JPH11204868A - 光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力信号光の強度に拘わらず一定レベルの増
幅信号光を出力することができる光増幅器を提供する。 【解決手段】 レーザ共振器６を有する光増幅器とし、
レーザ共振器６にはレーザ共振光を増幅するエルビウム
添加光ファイバ４と、レーザ共振光とレーザ共振器６に
入射される信号光を共に増幅するエルビウム添加光ファ
イバ１４と、波長多重光合波器３と、波長多重光分波器
１３を設ける。エルビウム添加光ファイバ４を励起する
励起光源１に信号光強度安定化手段１０を接続し、入力
信号光強度に応じて、信号光強度安定化手段１０によっ
て励起光源１の励起光強度を変化させ、エルビウム添加
光ファイバ４の利得を変化させることによりエルビウム
添加光ファイバ１４の利得も変化させ、増幅信号光強度
を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に光通信システ
ムに用いられる光増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報社会の発展により、通信情報量が飛
躍的に増大する傾向にあり、光ファイバ通信における高
速大容量化は必要且つ、不可欠の課題となっている。近
年、この高速大容量化へのアプローチとして、波長多重
（ＷＤＭ）伝送等の光伝送方法が検討されている。波長
多重伝送は、異なる波長を持つ光信号（チャンネル）を
１本の光ファイバで伝送する方式である。また、信号光
自体の大容量化のために光ファイバ増幅器の検討も行わ
れている。

【０００３】光ファイバ増幅器のうち、特に、エルビウ
ム添加ファイバ光増幅器(ＥＤＦＡ)は近年急速に実用化
されつつあり、その適用範囲も拡大している。ＥＤＦＡ
は、波長多重化された光信号を一括して増幅することが
可能であり、ＷＤＭシステムにおいて、従来の再生中継
器に代わるより簡易な線形中継器として期待されてい
る。なお、ＥＤＦＡは、エルビウム添加光ファイバに、
ある波長の励起光を通過させることによって、エルビウ
ム添加光ファイバ中のエルビウムイオンを励起状態にす
ることにより電子の反転分布状態を作り、そこに信号光
を通過させ、信号光と同じ波長の光を誘導放出させるこ
とにより信号光の増幅を行うものである。

【０００４】ところで、ＥＤＦＡにおいては、エルビウ
ム添加光ファイバの吸収係数、誘導放出係数、反転分布
状態等により、ＥＤＦＡに入力される波長多重信号光の
各チャンネル間で利得差が生じることが知られている。
また、前記反転分布状態は入力信号光強度によっても変
化するため、従来のＥＤＦＡにおいては、波長多重信号
光の強度の変化によっても利得が変化するといった問題
があった。特に、ＥＤＦＡは、波長多重伝送システムに
おいて、線形中継器として多段接続して用いられるた
め、単体のＥＤＦＡにおいて入力信号光強度によって利
得が変化すると、システム全体ではその利得の変化が積
算されることになって利得変化が非常に大きくなってし
まい、波長多重伝送の伝送特性を制限してしまう。

【０００５】そこで、入力信号光強度変化に関わらず利
得を一定にする光増幅器の検討がなされ、例えば文献
（１）Ｊ,Ｆ,Ｍａｓｓｉｃｏｔｔ,ｅｔ ａｌ.,Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ.Ｌｅｔｔ.,３０（１９９４），ｐ９６２．
に示されているようなレーザー共振器を有する光増幅器
が提案された。

【０００６】この文献に示されている光増幅器は、図１
０に示すような光増幅器であり、同図において、図中、
２０は信号光の入力端子、２１は信号光の出力端子をそ
れぞれ示している。入力端子２０側にはアイソレータ５
が設けられており、アイソレータ５には光反射体として
のファイバグレーティング９ａが接続されており、ファ
イバグレーティング９ａには、希土類添加光ファイバで
あるエルビウム添加光ファイバ１４が接続されている。
エルビウム添加光ファイバ１４には波長多重光分波器１
３を介して励起光源４１とファイバグレーティング９ｂ
とが接続されており、ファイバグレーティング９ｂには
光アイソレータ１５が接続され、光アイソレータ１５の
出力側に波長選択透過フィルタ８を介して前記出力端子
２１が接続されている。

【０００７】前記ファイバグレーティング９ａ、９ｂ、
エルビウム添加光ファイバ１４、励起光源４１、波長多
重光分波器１３によりレーザー共振器が構成されてい
る。エルビウム添加光ファイバ１４は、このレーザー共
振器で発振するレーザー共振光と信号光をともに増幅す
る増幅媒体であり、前記励起光源４１から発生する励起
光による誘導放出により光を増幅する機能を有してい
る。ファイバグレーティング９ａ、９ｂは予め定められ
た例えば１５２０ｎｍといった特定波長の光を選択的に
反射するものであり、前記波長選択透過フィルタ８はフ
ァイバグレーティング９ａ、９ｂで反射する特定波長の
光を透過しないフィルタである。

【０００８】このレーザー共振器は、ファイバグレーテ
ィング９ａ、９ｂによってレーザー共振器内をレーザー
共振光が往復するファブリーペロー共振器であり、エル
ビウム添加光ファイバ１４の利得によりレーザー発振条
件が満たされると、１５２０ｎｍの波長でレーザー発振
が起こる。この時、エルビウム添加光ファイバ１４内の
利得はレーザー発振条件により固定され、入力端子２０
により入力した信号光はこの固定された利得を受けて増
幅される。したがって、レーザー共振器においては、前
記レーザー発振条件が満たされる限り、入力信号光の強
度に関わらず安定した信号光利得を得ることができる。
また、チャンネル間の利得偏差も一定に保たれる。

