JPH11307854A - 能動型光ファイバ及び光ファイバ増幅器 - Google Patents

能動型光ファイバ及び光ファイバ増幅器

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JPH11307854A
JPH11307854A JP10117042A JP11704298A JPH11307854A JP H11307854 A JPH11307854 A JP H11307854A JP 10117042 A JP10117042 A JP 10117042A JP 11704298 A JP11704298 A JP 11704298A JP H11307854 A JPH11307854 A JP H11307854A
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】励起光が能動型ファイバ内を２回以上往復する
ようにして励起光パワーの変換効率を向上させ高出力化
を図った光ファイバ増幅器を提供する。 【解決手段】本光ファイバ増幅器は、発振器１０からの
信号に基づいて中心波長が周期的に変化する励起光Ｌｐ
を発生する励起光発生部１１と、励起光Ｌｐと信号光Ｌ
ｓを合波する合波器１２と、能動型光ファイバ１５の一
端に接続され、励起光Ｌｐの波長変化範囲よりも狭い透
過波長帯域を有し、該透過波長帯域の透過中心波長が変
調回路１４からの信号により励起光Ｌｐの中心波長に一
致して変化する透過中心波長可変型光フィルタ１３と、
能動型光ファイバ１５の他端に接続され、励起光Ｌｐを
反射し信号光Ｌｓを透過する光反射器１６と、から構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類元素をドー
プした能動型光ファイバ及び光ファイバ増幅器に関し、
特に、能動型光ファイバに入射される励起光の変換効率
を高くして光増幅特性の向上を図った能動型光ファイバ
及び光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の長距離の光伝送システムでは、光
信号を電気信号に変換し、タイミング再生(retiming)、
波形等化(reshaping) 及び識別再生(regenerating)を行
う光再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現
在では光ファイバ増幅器の実用化が進み、光ファイバ増
幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検
討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換え
ることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信
頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれ
る。
【０００３】また、光伝送システムの大容量化を実現す
る方法のひとつとして、１つの伝送路に２つ以上の異な
る波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤ
Ｍ）光伝送方式が注目されている。ＷＤＭ光伝送方式と
光増幅中継伝送方式を組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝
送方式においては、光ファイバ増幅器を用いて２つ以上
の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可
能であり、簡素な構成による経済的で大容量かつ長距離
の光伝送が可能である。
【０００４】図３１は、従来の光ファイバ増幅器（前方
励起）の基本的な構成の一例を示す。図３１において、
励起光源１から出力される励起光Ｌｐは、合波器２にお
いて入力端子Ｔ１からの信号光Ｌｓと合波されて、図で
太線で示す能動型光ファイバ３の一端に入射される。能
動型光ファイバ３は、例えばエルビウム等の希土類元素
をドープした光ファイバである。この能動型光ファイバ
３を用いた光ファイバ増幅器を非飽和動作させると、平
坦な利得波長特性を得ることができ、大容量伝送を実現
できる。
【０００５】しかし、この従来の光ファイバ増幅器で
は、非飽和動作させる場合に、能動型光ファイバ３に入
射された励起光パワーの一部だけが希土類元素を励起す
るのに用いられ、大量の励起光パワーが能動型光ファイ
