信号光の強度は１８ｄ
Ｂｍであり、ＥＤＦ４１３から出力される信号光の強度
は２４ｄＢｍである。

【００３６】図７は、第３の実施形態に係る光ファイバ
増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増
幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥ
ＤＦ５１１〜５１３の３つを有し、入力端から出力端へ
順に光アイソレータ５２１、カプラ５３１、ＥＤＦ５１
１、カプラ５３２、光アイソレータ５２２、カプラ５３
３、ＥＤＦ５１２、カプラ５３４、ＥＤＦ５１３、カプ
ラ５３５および光アイソレータ５２３が縦続接続されて
いる。また、カプラ５３１には励起光源５４１が接続さ
れ、カプラ５３２には励起光源５４２が接続され、カプ
ラ５３３には励起光源５４３が接続され、カプラ５３４
には励起光源５４４および５４５が接続され、カプラ５
３５には励起光源５４６が接続されている。

【００３７】光アイソレータ５２１〜５２３それぞれ
は、入力端側から出力端側への方向に光を透過させる
が、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化
させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源５４１〜５
４６それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力す
る。カプラ５３１は、励起光源５４１から出力された励
起光をＥＤＦ５１１に順方向に供給し、カプラ５３２
は、励起光源５４２から出力された励起光をＥＤＦ５１
１に逆方向に供給する。カプラ５３３は、励起光源５４
３から出力された励起光をＥＤＦ５１２に順方向に供給
し、カプラ５３４は、励起光源５４４から出力された励
起光をＥＤＦ５１２に逆方向に供給するとともに、励起
光源５４５から出力された励起光をＥＤＦ５１３に順方
向に供給し、カプラ５３５は、励起光源５４６から出力
された励起光をＥＤＦ５１３に逆方向に供給する。

【００３８】なお、前述の第２の実施形態に係る光ファ
イバ増幅器では、第２段目のＥＤＦと第３段目のＥＤＦ
との間には１つの光アイソレータと２つのカプラが設け
られたいたのに対して、この第３の実施形態に係る光フ
ァイバ増幅器では、ＥＤＦ５１２とＥＤＦ５１３との間
には１つのカプラ５３４のみが設けられている。このカ
プラ５３４は、上述したように、２つの励起光源５４４
および５４５それぞれから出力された励起光を入力し、
一方の励起光をＥＤＦ５１２に供給し、他方の励起光を
ＥＤＦ５１３に供給するものである。このようなカプラ
として、例えば、ファイバ型カプラや誘電体反射膜型カ
プラが好適に用いられる。

【００３９】この光ファイバ増幅器においては、入力端
に入力した信号光は、光アイソレータ５２１およびカプ
ラ５３１を順次に経てＥＤＦ５１１に入力し、励起光が
供給されて反転分布が生じているＥＤＦ５１１により光
増幅される。その後、信号光は、カプラ５３２、光アイ
ソレータ５２２およびカプラ５３３を順次に経てＥＤＦ
５１２に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じて
いるＥＤＦ５１２により光増幅される。その後さらに、
信号光は、カプラ５３４を経てＥＤＦ５１３に入力し、
励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ５１３
により光増幅される。そして、カプラ５３５および光ア
イソレータ５２３を順次に経て出力端から出力される。

【００４０】ここで、ＥＤＦ５１１の利得は１４ｄＢで
あり、ＥＤＦ５１２の利得は１８ｄＢであり、ＥＤＦ５
１３の利得は５ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ５１１に
入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、ＥＤＦ５
１１から出力される信号光の強度は４ｄＢｍである。Ｅ
ＤＦ５１２に入力する信号光の強度は２ｄＢｍであり、
ＥＤＦ５１２から出力される信号光の強度は２０ｄＢｍ
である。ＥＤＦ５１３に入力する信号光の強度は１９ｄ
Ｂｍであり、ＥＤＦ５１３から出力される信号光の強度
は２４ｄＢｍである。

【００４１】次に、第１〜第２の比較例および第１〜第
３の実施形態に係る光ファイバ増幅器を比較する。図８
は、第１〜第２の比較例および第１〜第３の実施形態に
係る光ファイバ増幅器それぞれの励起効率および所要励
起光強度を比較する図表である。この図表に示す励起効
率は、図２に示す実測結果とシミュレーションとに基づ
くものである。