【０００９】なお、レーザー共振器としては、前記のよ
うなファブリーペロー共振器に限らず、例えば文献
（２）Ｈ.Ｏｋａｍｕｒａ“ａｕｔｏｍａｔｉｃｏｐｔ
ｉｃａｌ−ｌｏｓｓ ｃｏｍｐｅｓａｔｉｏｎ ｗｉｔ
ｈ Ｅｒ-ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅ
ｒ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２３（１９９
１）ｐ２１５５．や、特開平８―１１６１１１８号広
報、特開平８―３４５２６０号広報などに開示されてい
るように、リング共振器を用いても同様の効果を得るこ
とができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、入力
信号光強度に関わらず出力光レベルが一定の光増幅器が
要求されるようになったが、上記のようなレーザー共振
器を有する従来の光増幅器は信号光強度の変化に関わら
ず利得を一定にするものであるから、信号光強度に応じ
て光増幅器からの信号光出力レベルが変化してしまうも
のであり、入力信号光強度に関わらず光増幅器からの信
号光出力レベルを一定に保つ光増幅器が必要であるとい
った要求を満たすものではなかった。

【００１１】本発明は、上記事情に艦み成されたもので
あり、その目的は、入力信号光の強度および波長に関わ
らず一定レベルの増幅光を出力することができる光増幅
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、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、本第１の発明は、レー
ザー共振器を有し、該レーザー共振器にはレーザー共振
光を増幅する第１の増幅媒体と、該レーザー共振光とレ
ーザー共振器に入射される信号光をともに増幅する第２
の増幅媒体と、該第２の増幅媒体に信号光と前記第１の
増幅媒体で増幅したレーザー共振光とを合波して導入す
る光合波器と、該第２の増幅媒体によって増幅された増
幅信号光とレーザー共振光のうち増幅信号光のみを分波
して取り出す光分波器とが設けられ、前記レーザー共振
器に入射される信号光の強度に応じて前記第１の増幅媒
体の利得を変化させることにより前記増幅信号光強度を
一定に保つ信号光強度安定化手段を有する構成を持って
課題を解決する手段としている。

【００１３】また、本第２の発明は、本第１の発明の構
成に加え、前記第１の増幅媒体には第１の励起光源が接
続されており、該第１の増幅媒体は該第１の励起光源か
ら発生する励起光による誘導放出により光を増幅する第
１の希土類添加光ファイバからなり、信号光強度安定化
手段は前記第１の励起光源からの励起光の強度を変化さ
せることによって第１の希土類添加光ファイバの利得を
変化させて増幅信号光強度を一定に保つ構成とした構成
を持って課題を解決する手段としている。

【００１４】さらに、本第３の発明は、上記本第１の発
明又は本第２の発明の構成に加え、前記第２の増幅媒体
は励起光源から発生する励起光による誘導放出により光
を増幅する作用を備えた第２の希土類添加光ファイバか
らなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光
増幅器。

【００１５】さらに、本第４の発明は、上記本第２の発
明の構成に加え、前記第２の増幅媒体には第１の励起光
源とは異なる第２の励起光源が接続されており、該第２
の増幅媒体は該第２の励起光源から発生する励起光によ
る誘導放出により光を増幅する第２の希土類添加光ファ
イバからなる構成を持って課題を解決する手段としてい
る。

【００１６】さらに、本第５の発明は、上記本第２の発
明の構成に加え、前記第２の増幅媒体には第１の励起光
源が接続されており、第２の増幅媒体は該第１の励起光
源から発生する励起光による誘導放出により光を増幅す
る第２の希土類添加光ファイバからなり、前記第１の励
起光源と第１、第２の希土類添加光ファイバとの間には
励起光を分岐する分岐カプラが介設されている構成を持
って課題を解決する手段としている。

【００１７】さらに、本第６の発明は、上記本第１の発
明乃至本第５の発明のいずれか一つの構成に加え、前記
レーザー共振器はファブリーペロー共振器である構成を
持って課題を解決する手段としている。

【００１８】さらに、本第７の発明は、上記本第６の発
明の構成に加え、前記ファブリーペロー共振器は、予め
定められた特定波長の光を選択的に反射し該特定波長以
外の波長の光を透過するファイバグレーティングを有す
る構成を持って課題を解決する手段としている。

【００１９】さらに、本第８の発明は、上記本第１の発
明乃至本第５の発明のいずれか一つの構成に加え、前記
レーザー共振器は第２の増幅媒体で増幅したレーザー共
振光を光合波器に戻すループ上に第１の増幅媒体を設け
て形成したリング共振器である構成を持って課題を解決
する手段としている。

【００２０】さらに、本第９の発明は、上記本第１乃至
本第８の発明のいずれか一つの構成に加え、前記レーザ
ー共振器は光アイソレータを有し、該光アイソレータに
よってレーザー共振光の進行方向が一方向に規制されて
いる構成を持って課題を解決する手段としている。