バの後方側に漏れてしまう。具体的には、能動型光ファ
イバに入射された励起光パワーのうちの約７０％が能動
型光ファイバ３を通過してしまい、希土類元素の励起に
は励起光パワーの約３０％しか使用されない場合があ
る。このため、従来の光ファイバ増幅器では励起効率が
悪いとういう欠点があった。
【０００６】そこで、励起効率の向上を図った従来の光
ファイバ増幅器として、例えば、U.S.Patent5,138,483
号明細書で公知のものなどがある。この従来の光ファイ
バ増幅器の構成を図３２に示す。図３２において、励起
効率を向上させた光ファイバ増幅器は、図３１に示した
光ファイバ増幅器について、能動型光ファイバ３の後方
側（励起光の入射端とは反対側の他端の外側）に、励起
光Ｌｐは反射し、かつ、信号光Ｌｓは透過する光反射器
４を付加したものである。この付加された光反射器４に
よって、励起光Ｌｐが反射されて能動型光ファイバ３内
を１往復するようになり、励起効率の改善が図られる。
具体的には、入射された励起光パワーの約５０％が希土
類元素の励起に使用されるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記励
起効率の向上を図った従来の光ファイバ増幅器であって
も、励起光パワーの残りの約５０％が依然として有効に
は使用されていない。また、付加された光反射器４の挿
入損失や、能動型光ファイバ３と光反射器４を接続する
接続部における損失などにより、光ファイバ増幅器から
出力される信号光Ｌｓのパワーが低下して、励起効率が
悪くなってしまう可能性もある。
【０００８】本発明は上記の点に着目してなされたもの
で、励起光が能動型ファイバ内を２回以上往復するよう
にして励起光パワーの変換効率を高め、さらなる高出力
化を図った光ファイバ増幅器を提供するとともに、励起
光を２回以上往復させる機能を備えた能動型光ファイバ
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため本発明に係る光
ファイバ増幅器の１つの態様は、予め設定した繰り返し
周波数の信号を発生する信号発生手段と、該信号発生手
段からの信号に基づいて中心波長が周期的に変化する励
起光を発生する励起光発生手段と、希土類元素をドープ
した能動型光ファイバと、前記励起光発生手段から出力
される励起光を前記能動型光ファイバの一端に入射させ
る励起光入射手段と、前記励起光発生手段から前記能動
型光ファイバの一端に至る光路中に挿入され、前記励起
光の波長変化範囲よりも狭い透過波長帯域を有し、該透
過波長帯域の透過中心波長が、前記信号発生手段からの
信号を基に前記励起光の中心波長に一致するように変化
する透過中心波長可変型光フィルタと、前記能動型光フ
ァイバの他端に設けられ、励起光を反射し、かつ、信号
光を透過する励起光反射手段と、を備え、前記能動型光
ファイバに入射し前記励起光反射手段で反射した励起光
が、前記透過中心波長可変型光フィルタにおいて少なく
とも１回反射されるように、前記励起光の中心波長及び
前記透過中心波長可変型光フィルタの透過中心波長が変
化する構成としたものである。
【００１０】かかる構成によれば、中心波長が周期的に
変化する励起光が励起光発生手段で発生して、励起光入
射手段の前段または後段に挿入された透過中心波長可変
型光フィルタに送られる。透過中心波長可変型光フィル
タでは、透過中心波長が信号発生手段からの信号を基に
励起光の中心波長に一致して周期的に変化するため、発
生直後の励起光は透過中心波長可変型光フィルタを透過
して能動型光ファイバの一端に入射する。能動型光ファ
イバに入射した励起光は、能動型光ファイバの他端に設
けられた励起光反射手段で反射し、能動型光ファイバ内
を１往復して再び透過中心波長可変型光フィルタに戻
る。このときの透過中心波長可変型光フィルタの透過中
心波長は、１往復した励起光の中心波長とは異なる値に
変化している。このため能動型光ファイバ内を往復した
励起光は、透過中心波長可変型光フィルタで反射して、
さらに能動型光ファイバ内を往復し、透過中心波長可変
型光フィルタの透過中心波長が１周期を経過して同じ波
長となるまで能動型光ファイバ内に閉じ込められる。１
周期経過時に励起光が透過中心波長可変型光フィルタに
到達すると、能動型光ファイバ内を２回以上往復して光
パワーが小さくなった励起光が透過中心波長可変型光フ
ィルタを通過して能動型光ファイバの外に出され、代わ
りに新たな励起光が透過中心波長可変型光フィルタを通
過して能動型光ファイバ内に入射される。このように励