【００４２】第１の比較例の場合（図３）はＥＤＦが１
段構成のものであるのに対して、第２の比較例の場合
（図４）はＥＤＦが２段構成のものである。図表に示す
ように、ＥＤＦが１段構成の場合よりも２段構成の場合
の方が全体の所要励起光の強度は大幅に低減されること
が判る。

【００４３】第１の実施形態（図５）は、第２の比較例
の場合（図４）と同様にＥＤＦが２段構成のものであ
る。しかし、両者は、第１段目のＥＤＦおよび第２段目
のＥＤＦの長さの比が互いに異なり、第１段目のＥＤＦ
および第２段目のＥＤＦそれぞれの利得も互いに異なる
ので、励起効率も互いに異なる。すなわち、第１の実施
形態の場合（図５）は、第２の比較例の場合（図４）と
比較すると、第１段目のＥＤＦ３１１の利得が大きく、
第２段目のＥＤＦ３１２に入力する信号光の強度が大き
くなって、全体の所要励起光の強度が小さくなってい
る。また、第１の実施形態の場合（図５）は、第２段目
のＥＤＦ３１２の利得が１６ｄＢであり、第２段目のＥ
ＤＦ３１２の吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下である
ので、所要励起光強度の低減に有効である。

【００４４】第２の実施形態（図６）はＥＤＦが３段構
成のものである。この第２の実施形態の場合（図６）
は、ＥＤＦが２段構成である第１の実施形態の場合（図
５）と比較すると、全体の所要励起光の強度が却って増
大している。これは、第１段目のＥＤＦ４１１と第２段
目のＥＤＦ４１２との間および第２段目のＥＤＦ４１２
と第３段目のＥＤＦ４１３との間それぞれに設けられた
２つのカプラおよび１つの光アイソレータの挿入損失が
２ｄＢあるからである。

【００４５】第３の実施形態（図７）は、第２の実施形
態の場合（図５）と同様にＥＤＦが３段構成のものであ
る。しかし、第３の実施形態の場合（図７）では、第２
段目のＥＤＦ５１２と第３段目のＥＤＦ５１３との間
に、光アイソレータが設けられていない点、および、１
つのカプラ５３４のみが設けられている点で、第２の実
施形態の場合（図６）と異なる。したがって、第３の実
施形態の場合（図７）では、第２段目のＥＤＦ５１２と
第３段目のＥＤＦ５１３との間の損失は１ｄＢに低減さ
れ、第２の実施形態の場合（図６）と比較して、全体の
所要励起光の強度が低減される。なお、光ファイバ増幅
器の雑音特性を劣化させる逆方向ＡＳＥ光は、信号光の
強度が小さい第１段目のＥＤＦおよび第２段目のＥＤＦ
の辺りでのみ支配的であるので、第２段目のＥＤＦと第
３段目のＥＤＦとの間に光アイソレータを設けなくとも
支障はない。

【００４６】また、第１の実施形態（図５）と第３の実
施形態（図７）とを比較すると、全体の所要励起光の強
度は大差ないので、これのみを見ればＥＤＦを３段構成
とすることのメリットはない。しかし、励起光の発生か
らＥＤＦへの供給までのを考慮すると、ＥＤＦを２段構
成とする場合よりも３段構成とする場合の方が有利であ
る。

【００４７】すなわち、ＥＤＦが２段構成である第１の
実施形態の場合（図５）では、第２段目のＥＤＦ３１２
が必要とする励起光の強度は４０８．１ｍＷであるか
ら、ＥＤＦ３１２に順方向および逆方向それぞれから強
度２００ｍＷ以上の励起光を供給する必要がある。しか
し、波長１．４８μｍ帯のレーザ光を出力する励起光源
として一般に用いられている半導体レーザ光源の強度は
高々１５０ｍＷ程度であり、１つの励起光源から出力さ
れた励起光をＥＤＦ３１２に供給するのみでは、所要励
起光強度に達し得ない。