【００２１】さらに、本第１０の発明は、上記本第１乃
至本第９の発明ののいずれか一つの構成に加え、前記レ
ーザー共振器の信号光が通過しない領域に、レーザー共
振光の波長の光を選択的に透過する波長選択透過フィル
タが設けられている構成を持って課題を解決する手段と
している。

【００２２】さらに、本第１１の発明は、上記本第１乃
至本第１０の発明ののいずれか一つの構成に加え、前記
レーザー共振器の信号光が通過しない領域に、光減衰器
が設けられている構成を持って課題を解決する手段とし
ている。

【００２３】さらに、本第１２の発明は、上記本第１乃
至本第１２の発明ののいずれか一つの構成に加え、前記
レーザー共振器に入射される信号光強度に応じて変化す
る光増幅器の光出力を検出する光出力検出手段と、該光
出力検出手段の検出レベルに応じて第１の増幅媒体の利
得を調節する調節回路を設け、該調節回路を信号光強度
安定化手段とした構成を持って課題を解決する手段とし
ている。

【００２４】上記構成の本発明において、信号光の強度
に応じて第１の増幅媒体の利得を変化させることによ
り、第２の増幅媒体によって増幅されて取り出される増
幅信号光強度を一定に保つ信号光強度安定化手段が設け
られているために、光増幅器に入力される信号光強度に
関わらず一定強度の増幅信号光を出力することが可能と
なる。したがって、入力信号光の波長や強度に関わら
ず、一定レベルの出力を得ることが可能となり、上記課
題が解決される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。図１には、本発明に係る光増幅器の
第１実施形態例が示されている。同図に示すように、本
実施形態例の光増幅器は、レーザ共振器６を有してお
り、レーザ共振器６と光増幅器の入力端子２０との間に
は光アイソレータ５が、レーザ共振器６と光増幅器の出
力端子２１との間には光アイソレータ１５がそれぞれ設
けられている。

【００２６】レーザ共振器６には、レーザ共振光を増幅
する第１の増幅媒体としてのエルビウム添加光ファイバ
４と、レーザ共振光とレーザ共振器６に入射される信号
光をともに増幅する第２の増幅媒体として機能するエル
ビウム添加光ファイバ１４とが設けられている。また、
レーザ共振器６には、エルビウム添加光ファイバ１４に
信号光とエルビウム添加光ファイバ４によって増幅した
レーザ共振光とを合波して導入する光合波器としての波
長多重光合波器３と、エルビウム添加光ファイバ１４に
よって増幅された増幅信号光とレーザ共振光のうち増幅
信号光のみを分波して取り出す光分波器としての波長多
重光分波器１３とが設けられている。

【００２７】さらに、レーザ共振器６には、波長多重光
合波器２，１２が設けられており、波長多重光合波器２
を介して、第１の励起光源１がエルビウム添加光ファイ
バ４に接続されており、波長多重光合波器１２を介して
第２の励起光源１１がエルビウム添加光ファイバ１４に
接続されており、各エルビウム添加光ファイバ４，１４
は、それぞれ、第１、第２の励起光源１，１１により前
方向励起される構成と成している。なお、これらの波長
多重光合波器２，３，１２と波長多重光分波器１３と各
エルビウム添加光ファイバ４，１４は、接続用の光ファ
イバ２３を介してリング状に接続されており、レーザ共
振器６は、エルビウム添加光ファイバ１４で増幅したレ
ーザ共振光を波長多重光合波器３に戻すループ上にエル
ビウム添加光ファイバ４を設けて形成したリング共振器
である。

【００２８】また、前記波長多重光分波器１３と波長多
重光合波器２を接続する光ファイバ２３の間に光減衰器
１６が介設されており、それにより、レーザ共振光の信
号光が通過しない領域に光減衰器１６が設けられている
構成と成している。前記波長多重光合波器３の入射側に
は光ファイバ２４が設けられており、この光ファイバ２
４を介して光アイソレータ５が接続され、波長多重光分
波器１３の分岐側には光ファイバ２５が接続され、この
光ファイバ２５を介して前記光アイソレータ１５が接続
されている。

【００２９】また、本実施形態例では、第１の励起光源
１に信号光強度安定化手段１０が接続されており、この
信号光強度安定化手段１０は、図示されていない信号光
発信手段に接続されている。信号光強度安定化手段１０
は、信号光発信手段の出力を受けて、入力信号光の強度
に応じて前記第１の励起光源１の励起光強度を変化さ
せ、それにより、エルビウム添加光ファイバ４の利得を
変化させることによりエルビウム添加光ファイバ１４の
利得も変化させ、エルビウム添加光ファイバ１４により
増幅される増幅信号光強度を一定に保つものである。

【００３０】以下、本実施形態例における増幅信号光強
度安定化原理について説明する。図１に示すようなリン
グ共振器において、波長λ１のレーザ共振光が周回し、
レーザ発振するとき、例えば図２に示すように、エルビ
ウム添加光ファイバ４の利得がＧ１（λ１）、長さがＬ
１、エルビウム添加光ファイバ１４の利得がＧ２（λ
１）、長さがＬ２、レーザ共振器６の全損失がＬ（λ
１）、とすると、レーザ共振しているときは、Ｇ１（λ
１）＋Ｇ２（λ１）−Ｌ（λ１）＝０の関係が成立す
る。そして、このとき、波長λ２、光強度Ｐｉｎ（λ
２）の信号光は、エルビウム添加光ファイバ１４からＧ
２（λ２）の利得を受けて光強度Ｐｏｕｔ（λ２）の出
力光（増幅信号光）となり出射することになり、増幅信
号光強度Ｐｏｕｔ（λ２）は、次式（１）により示され
る。