起光が能動型光ファイバ内を２回以上往復することで、
希土類元素が励起光により非常に高い変換効率で励起状
態とされる。そして、能動型光ファイバに信号光が入射
されると、その信号光は誘導放出作用により増幅され励
起光反射手段を通過して外部に出力される。したがっ
て、光ファイバ増幅器の高出力化が図られるようにな
る。
【００１１】上記光ファイバ増幅器の具体的な構成とし
て、前記透過中心波長可変型光フィルタは、前記透過中
心波長が前記励起光の中心波長に同期し、かつ、同相の
関係で変化するようにしてもよく、特に、励起光の中心
波長及び透過中心波長可変型光フィルタの透過中心波長
の時間変化を鋸波形に設定するのが好ましい。また、前
記能動型光ファイバは、励起光の波長変化範囲よりも狭
い透過波長帯域を有し、該透過波長帯域の透過中心波長
が可変で、かつ、信号光を透過する透過中心波長可変型
の回折格子が前記一端の近傍に配置された光フィルタ領
域を備え、該光フィルタ領域が、前記透過中心波長可変
型光フィルタとして機能するようにしてもよい。さら
に、前記光フィルタ領域は、光ファイバの長手方向に直
列接続され、互いの反射中心波長の間に所定の波長差を
有する２つの反射中心波長可変型の回折格子を備えるよ
うにすることもできる。
【００１２】このような能動型光ファイバを用いること
で、透過中心波長可変型光フィルタの挿入損失や接続損
失がなくなり、励起光の変換効率をより高くすることが
できるようになる。加えて、複数の回線に対応した光フ
ァイバ増幅器において、前記能動型光ファイバ、前記励
起光入射手段、前記透過中心波長可変型光フィルタ及び
前記励起光反射手段が、前記複数の回線毎にそれぞれ設
けられ、前記信号発生手段が、前記制御信号を前記励起
光発生手段及び前記各透過中心波長可変型光フィルタに
それぞれ送り、前記励起光発生手段が、前記励起光を前
記各励起光入射手段にそれぞれ送る構成としてもよい。
【００１３】かかる構成により、例えば、上り回線や下
り回線等の複数の回線に対応した光ファイバ増幅器につ
いても、各回線に対応した能動型光ファイバ内を励起光
が２回以上往復するようになるため、複数の回線につい
ての高出力化を同時に図ることが可能になる。また、本
発明に係る光ファイバ増幅器の他の態様は、予め設定し
た繰り返し周波数の信号を発生する信号発生手段と、該
信号発生手段からの信号に基づいて中心波長が周期的に
変化する励起光を発生する励起光発生手段と、希土類元
素をドープした能動型光ファイバと、前記励起光発生手
段から出力される励起光を前記能動型光ファイバの一端
に入射させる励起光入射手段と、前記励起光発生手段か
ら前記能動型光ファイバの一端に至る光路中に挿入さ
れ、前記励起光の波長変化範囲よりも狭い反射波長帯域
を有し、該反射波長帯域の反射中心波長が、前記信号発
生手段からの信号を基に前記励起光の中心波長と互いに
異なるように変化する反射中心波長可変型光フィルタ
と、前記能動型光ファイバの他端に設けられ、励起光を
反射し、かつ、信号光を透過する励起光反射手段と、を
備え、前記能動型光ファイバに入射し前記励起光反射手
段で反射した励起光が、前記反射中心波長可変型光フィ
ルタにおいて１回反射されるように、前記励起光の中心
波長及び前記反射中心波長可変型光フィルタの反射中心
波長が変化する構成としたものである。
【００１４】かかる構成によれば、中心波長が周期的に
変化する励起光が励起光発生手段で発生して、励起光入
射手段の前段または後段に挿入された反射中心波長可変
型光フィルタに送られる。反射中心波長可変型光フィル
タでは、反射中心波長が信号発生手段からの信号を基に
励起光の中心波長と互いに異なるように周期的に変化
し、その反射中心波長と異なる中心波長の励起光が反射
中心波長可変型光フィルタを透過して能動型光ファイバ
の一端に入射する。能動型光ファイバに入射した励起光
は、能動型光ファイバの他端に設けられた励起光反射手
段で反射し、能動型光ファイバ内を１往復して再び反射
中心波長可変型光フィルタに戻る。このときの反射中心
波長は、１往復した励起光の中心波長と同じ値に変化し
ているため、その励起光は反射中心波長可変型光フィル
タで反射して、さらに能動型光ファイバ内を往復する。
励起光が再び反射中心波長可変型光フィルタに到達する
と１周期が経過して、２往復して光パワーが小さくなっ
た励起光が反射中心波長可変型光フィルタを通過して能
動型光ファイバの外に出され、代わりに新たな励起光が
反射波長可変型光フィルタを通過して能動型光ファイバ
内に入射される。このように励起光が能動型光ファイバ