【００４８】また、例えば、２つの励起光源から出力さ
れた励起光を偏波多重等により合波してＥＤＦ３１２に
順方向から供給するとともに、他の２つの励起光源から
出力された励起光も偏波多重等により合波してＥＤＦ３
１２に逆方向から供給することも考えられる。しかし、
この場合、偏波多重カプラは１ｄＢ程度の損失を有し、
また、カプラ３３１〜３３４それぞれも１ｄＢ程度の損
失を有するので、仮に出力強度１５０ｍＷの励起光源を
４つ用いて励起光をＥＤＦ３１２に供給したとしても、
ＥＤＦ３１２に供給することができる励起光の強度は３
８０ｍＷにまで減衰する。このような構成で、必要とす
る強度４０８．１ｍＷの励起光をＥＤＦ３１２に供給す
るには、出力強度１６１ｍＷ以上の波長１．４８μｍの
レーザ光を出力することができる半導体レーザ光源を用
いることが必要であるが、これは非現実的である。

【００４９】これに対して、第３の実施形態の場合（図
７）では、第２段目のＥＤＦ５１２が必要とする励起光
の強度は１９７ｍＷであり、第３段目のＥＤＦ５１３が
必要とする励起光の強度は２３６．６ｍＷであり、した
がって、各ＥＤＦそれぞれについて、１つの励起光源か
ら出力された励起光を順方向から供給するとともに、他
の１つの励起光源から出力された励起光を逆方向から供
給すればよい。出力強度１５０ｍＷの励起光源を用いれ
ば、カプラ５３１〜５３５それぞれの損失１ｄＢを考慮
しても、各ＥＤＦそれぞれに強度２３８ｍＷの励起光の
供給が可能であり、第３段目のＥＤＦ５１３が必要とす
る励起光の強度を満たすことができる。

【００５０】図９は、第２の実施形態に係る光ファイバ
増幅器のＥＤＦにおける信号光、励起光およびＡＳＥ光
それぞれの変化を説明する図である。この図において、
信号光の強度変化は符号Ｓで示され、順方向励起光の強
度変化は符号ＦＰで示され、逆方向励起光の強度変化は
符号ＢＰで示され、順方向ＡＳＥ光の強度変化は符号Ｆ
Ａで示され、逆方向ＡＳＥ光の強度変化は符号ＢＡで示
されている。

【００５１】第２の実施形態の場合（図６）のように、
第１段目のＥＤＦ４１１と第２段目のＥＤＦ４１２との
間および第２段目のＥＤＦ４１２と第３段目のＥＤＦ４
１３との間それぞれに光アイソレータ４２２，４２３を
設けて逆方向ＡＳＥ光を遮断しても、信号光入力強度が
小さい第１段目のＥＤＦ４１１中では逆方向ＡＳＥ光を
無視することはできない。この第１段目のＥＤＦ４１１
では反転分布が高いので、波長１．５３μｍ〜１．５６
μｍ帯のＡＳＥ光が支配的である。ここに光アイソレー
タを挿入すると、更に２ｄＢの挿入損失が付加されるこ
とになるので、所要励起光強度は更に増加する。

【００５２】そこで、第１段目のＥＤＦ４１１の中途に
バンド除去フィルタを挿入するのが好適である。また、
バンド除去フィルタとＥＤＦ４１１との融着損０．２ｄ
Ｂ〜０．３ｄＢを回避するために、ＥＤＦ４１１上に直
接に長周期ファイバグレーティングを形成して、この長
周期ファイバグレーティングをバンド除去フィルタとす
るのが更に好適である。図１０は、このバンド除去フィ
ルタの透過ロス特性を説明する図である。この図に示す
ように、挿入されるべきバンド除去フィルタは、逆方向
ＡＳＥ光を遮断するとともに、信号光波長域１．５８μ
ｍ帯および励起光波長域１．４８μｍ帯の光を透過させ
るものであることが必要である。

【００５３】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。上記実施形態では、
全体利得が３４ｄＢであってＥＤＦが２段構成または３
段構成である光ファイバ増幅器について説明したが、こ
れに限られるものではない。例えば、更に大きな全体利
得を有する光ファイバ増幅器にあっては、ＥＤＦを４段
構成または５段構成等とするのが好適である。