【００３１】 Ｐｏｕｔ（λ２）＝Ｇ２（λ２）＋Ｐｉｎ（λ２）・・・・・・（１）

【００３２】なお、波長λの光を各エルビウム添加光フ
ァイバ４，１４に入射させたときの各エルビウム添加光
ファイバ４，１４の利得Ｇ１（λ），Ｇ２（λ）は、各
エルビウム添加光ファイバ４，１４の平均の反転分布係
数ｎ１，ｎ２，利得係数ｇ１（λ），ｇ２（λ），吸収
係数α１（λ），α２（λ）を用いて、次式（２），
（３）のように表すことができる。

【００３３】 Ｇ１（λ）＝［｛ｇ１（λ）＋α１（λ）｝ｎ１−α１（λ）］Ｌ１・・・・ ・・（２）

【００３４】 Ｇ２（λ）＝［｛ｇ２（λ）＋α２（λ）｝ｎ２−α２（λ）］Ｌ２・・・・ ・・（３）

【００３５】ここで、利得係数ｇ１（λ），ｇ２
（λ），吸収係数α１（λ），α２（λ）は、エルビウ
ム添加光ファイバ４，１４等の増幅媒体固有の値であ
り、反転分布係数ｎ１，ｎ２は、例えばエルビウム添加
光ファイバ４，１４に導入される励起光強度を変化させ
ることにより０から１まで可変できるものである。この
ようなレーザ共振器６を備えた光増幅器がｇａｉｎ−ｌ
ｏｃｋとなる、すなわち、前記の如く、レーザ共振光波
長λ１でレーザ共振していて、Ｇ１（λ１）＋Ｇ２（λ
１）−Ｌ（λ１）＝０となる条件は、次式（４）により
示され、この式（４）から反転分布係数ｎ１，ｎ２の関
係が決定される。

【００３６】 ［｛ｇ１（λ１）＋α１（λ１）｝ｎ１−α１（λ１）］Ｌ１＋［｛ｇ２（λ １）＋α２（λ１）｝ｎ２−α２（λ１）］Ｌ２−Ｌ（λ１）＝０・・・・・・ （４）

【００３７】すなわち、本実施形態例のように、レーザ
ー共振器６に、レーザー共振光と信号光をともに増幅す
るエルビウム添加光ファイバ１４に加えて、レーザー共
振光のみを増幅するエルビウム添加光ファイバ４を設
け、エルビウム添加光ファイバ４を励起する第１の励起
光源１の強度を変化させることによりエルビウム添加光
ファイバ４の反転分布係数ｎ１を変化させると、それに
より、エルビウム添加光ファイバ４による波長λ１の光
の利得Ｇ１（λ１）を変化させるとともに、エルビウム
添加光ファイバ１４の反転分布係数ｎ２も変化させてエ
ルビウム添加光ファイバ１４による波長λ１、λ２の光
の利得Ｇ２（λ１），Ｇ２（λ２）を変化させることが
できる。

【００３８】具体的には、前記式（４）から明らかなよ
うに、反転分布係数ｎ１を大きくすると反転分布係数ｎ
２は小さくなり、その逆に、反転分布係数ｎ１を小さく
すると反転分布係数ｎ２は大きくなる。

【００３９】そこで、本実施形態例では、前記の如く、
信号光強度安定化手段１０により、入力信号光強度に対
応させて、入力信号光強度が大きい時には第１の励起光
源１の強度を大きくし、それにより、反転分布係数ｎ１
を大きくして反転分布係数ｎ２を小さくし、その逆に、
入力信号光強度が小さい時には第１の励起光源１の強度
を小さくし、それにより、反転分布係数ｎ１を小さくし
て反転分布係数ｎ２を大きくするようにした。そして、
このように、第１の励起光源１の強度を変化させること
により、エルビウム添加光ファイバ１４による波長λ２
の信号光の利得Ｇ２（λ２）を変化させ、前記式（１）
によって決定される増幅信号光強度を一定に保つように
構成した。

【００４０】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、レーザ共振器６の各エルビウム添加光ファイバ４，
１４は、それぞれ、第１，第２の励起光源１，１１から
発生する励起光による誘導放出により光を増幅し、それ
によりレーザ共振光がレーザ共振し、レーザ共振光はエ
ルビウム添加光ファイバ４，１４により増幅される。そ
して、このレーザ共振器６を備えた光増幅器に、入力端
子２０側から信号光が入力すると、アイソレータ５，光
ファイバ２４を介し、波長多重光合波器３に入射して前
記レーザ共振光と合波されてエルビウム添加光ファイバ
１４に導入され、エルビウム添加光ファイバ１４によっ
て増幅された後、波長多重光分波１３によって増幅信号
光のみが取り出されて、光ファイバ２５，光アイソレー
タ１５を介して出力端子２１から出力される。