内を２回往復することで、希土類元素が励起光により高
い変換効率で励起状態とされる。そして、能動型光ファ
イバに信号光が入射されると、その信号光は誘導放出作
用により増幅され励起光反射手段を通過して外部に出力
される。したがって、光ファイバ増幅器の高出力化が図
られるようになる。
【００１５】上記光ファイバ増幅器の具体的な構成とし
て、前記反射中心波長可変型光フィルタは、前記反射中
心波長が前記励起光の中心波長に同期し、かつ、逆相の
関係で変化するようにしてもよい。また、前記信号発生
手段は、前記反射中心波長可変型光フィルタ及び前記励
起光反射手段の間を前記励起光が往復するのに要する時
間の逆数に等しい繰り返し周波数の信号を発生するよう
にする。さらに。励起光の中心波長及び反射中心波長可
変型光フィルタの反射中心波長の時間変化を方形波形ま
たは正弦波形とするのが好ましい。
【００１６】また、前記能動型光ファイバは、励起光の
波長変化範囲よりも狭い反射波長帯域を有し、該反射波
長帯域の反射中心波長が可変で、かつ、信号光を透過す
る反射中心波長可変型の回折格子が前記一端の近傍に配
置された光フィルタ領域を備え、該光フィルタ領域が、
前記反射中心波長可変型光フィルタとして機能するよう
にしてもよい。
【００１７】このような能動型光ファイバを用いること
で、反射中心波長可変型光フィルタの挿入損失や接続損
失がなくなり、励起光の変換効率をより高くすることが
できるようになる。さらに、複数の回線に対応した光フ
ァイバ増幅器において、前記能動型光ファイバ、前記励
起光入射手段、前記反射中心波長可変型光フィルタ及び
前記励起光反射手段が、前記複数の回線毎にそれぞれ設
けられ、前記信号発生手段が、前記制御信号を前記励起
光発生手段及び前記各反射中心波長可変型光フィルタに
それぞれ送り、前記励起光発生手段が、前記励起光を前
記各励起光入射手段にそれぞれ送る構成としてもよい。
【００１８】かかる構成により、例えば、上り回線や下
り回線等の複数の回線に対応した光ファイバ増幅器につ
いても、各回線に対応した能動型光ファイバ内を励起光
が２回往復するようになるため、複数の回線についての
高出力化を同時に図ることが可能になる。上述した各態
様の光ファイバ増幅器について、前記励起光発生手段の
具体的な構成としては次の４つの構成のいずれかとして
もよい。第１の励起光発生手段の構成は、励起光を発生
する励起光源と、前記信号発生手段からの信号に基づい
て、前記励起光源で発生する励起光の中心波長を変調す
る励起光変調回路と、を備えるものとする。
【００１９】第２の励起光発生手段の構成は、中心波長
の異なる励起光を発生する複数の励起光源と、該各励起
光源からの励起光をそれぞれ入力し、少なくとも１つの
励起光を選択して出力可能な光スイッチと、前記信号発
生手段からの信号を基に前記光スイッチを駆動させる駆
動信号を発生する光スイッチ駆動回路と、を備えるもの
とする。
【００２０】第３の励起光発生手段の構成は、前記励起
光発生手段は、中心波長の異なる励起光を発生する複数
の励起光源と、前記信号発生手段からの信号を基に前記
各励起光源の駆動状態を制御する励起光源駆動回路と、
前記各励起光源からの励起光をそれぞれ入力して前記励
起光入射手段へ出力する光カプラと、を備えるものとす
る。
【００２１】第４の励起光発生手段の構成は、中心波長
の異なる２種類の励起光を発生する２つの励起光源と、
前記信号発生手段からの信号を基に前記各励起光源の駆
動状態を制御する励起光源駆動回路と、前記各励起光源
からの励起光を入力し波長合成して前記励起光入射手段
へ出力する波長多重カプラと、を備えるものとする。ま
た、上述した各態様の光ファイバ増幅器について、前記
能動型光ファイバは、励起光を反射し、かつ、信号光を
透過する回折格子が前記他端の近傍に配置された励起光
反射領域を備え、該励起光反射領域が、前記励起光反射
手段として機能するようにしてもよい。このような能動
型光ファイバを用いることで、光反射手段の挿入損失や
接続損失をなくして、励起光の変換効率を一層高くする
ことができるようになる。
【００２２】さらに、前記信号発生手段の具体的な設定
としては、前記繰り返し周波数が１００ｋＨｚ以上で、
かつ、１００ＭＨｚ以下とするのが好ましい。また、本
発明に係る能動型光ファイバの１つの態様は、希土類元
素をドープした能動型光ファイバにおいて、入射される
励起光の波長変化範囲よりも狭い透過波長帯域を有し、
該透過波長帯域の透過中心波長が可変で、かつ、信号光