【００５４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、複数本のＡｌ元素およびＥｒ元素が共添加され
た石英系の光ファイバが縦続接続された光増幅用光ファ
イバに励起光供給手段により双方向から励起光が供給さ
れて、従来以上に均一な反転分布が生じ、入力した波長
１．５８μｍ帯の信号光は光増幅されて出力される。ま
た、光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイ
バそれぞれの吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下である
ので励起効率が優れる。

【００５５】また、励起光供給手段が、光増幅用光ファ
イバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイバの
間に設けられ、その２つの光ファイバそれぞれに励起光
を供給する１つのファイバ型カプラまたは１つの誘電体
反射膜型カプラを備える場合には、カプラの挿入損失は
低減され、励起効率は更に向上する。

【００５６】また、光増幅用光ファイバのうち第１段目
の光ファイバに挿入されＡＳＥ光を除去するバンド除去
フィルタを備える場合には、逆方向ＡＳＥ光を除去する
ことができ、雑音特性が改善される。特に、バンド除去
フィルタは第１段目の光ファイバ上に形成された長周期
ファイバグレーティングであるのが好適であり、この場
合には、挿入損失は低減され、励起効率は更に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＤＦの長手方向について反転分布を示したグ
ラフである。

【図２】ＥＤＦ長手方向について平均した反転分布が４
０％であるときの波長１．５８μｍ帯ＥＤＦ利得と励起
効率との関係を示すグラフである。

【図３】第１の比較例として示す光ファイバ増幅器の構
成図である。

【図４】第２の比較例として示す光ファイバ増幅器の構
成図である。

【図５】第１の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成
図である。

【図６】第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成
図である。

【図７】第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成
図である。

【図８】第１〜第２の比較例および第１〜第３の実施形
態に係る光ファイバ増幅器それぞれの励起効率および所
要励起光強度を比較する図表である。

【図９】第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器のＥＤ
Ｆにおける信号光、励起光およびＡＳＥ光それぞれの変
化を説明する図である。

【図１０】バンド除去フィルタの透過ロス特性を説明す
る図である。

【符号の説明】

１１１…ＥＤＦ、１２１，１２２…光アイソレータ、１
３１，１３２…カプラ、１４１，１４２…励起光源、２
１１，２１２…ＥＤＦ、２２１〜２２３…光アイソレー
タ、２３１〜２３４…カプラ、２４１〜２４４…励起光
源、３１１，３１２…ＥＤＦ、３２１〜３２３…光アイ
ソレータ、３３１〜３３４…カプラ、３４１〜３４４…
励起光源、４１１〜４１３…ＥＤＦ、４２１〜４２４…
光アイソレータ、４３１〜４３６…カプラ、４４１〜４
４６…励起光源、５１１〜５１３…ＥＤＦ、５２１〜５
２３…光アイソレータ、５３１〜５３５…カプラ、５４
１〜５４６…励起光源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光が供給されているときに入力した
波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅して出力する光フ
ァイバ増幅器であって、複数本のＡｌ元素およびＥｒ元素が共添加された石英系
の光ファイバが実質的に互いに縦続接続された光増幅用
光ファイバと、前記複数の光増幅用光ファイバそれぞれ
に双方向から前記励起光を供給する励起光供給手段とを
備え、前記光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイ
バそれぞれの吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下である
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】前記励起光供給手段は、前記光増幅用光
ファイバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイ
バの間に設けられ、前記２つの光ファイバそれぞれに励
起光を供給する１つのファイバ型カプラを備えることを
特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項３】前記励起光供給手段は、前記光増幅用光
ファイバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイ
バの間に設けられ、前記２つの光ファイバそれぞれに励
起光を供給する１つの誘電体反射膜型カプラを備えるこ
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４】前記複数の光増幅用光ファイバのうち第
１段目の光増幅用光ファイバに挿入されＡＳＥ光を除去
するバンド除去フィルタを備え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５】前記バンド除去フィルタは、前記第１段
目の光増幅用光ファイバ上に形成された長周期ファイバ
グレーティングであることを特徴とする請求項４記載の
光ファイバ増幅器。