【００４１】そして、信号光がこのようにしてエルビウ
ム添加光ファイバ１４で増幅されて出力される際、信号
光強度安定化手段１０によって、入力信号光強度に応じ
て第１の励起光源１の強度調節が行われる。すなわち、
入力信号光強度Ｐｉｎ（λ２）が増加した場合には、信
号光強度安定化手段１０は、第１の励起光源１の強度を
増加させてエルビウム添加光ファイバ４の利得Ｇ１（λ
１）を増加させ、入力信号光強度Ｐｉｎ（λ２）が減少
した場合には、信号光強度安定化手段１０は、第１の励
起光源１の励起光強度を増加させてエルビウム添加光フ
ァイバ４の利得Ｇ１（λ１）を減少させる。

【００４２】そうすると、前記の如く、エルビウム添加
光ファイバ４の利得の増加させられるとエルビウム添加
光ファイバ１４の利得が減少し、その逆に、エルビウム
添加光ファイバ４の利得が減少させられるとエルビウム
添加光ファイバ１４の利得が増加し、このようなエルビ
ウム添加光ファイバ１４の利得の増減により、増幅信号
光強度が一定に保たれる。

【００４３】本実施形態例によれば、以上のように、光
増幅器にレーザ共振器６を設け、このレーザ共振器６
を、レーザ共振光を増幅するエルビウム添加光ファイバ
４と、レーザ共振光および信号光を増幅するエルビウム
添加光ファイバ１４を設けて構成し、信号光強度安定化
手段によって、入力信号光強度に応じてエルビウム添加
光ファイバ４の利得を変化させることによりエルビウム
添加光ファイバ１４の利得も変化させて増幅信号光強度
を安定化するようにしたために、入力信号光の強度およ
び波長に拘わらず一定レベルの増幅信号光を出力するこ
とができる。

【００４４】また、本実施形態例によれば、レーザ共振
器６の信号光が通過しない領域に光減衰器１６を設けた
ために、レーザ共振器６内の利得と損失のバランスの範
囲を光減衰器１６により所望の範囲に設定し、その範囲
内で信号光強度安定化手段１０によりエルビウム添加光
ファイバ４の利得の調節を行えるために、信号光強度安
定化手段１０によるエルビウム添加光ファイバ４の利得
の制御を非常に容易に、かつ、正確に行うことができ
る。

【００４５】図３には、本発明に係る光増幅器の第２実
施形態例が示されており、本実施形態例において、上記
第１実施形態例と同一名称部分には同一符号が付してあ
る。

【００４６】本実施形態例の光増幅器も、上記第１実施
形態例の光増幅器と同様にリング共振器のレーザ共振器
６を有して構成されており、本実施形態例が上記第１実
施と異なる特徴的なことは、第１の励起光源１をエルビ
ウム添加光ファイバ４とエルビウム添加光ファイバ１４
とに接続し、この第１の励起光源１と各エルビウム添加
光ファイバ４，１４との間には励起光を分岐する分岐カ
プラ１７を介設したことである。すなわち、本実施形態
例においては、第１の励起光源１からの励起光が分岐カ
プラ１７により分岐され、この分岐された励起光が波長
多重光合波器２を介してエルビウム添加光ファイバ４
に、波長多重光合波器１２を介してエルビウム添加光フ
ァイバ１４にそれぞれ入射される構成と成している。

【００４７】また、本実施形態例では、信号光強度安定
化手段１０は、第１の励起光源１と図示されていない入
力光発信手段とに接続されており、上記第１実施形態例
と同様に、入力信号光強度に応じて第１の励起光源１の
強度を調節してエルビウム添加光ファイバ４の利得を変
化させることにより、増幅信号光強度を一定に保つよう
にしているが、例えば分岐カプラ１７を光の分岐比率可
変可能なものとした場合には、信号光強度安定化手段１
０を分岐カプラ１７に接続し、入力信号光強度に応じて
分岐カプラ１７による励起光の分岐比率を可変すること
によって、エルビウム添加光ファイバ４の利得を変化さ
せて増幅信号強度を一定に保つようにしてもよい。

【００４８】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例では、第１の励起光源１からの励起光
によって、エルビウム添加光ファイバ４，１４がそれぞ
れ励起されて、エルビウム添加光ファイバ４によるレー
ザ共振光の増幅および、エルビウム添加光ファイバ１４
によるレーザ共振光と信号光の増幅が行われ、このと
き、信号光強度安定化手段１０により、入力信号光の強
度に応じて第１の励起光源１の励起光強度調節が行われ
て、上記第１実施形態例と同様の動作により同様の効果
を奏することができる。

【００４９】図４には、本発明に係る光増幅器の第３実
施形態例がブロック図により示されており、同図におい
て、上記第１，第２実施形態例と同一名称部分には同一
符号が付してある。

【００５０】本実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ
同様に構成されており、本実施形態例が上記第１実施形
態例と異なる特徴的なことは、レーザ共振器６に入射さ
れる信号光強度に応じて変化する光増幅器の光出力を検
出する光出力検出手段１９と、光出力検出手段１９の検
出レベルに応じてエルビウム添加光ファイバ４の利得を
調節する励起光調節手段１８を設け、この励起光調節手
段１８と光出力検出手段１９を有する調節回路を信号光
強度安定化手段１０としたことである。なお、励起光調
節手段１８は、第１の励起光源１の出力を調節し、それ
により、エルビウム添加光ファイバ４の利得を調節する
ようにしている。