を透過する透過中心波長可変型の回折格子が一端近傍に
配置された光フィルタ領域と、励起光を反射し、かつ、
信号光を透過する回折格子が他端近傍に配置された励起
光反射領域と、を備えて構成されるものである。
【００２３】さらに、本発明に係る能動型光ファイバの
他の態様としては、希土類元素をドープした能動型光フ
ァイバにおいて、入射される励起光の波長変化範囲より
も狭い反射波長帯域を有し、該反射波長帯域の反射中心
波長が可変で、かつ、信号光を透過する反射中心波長可
変型の回折格子が一端近傍に配置された光フィルタ領域
と、励起光を反射し、かつ、信号光を透過する回折格子
が他端近傍に配置された励起光反射領域と、を備えて構
成されるものである。
【００２４】各態様の能動型光ファイバにおいても、入
射された励起光が光フィルタ領域と励起光反射領域との
間で往復可能な構造となるため、励起光の変換効率の向
上を図ることができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の基本構成を示す第
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１において、本光ファイバ増幅器は、繰り返し周波数
ｆｏで発振する信号発生手段としての発振器１０と、該
発振器１０から出力される信号を入力し、中心波長が周
期的に変化する励起光Ｌｐを発生する励起光発生手段と
しての励起光発生部１１と、該励起光発生部１１からの
励起光Ｌｐ及び入力端子Ｔ１からの信号光Ｌｓを合波し
て出力する励起光入射手段としての合波器１２と、該合
波器１２の出力光を入力する透過中心波長可変の光フィ
ルタ１３と、発振器１０の出力信号を入力して光フィル
タ１３の透過中心波長を変化させる制御信号を発生する
透過中心波長変調回路１４と、光フィルタ１３の出力光
が一端に入射される能動型光ファイバ１５と、該能動型
光ファイバ１５の他端と出力端子Ｔ２の間に接続される
励起光反射手段としての光反射器１６と、を備えて構成
される。ここでは、光フィルタ１３及び透過中心波長変
調回路１４によって透過中心波長可変型光フィルタとし
ての機能が実現される。
【００２６】励起光発生部１１は、発振器１０から出力
される繰り返し周波数ｆｏの電気信号に応じて、中心波
長がλＳからλＬまで周期的に変化する励起光Ｌｐを発
生する。繰り返し周波数ｆｏは、信号光Ｌｓが能動型光
ファイバ１５を通過する時間を考慮して、例えば１００
ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ等とするのが望ましい。図２に
は、励起光Ｌｐの中心波長成分のスペクトルを示し、図
３には、励起光Ｌｐの中心波長の時間変化を示す。図の
ように、励起光Ｌｐの中心波長は、鋸波形の時間変化を
示すものとする。即ち、励起光Ｌｐの中心波長は、波長
λＳから一定の割合で増加して波長λＬに達すると瞬時
に波長λＳに戻るといった一連の変化を周期Ｔで繰り返
す。この周期Ｔは、後述するように、能動型光ファイバ
１５内で励起光Ｌｐを往復させる回数及びそれに要する
時間に応じて適宜に設定される。また、励起光Ｌｐの波
長帯としては、例えば、一般的な0.98μｍ帯や1.48μｍ
帯などを用いるものとする。
【００２７】光フィルタ１３は、信号光Ｌｓの波長帯の
光を透過し、励起光Ｌｐの波長帯については、所定の波
長範囲の励起光Ｌｐのみを透過し、それ以外の波長の励
起光Ｌｐを反射する特性を有する。ここでは、上記励起
光Ｌｐを透過する所定の波長範囲（透過波長帯域）の中
心を光フィルタ１３の透過中心波長λｔとし、この透過
中心波長λｔが、発振器１０からの電気信号に応じて透
過中心波長変調回路１４で生成された制御信号に従って
変化するものとする。図４及び図５には、励起光Ｌｐの
波長帯に関する光フィルタ１３の透過率及び反射率を示
す。図のように、光フィルタ１３の透過中心波長λｔ
は、波長λＳから波長λＬまでの間で変化し、その時間
変化は、上記図３に示した励起光Ｌｐの中心波長の時間
変化（鋸波形）に同期し、かつ、同相の関係にする。
【００２８】能動型光ファイバ１５は、例えばエルビウ
ム等の希土類元素をドープした一般的なドープファイバ
である。この能動型光ファイバ１５では、ドープされた
希土類元素が励起光Ｌｐによって励起され、その誘導放
出作用により信号光Ｌｓの増幅が行われる。光反射器１
６は、信号光Ｌｓを透過し、励起光Ｌｐを反射する特性
を有する。この光反射器１６は、上述した従来の光ファ
イバ増幅器に付加された光反射器４と同様であり、励起
光発生部１１から出力されるすべての波長の励起光Ｌｐ
を反射するものである。
【００２９】次に、第１の実施形態の動作について説明
する。本光ファイバ増幅器が起動されると、繰り返し周
波数ｆｏの電気信号が発振器１０から励起光発生部１１
及び透過中心波長変調回路１４に出力される。この発振
器１０からの電気信号に応じて、励起光発生部１１で
は、中心波長が周期的に変化する励起光Ｌｐが発生し、
透過中心波長変調回路１４では、光フィルタ１３の透過
中心波長λｔを周期的に変化させる制御信号が発生す
る。励起光発生部１１で発生した励起光Ｌｐは、合波器
１２を介して光フィルタ１３に送られる。光フィルタ１
３では、透過中心波長λｔが透過中心波長変調回路１４
からの制御信号により制御される。これにより、励起光
Ｌｐの中心波長と光フィルタ１３の透過中心波長λｔと
が一致して変化し、励起光Ｌｐが能動型光ファイバ１５
内を２回以上往復するようになる。
【００３０】ここで、１つの周期Ｔにおける動作につい
て、図６及び図７を用いて具体的に説明する。まず、図
６において実線で示すように、ここでは励起光Ｌｐの中
心波長が、ある波長λ１となってから次に同じ波長λ
１’となるまでの１周期について考える。また、中心波
長λ１の励起光Ｌｐが光フィルタ１３に入射する時間を
Ａとし、その励起光Ｌｐが、光フィルタ１３を透過し光
反射器１６で反射して光フィルタ１３まで戻ってきた時
間、即ち、励起光Ｌｐが能動型光ファイバ１５内を１往
復した時間をＢとする。これと同様にして、中心波長λ
１の励起光Ｌｐが能動型光ファイバ１５内を２往復、３
往復及び４往復した時間をそれぞれＣ、Ｄ及びＡ’と
し、４往復目の時間Ａ’で１周期が経過するものとす
る。さらに、時間Ｂ，Ｃ，Ｄにおける励起光Ｌｐの中心
波長を、それぞれ波長λ２，λ３，λ４とする。
【００３１】時間Ａでは、図７の上段に示すように、光
フィルタ１３の透過中心波長λｔが波長λ１となるた
め、中心波長λ１の励起光Ｌｐは光フィルタ１３を通過
して能動型光ファイバ１５の一端に入射される。そし
て、中心波長λ１の励起光Ｌｐは、図６に示したよう
に、能動型光ファイバ１５内を伝播して光反射器１６で
反射され、能動型光ファイバ１５内を逆方向に伝播して
光フィルタ１３に戻される。
【００３２】時間Ｂでは、図７の中段に示すように、光
フィルタ１３の透過中心波長λｔが波長λ２となるた
め、能動型光ファイバ１５内を１回往復した中心波長λ
１の励起光Ｌｐは、光フィルタ１３で反射されて、再び
能動型光ファイバ１５内を往復する。なお、このとき図
６の破線に示すように、中心波長λ２の励起光Ｌｐが光
フィルタ１３を通過して能動型光ファイバ１５の一端に
入射される。また、時間Ｃ，Ｄにおいても、光フィルタ
１３の透過中心波長λｔが波長λ３，λ４となるため、
時間Ｂの場合と同様に、中心波長λ１の励起光Ｌｐは光
フィルタ１３で反射されて能動型光ファイバ１５内をさ
らに往復することになる。
【００３３】そして、時間Ａ’では、図７の下段に示す
ように、光フィルタ１３の透過中心波長λｔが波長λ１
となるため、能動型光ファイバ１５内を４回往復した中
心波長λ１の励起光Ｌｐが、光フィルタ１３を通過して
合波器１２の方向に進む。またこのとき、新たな中心波
長λ１の励起光Ｌｐが、光フィルタ１３を通過して能動
型光ファイバ１５の一端に入射される。これにより、能
動型光ファイバ１５内を４往復して光パワーの低下した
中心波長λ１の励起光Ｌｐが、十分な光パワーを持つ新
たな励起光Ｌｐに交換される。
【００３４】このように、ある中心波長の励起光Ｌｐが
能動型光ファイバ１５に入射されると、その励起光Ｌｐ
は周期Ｔが経過する間に能動型光ファイバ１５内を４回
往復するようになるため、励起光の変換効率が非常に高
くなる。単純に計算すると、励起光Ｌｐが能動型光ファ
イバ内を２回往復すると、入射励起光パワーの約７５％
が希土類元素の励起に使用され、３回往復すると約８７
％が使用され、４回往復すると約９４％が使用されるよ
うになる。
【００３５】上記のように高い変換効率で励起状態とさ
れた能動型光ファイバ１５に、入力端子Ｔ１から合波器
１２及び光フィルタ１３を介して信号光Ｌｓが入射され
ると、その信号光Ｌｓは、能動型光ファイバ１５を通過
する間に誘導放出作用によって増幅され、光反射器１６
を通過して出力端子Ｔ２から外部に出力される。このよ
うに本発明の基本構成を示す第１の実施形態では、透過
中心波長の可変な光フィルタ１３を能動型光ファイバ１
５の一端に設け、その光フィルタ１３の透過中心波長λ
ｔと励起光Ｌｐの中心波長とを一致させて周期的に変化