【００５１】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例では、光出力検出手段１９によって検
出される出力に応じて励起光調節手段１８により第１の
励起光源１の励起光強度を調節することにより、上記第
１，第２実施形態例と同様に、入力信号光強度に応じて
エルビウム添加光ファイバ４の利得を調節することにな
り、それにより、入力信号光強度の強度および波長に拘
わらず一定レベルの増幅信号光を出力することが可能と
なり、上記第１，第２実施形態例と同様の効果を奏する
ことができる。

【００５２】図５には、本発明に係る光増幅器の第４実
施形態例がブロック図により示されている。本実施形態
例も上記第１，第２，第３実施形態例と同様にリング共
振器のレーザ共振器６を有しており、本実施形態例が上
記第１〜第３実施形態例と異なる特徴的なことは、レー
ザ共振器６内に光アイソレータ５，１５を設けたことで
ある。このように、レーザ共振器６が光アイソレータ
５，１５を有する構成としたことにより、本実施形態例
では、確実にレーザ共振光の進行方向が一方向に規制さ
れている。

【００５３】また、本実施形態例では、前記第２の増幅
媒体として機能するエルビウム添加光ファイバ１４を２
つに分けて、図の左側のエルビウム添加光ファイバ１４
の出射側に第２の励起光源１１を設け、図の右側のエル
ビウム添加光ファイバ１４の入射側と出射側とに第２の
励起光源１１をそれぞれ設けている。なお、エルビウム
添加光ファイバ１４と第２の励起光源１１との間には波
長多重光合波器１２がそれぞれ介設されている。そし
て、第２の励起光源１１を上記のようにエルビウム添加
光ファイバ１４に接続することにより、図の左側のエル
ビウム添加光ファイバ１４は第２の励起光源１１ａによ
り後方向励起し、図の右側のエルビウム添加光ファイバ
１４は第２の励起光源１１ｂ，１１ｃにより双方向励起
としている。また、本実施形態例では、第１の励起光源
１によりエルビウム添加光ファイバ４を後方向励起する
構成と成している。

【００５４】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例でも上記第１実施形態例とほぼ同様に
動作により、同様の効果を奏することができる。

【００５５】図６には、本実施形態例の光増幅器を用い
て、入力信号光強度に拘わらず一定の増幅信号光を出力
できることを確認した実験結果が示されている。なお、
この実験を行うに際し、エルビウム添加光ファイバ４，
１４は、いずれもエルビウム濃度６００ｐｐｍとし、エ
ルビウム添加光ファイバ４の長さは１０ｍ、図の左側の
エルビウム添加光ファイバ１４の長さは７ｍ、図の右側
のエルビウム添加光ファイバ１４の長さは１２ｍとし
た。また、レーザ共振光の波長は１５３０ｎｍとし、波
長多重光合波器３は、波長１５３０ｎｍのレーザ共振光
と他の波長の信号光を合波する構成とし、波長多重光分
波器１３は、増幅信号光と波長１５３０ｎｍのレーザ共
振光のうち増幅信号光のみを取り出す構成とした。さら
に、第２の励起光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの励起光強
度は、それぞれ、７５ｍＷ，３３ｍＷ，１１０ｍＷとし
た。

【００５６】図６には、上記の条件のもとに、信号光波
長を１５５５ｎｍとし、信号光強度を−２５〜−１５ｄ
Ｂｍで変化させ、この入力信号光強度に応じて信号光強
度安定化手段１０により第１の励起光源１の励起光強度
を変化させてエルビウム添加光ファイバ４の利得を変化
させたときの、増幅信号光強度（出力光強度）を示して
いる。同図から明らかなように、本実施形態例におい
て、信号光強度安定化手段１０によって、励起光源１の
励起光強度を入力信号光強度に応じて変化させることに
より、出力光強度を約４．３ｄＢｍで一定に保つことが
できた。

【００５７】図７には、本発明に係る光増幅器の第５実
施形態例がブロック図により示されており、同図におい
て、上記第１〜第４実施形態例および従来例と同一名称
部分には同一符号が付してある。本実施形態例の光増幅
器は、従来例と同様のファブリーペロー共振器のレーザ
共振器６を備えた光増幅器であり、レーザ共振器６の両
端側に光反射体７を設けて構成している。本実施形態例
が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、このよ
うに、レーザ共振器６をファブリーペロー共振器とした
ことであり、それ以外の構成は上記第１実施形態例と同
様であるので、その重複説明は省略する。

【００５８】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例ではレーザ共振器６をファブリーペロ
ー共振器としたが、ファブリーペロー共振器において
も、図８に示すように、レーザ共振光がレーザ共振器６
の両端側の光反射体７の間で往復しながら進むと考えら
れるため、上記第１実施形態例と同様の動作により同様
の効果を奏することができる。

【００５９】図９には、本発明に係る光増幅器の第６実
施形態例がブロック図により示されている。本実施形態
例が上記第５実施形態例と異なる特徴的なことは、レー
ザ共振器６の両端側の光反射体７の代わりに、ファイバ
クレーティング９ａ，９ｂを設けたことであり、それ以
外の構成は上記第５実施形態例と同様であるのでその重
複説明は省略する。

【００６０】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例も上記第５実施形態例と同様の動作に
より同様の効果を奏することができる。

【００６１】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく様々な実施の態様を採り得る。例えば、上
記各実施形態例では、光ファイバ２３に光減衰器１６を
介設して、レーザ共振器６の信号光が通過しない領域に
光減衰器１６を設けるようにしたが、光減衰器１６の代
わりに、レーザ共振光の波長の光を選択的に透過する波
長選択透過光フィルタ８を設けてもよく、レーザ共振器
６の信号光が通過しない領域に光減衰器１６と波長選択
透過光フィルタ８の両方を設けてもよい。このように、
波長選択透過光フィルタ８をレーザ共振器６に設ける
と、レーザ共振器６の発振特性を安定化することが可能
となり、それにより、信号光強度安定化手段１０による
エルビウム添加光ファイバ４の利得安定化制御もより安
定して行えるようになり、出力光強度安定化制御をより
一層安定して行える光増幅器とすることができる。

【００６２】また、上記各実施形態例では、レーザ共振
器６に光減衰器１６を設けたが、光減衰器１６は省略す
ることもできる。ただし、光減衰器１６を設けることに
より、レーザ共振器６の利得と損失のバランスの範囲を
所望の範囲に設定しやすくなるために、光減衰器１６を
レーザ共振器６に設けることが好ましい。

【００６３】さらに、第１，第２の励起光源１，１１に
よりエルビウム添加光ファイバ４，１４を励起する方法
は、後方向励起でも前方向励起でも、双方向励起でも構
わない。

【００６４】さらに、上記第２，第４，第５，第６実施
形態例のように光増幅器を構成する場合も、上記第３実
施形態例と同様に、光出力検出手段１９と励起光調節手
段１８を設けて信号光強度安定化手段１０を構成しても
よい。

【００６５】さらに、上記各実施形態例では、エルビウ
ム添加光ファイバ４，１４を設けてレーザ共振器６を構
成したが、エルビウム添加光ファイバ４，１４の一方ま
たは両方をエルビウム以外の希土類が添加された希土類
添加光ファイバとしてもよく、さらに、エルビウム添加
光ファイバ４，１４の一方または両方を希土類添加光フ
ァイバ以外の他の増幅媒体により構成してもよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、第１，第２の増幅媒体
を備えたレーザ共振器を有する光増幅器とし、レーザ共
振光のみ増幅する第１の増幅媒体の利得を信号光の強度
に応じて変化させることにより、レーザ共振光と信号光
を共に増幅する第２の増幅媒体の利得も変化させること
ができる原理に基づいて、第２の増幅媒体によって増幅
されて取り出される増幅信号光強度を一定に保つ信号光
強度安定化手段を設けたものであるから、光増幅器に入
力される信号光強度に拘わらず一定強度の増幅信号光を
出力することができる。

【００６７】また、第１の増幅媒体と第２の増幅媒体の
一方または両方に励起光源を接続し、第１の増幅媒体と
第２の増幅媒体の一方または両方を前記励起光源から発
生する励起光による誘導放出により光を増幅する希土類
添加光ファイバにより構成した本第２〜第５の発明によ
れば、入力信号光強度に応じて信号光安定化手段によっ
て前記励起光源の励起光強度を調節する等して、容易
に、かつ、確実に増幅信号光強度を一定に保ち、出力す
ることができる。また、第１，第２の増幅媒体を希土類
添加光ファイバとすることにより、光増幅器を小型化す
ることができる。

【００６８】さらに、レーザ共振器をファブリーペロー
共振器やリング共振器により構成した本第６〜第８の発
明によれば、従来から用いられている技術を用いてレー
ザ共振器を構成し、容易に、かつ、確実に上記優れた効
果を奏する光増幅器を構成することができる。

【００６９】さらに、レーザー共振器は光アイソレータ
を有し、該光アイソレータによってレーザー共振光の進
行方向が一方向に規制されている。本発明によれば、レ
ーザ共振光の進行方向を規制することにより、より一層
確実に安定したレーザ共振を行えるレーザ共振光を構成
し、このレーザ共振器を備えた光増幅器とすることによ
り、より一層信号光の出力レベルを安定したレベルとす
ることができる。

【００７０】さらに、レーザー共振器の信号光が通過し
ない領域に、レーザー共振光の波長の光を選択的に透過
する波長選択透過フィルタが設けられている。本発明に
よれば、レーザ共振器の発振特性を安定化することがで
きるために、より一層安定したレベルで信号光増幅を行
える優れた光増幅器とすることができる。

【００７１】さらに、レーザー共振器の信号光が通過し
ない領域に、光減衰器が設けられている。本発明によれ
ば、光減衰器によってレーザ共振器の利得と損失のバラ
ンスの範囲を調節することができるために、信号光強度
安定化手段によって第１の増幅媒体の利得を制御しやす
くなり、増幅信号光強度をより一層安定的に一定に保つ
ことができる。

【００７２】さらに、レーザー共振器に入射される信号
光強度に応じて変化する光増幅器の光出力を検出する光
出力検出手段と、該光出力検出手段の検出レベルに応じ
て第１の増幅媒体の利得を調節する調節回路を設け、該
調節回路を信号光強度安定化手段とした本発明によれ
ば、光出力検出手段によって光増幅器の光出力を検出す
ることによりレーザ共振器に入射される信号光強度に応
じて調節回路により第１の増幅媒体の利得を容易に、か
つ、正確に調節することができるために、非常に容易
に、かつ、正確に増幅信号光強度の安定化制御を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光増幅器の第１実施形態例をブロ
ック図により示す要部構成図である。