させることによって、能動型光ファイバ１５に入射され
た励起光Ｌｐは、１周期が経過する間、能動型光ファイ
バ１５内に閉じ込められ、ここでは能動型光ファイバ１
５内を４回往復するようになるため、励起光の変換効率
が非常に高くなって、光ファイバ増幅器の高出力化を図
ることが可能となる。
【００３６】なお、上記第１の実施形態では、励起光Ｌ
ｐが能動型光ファイバ１５内を４回往復する場合につい
て説明したが、励起光の往復回数はこれに限られるもの
ではなく、２回以上の適切な回数で往復するように周期
Ｔを設定することで、従来の光ファイバ増幅器よりも高
い変換効率を達成できる。また、合波器１２の出力端と
能動型光ファイバ１５の一端との間に光フィルタ１３を
接続する構成としたが、図８に示すように、光フィルタ
１３は、励起光発生部１１の出力端と合波器１２の励起
光入力端との間に接続しても構わない。ただしこの場
合、励起光Ｌｐは、合波器１２及び能動型光ファイバ１
５内を２回以上往復するようになる。このため、合波器
１２の通過による励起光Ｌｐの損失が励起効率に影響を
及ぼすようなときには、合波器１２と能動型光ファイバ
１５の間に光フィルタ１３を配置したほうがよい。
【００３７】次に、本発明の他の基本構成を示す第２の
実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態に
係る光ファイバ増幅器の構成を示す図である。ただし、
第１の実施形態の構成と同じ部分には同一の符号を付し
て説明を省略する。図９において、本光ファイバ増幅器
は、第１の実施形態で用いた透過中心波長の可変な光フ
ィルタ１３に代えて、反射中心波長の可変な光フィルタ
２３を用いたことを特徴とする。また、光フィルタの変
更に伴って、第１の実施形態で用いた励起光発生部１１
及び透過中心波長変調回路に１４代えて、励起光発生部
２１及び反射中心波長変調回路２４を使用する。上記以
外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
【００３８】励起光発生部２１は、発振器１０から出力
される繰り返し周波数ｆｏの電気信号に応じて、中心波
長がλ１またはλ２のいずれかに周期的に変化する励起
光Ｌｐを発生する。図１０には、励起光Ｌｐの中心波長
成分のスペクトルを示し、図１１には、中心波長に対応
した励起光パワーの時間変化を示す。図のように、励起
光Ｌｐの中心波長は、周期τでλ１とλ２を交互に繰り
返すものとする。ここでは中心波長の時間変化を方形波
としたが、正弦波としても構わない。また、周期τは、
後述するように、励起光Ｌｐが能動型光ファイバ１５内
で２回往復するのに要する時間に応じて適宜に設定され
る。さらに、励起光Ｌｐの波長帯としては、例えば、一
般的な0.98μｍ帯や1.48μｍ帯などを用いるものとす
る。
【００３９】光フィルタ２３は、信号光Ｌｓの波長帯の
光を透過し、励起光Ｌｐの波長帯については、所定の波
長範囲の励起光Ｌｐのみを反射し、それ以外の波長の励
起光Ｌｐを透過する特性を有する。ここでは、上記励起
光Ｌｐを反射する所定の波長範囲（反射波長帯域）の中
心を光フィルタ２３の反射中心波長λｒとし、この反射
中心波長λｒが、発振器１０からの電気信号に応じて反
射中心波長変調回路２４で生成された制御信号に従って
変化するものとする。図１２及び図１３には、励起光Ｌ
ｐの波長帯に関する光フィルタ２３の透過率及び反射率
を示す。図のように、光フィルタ２３の反射中心波長λ
ｒは、波長λ１と波長λ２の間で交互に変化し、その時
間変化は、上記図１１に示した励起光Ｌｐの中心波長の
時間変化に同期し、波長λ１，λ２が逆相の関係にある
ものとする。
【００４０】次に、第２の実施形態の動作について説明
する。本光ファイバ増幅器が起動されると、繰り返し周
波数ｆｏの電気信号が発振器１０から励起光発生部２１
及び反射中心波長変調回路２４に出力される。この発振
器１０からの電気信号に応じて、励起光発生部２１で
は、中心波長がλ１、λ２で交互に変化する励起光Ｌｐ
が発生し、反射中心波長変調回路２４では、光フィルタ
２３の反射中心波長λｒを周期的に変化させる制御信号
が発生する。励起光発生部２１で発生した励起光Ｌｐ
は、合波器１２を介して光フィルタ２３に送られる。光
フィルタ２３では、反射中心波長λｒが反射中心波長変
調回路２４からの制御信号により制御される。これによ
り、励起光Ｌｐの中心波長と光フィルタ２３の反射中心
波長λｒとが同期した逆相の関係で変化し、励起光Ｌｐ