【図２】上記実施形態例の光増幅器における増幅信号光
強度安定化原理の説明図である。

【図３】本発明に係る光増幅器の第２実施形態例をブロ
ック図により示す要部構成図である。

【図４】本発明に係る光増幅器の第３実施形態例をブロ
ック図により示す要部構成図である。

【図５】本発明に係る光増幅器の第４実施形態例をブロ
ック図により示す要部構成図である。

【図６】上記第４実施形態例の光増幅器において、入力
信号光強度に応じて励起光源１の励起光強度を変化させ
たときの入力信号光強度と出力光強度との関係を示すグ
ラフである。

【図７】本発明に係る光増幅器の第５実施形態例をブロ
ック図により示す要部構成図である。

【図８】上記第５実施形態例の光増幅器におけるレーザ
共振器の動作を簡略化して示す説明図である。

【図９】本発明に係る光増幅器の第６実施形態例をブロ
ック図により示す要部構成図である。

【図１０】従来の光増幅器の構成をブロック図により示
す説明図である。

【符号の説明】

１ 第１の励起光源 ４ エルビウム添加光ファイバ ６ レーザ共振器 ８ 波長選択透過光フィルタ ９，９ａ，９ｂ ファイバクレーティング １０ 信号光強度安定化手段 １１ 第２の励起光源 １４ エルビウム添加光ファイバ １６ 光減衰器 １７ 分岐カプラ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー共振器を有し、該レーザー共振
   器にはレーザー共振光を増幅する第１の増幅媒体と、該
   レーザー共振光とレーザー共振器に入射される信号光を
   ともに増幅する第２の増幅媒体と、該第２の増幅媒体に
   信号光と前記第１の増幅媒体で増幅したレーザー共振光
   とを合波して導入する光合波器と、該第２の増幅媒体に
   よって増幅された増幅信号光とレーザー共振光のうち増
   幅信号光のみを分波して取り出す光分波器とが設けら
   れ、前記レーザー共振器に入射される信号光の強度に応
   じて前記第１の増幅媒体の利得を変化させることにより
   前記増幅信号光強度を一定に保つ信号光強度安定化手段
   を有することを特徴とする光増幅器。
2. 【請求項２】 第１の増幅媒体には第１の励起光源が接
   続されており、該第１の増幅媒体は該第１の励起光源か
   ら発生する励起光による誘導放出により光を増幅する第
   １の希土類添加光ファイバからなり、信号光強度安定化
   手段は前記第１の励起光源からの励起光の強度を変化さ
   せることによって第１の希土類添加光ファイバの利得を
   変化させて増幅信号光強度を一定に保つ構成としたこと
   を特徴とする請求項１記載の光増幅器。
3. 【請求項３】 第２の増幅媒体は励起光源から発生する
   励起光による誘導放出により光を増幅する作用を備えた
   第２の希土類添加光ファイバからなることを特徴とする
   請求項１又は請求項２記載の光増幅器。
4. 【請求項４】 第２の増幅媒体には第１の励起光源とは
   異なる第２の励起光源が接続されており、該第２の増幅
   媒体は該第２の励起光源から発生する励起光による誘導
   放出により光を増幅する第２の希土類添加光ファイバか
   らなることを特徴とする請求項２記載の光増幅器。
5. 【請求項５】 第２の増幅媒体には第１の励起光源が接
   続されており、第２の増幅媒体は該第１の励起光源から
   発生する励起光による誘導放出により光を増幅する第２
   の希土類添加光ファイバからなり、前記第１の励起光源
   と第１、第２の希土類添加光ファイバとの間には励起光
   を分岐する分岐カプラが介設されていることを特徴とす
   る請求項２記載の光増幅器。
6. 【請求項６】 レーザー共振器はファブリーペロー共振
   器であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいず
   れか一つに記載の光増幅器。
7. 【請求項７】 ファブリーペロー共振器は、予め定めら
   れた特定波長の光を選択的に反射し該特定波長以外の波
   長の光を透過するファイバグレーティングを有すること
   を特徴とする請求項６記載の光増幅器。
8. 【請求項８】 レーザー共振器は第２の増幅媒体で増幅
   したレーザー共振光を光合波器に戻すループ上に第１の
   増幅媒体を設けて形成したリング共振器であることを特
   徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の
   光増幅器。
9. 【請求項９】 レーザー共振器は光アイソレータを有
   し、該光アイソレータによってレーザー共振光の進行方
   向が一方向に規制されていることを特徴とする請求項１
   乃至請求項８のいずれか一つに記載の光増幅器。
10. 【請求項１０】 レーザー共振器の信号光が通過しない
    領域に、レーザー共振光の波長の光を選択的に透過する
    波長選択透過フィルタが設けられていることを特徴とす
    る請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の光増幅
    器。
11. 【請求項１１】 レーザー共振器の信号光が通過しない
    領域に、光減衰器が設けられていることを特徴とする請
    求項１乃至請求項１０のいずれか一つに記載の光増幅
    器。
12. 【請求項１２】 レーザー共振器に入射される信号光強
    度に応じて変化する光増幅器の光出力を検出する光出力
    検出手段と、該光出力検出手段の検出レベルに応じて第
    １の増幅媒体の利得を調節する調節回路を設け、該調節
    回路を信号光強度安定化手段としたことを特徴とする請
    求項１乃至請求項１１のいずれか一つに記載の光増幅
    器。