が能動型光ファイバ１５内を２回往復するようになる。
【００４１】ここで、１つの周期τにおける動作につい
て、図１４及び図１５を用いて具体的に説明する。ま
ず、図１４において実線で示すように、励起光Ｌｐの中
心波長が波長λ１となってから次に同じ波長λ１’とな
るまでの１周期について考える。また、中心波長λ１の
励起光Ｌｐが光フィルタ２３に入射する時間をａとし、
その励起光Ｌｐが、光フィルタ２３を透過し光反射器１
６で反射して光フィルタ２３まで戻ってきた時間、即
ち、励起光Ｌｐが能動型光ファイバ１５内を１往復した
時間をｂとする。この時間ｂにおける励起光Ｌｐの中心
波長はλ２である。また、中心波長λ１の励起光Ｌｐが
能動型光ファイバ１５内を２往復した時間をａ’とし、
この時間ａ’で１周期が経過するものとする。
【００４２】時間ａでは、図１５の上段に示すように、
光フィルタ２３の反射中心波長λｒが波長λ２となるた
め、中心波長λ１の励起光Ｌｐは光フィルタ２３を通過
して能動型光ファイバ１５の一端に入射される。そし
て、中心波長λ１の励起光Ｌｐは、図１４に示したよう
に、能動型光ファイバ１５内を伝播して光反射器１６で
反射され、能動型光ファイバ１５内を逆方向に伝播して
光フィルタ２３に戻される。
【００４３】時間ｂでは、図１５の中段に示すように、
光フィルタ２３の反射中心波長λｒが波長λ１となるた
め、能動型光ファイバ１５内を１回往復した中心波長λ
１の励起光Ｌｐは、光フィルタ２３で反射されて、再び
能動型光ファイバ１５内を往復する。なお、このとき図
１４の破線に示すように、中心波長λ２の励起光Ｌｐが
光フィルタ２３を通過して能動型光ファイバ１５の一端
に入射される。
【００４４】そして、時間ａ’では、図１５の下段に示
すように、光フィルタ２３の反射中心波長λｒが波長λ
２となるため、能動型光ファイバ１５内を２回往復した
中心波長λ１の励起光Ｌｐが、光フィルタ２３を通過し
て合波器１２の方向に進む。またこのとき、新たな中心
波長λ１の励起光Ｌｐが、光フィルタ２３を通過して能
動型光ファイバ１５の一端に入射される。これにより、
能動型光ファイバ１５内を２往復して光パワーの低下し
た中心波長λ１の励起光Ｌｐが、十分な光パワーを持つ
新たな励起光Ｌｐに交換される。
【００４５】このように、各中心波長λ１，λ２の励起
光Ｌｐが能動型光ファイバ１５に入射されると、その励
起光Ｌｐは周期τが経過する間に能動型光ファイバ１５
内を２回往復するようになるため、励起光の変換効率が
高くなり、入射励起光パワーの約７５％が希土類元素の
励起に使用されるようになる。そして、高い変換効率で
励起状態とされた能動型光ファイバ１５に、信号光Ｌｓ
が入射されると、その信号光Ｌｓは、能動型光ファイバ
１５を通過する間に誘導放出作用によって増幅され、光
反射器１６を通過して出力端子Ｔ２から外部に出力され
る。
【００４６】このように本発明の他の基本構成を示す第
２の実施形態では、反射中心波長の可変な光フィルタ２
３を能動型光ファイバ１５の一端に設け、その光フィル
タ２３の反射中心波長λｒと励起光Ｌｐの中心波長とを
同期した逆相の関係で周期的に変化させることによっ
て、能動型光ファイバ１５に入射された励起光Ｌｐは、
１周期が経過する間に能動型光ファイバ１５内を２回往
復するようになるため、励起光の変換効率が高くなっ
て、光ファイバ増幅器の高出力化を図ることが可能とな
る。
【００４７】なお、上記第２の実施形態では、合波器１
２の出力端と能動型光ファイバ１５の一端との間に光フ
ィルタ２３を接続する構成としたが、図１６に示すよう
に、光フィルタ２３は、励起光発生部２１の出力端と合
波器１２の励起光入力端との間に接続しても構わない。
ただしこの場合も上述したように、合波器１２の通過に
よる励起光Ｌｐの損失が励起効率に影響を及ぼすような
ときには、合波器１２と能動型光ファイバ１５の間に光
フィルタ２３を配置したほうがよい。
【００４８】以下、本発明の具体的な構成を示す実施形
態について説明する。まず、第３の実施形態では、上述
した第１の実施形態の基本構成について、上り回線及び
下り回線のそれぞれに対応させた構成を考える。図１７
は、第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示
す図である。図１７において、本光ファイバ増幅器は、
基本的に、透過中心波長可変の光フィルタを用いた上述
の基本構成を上り回線及び下り回線にそれぞれ対応させ
て２つ組み合わせたものである。具体的には、上下回線
に共通な構成として、発振器１０及び励起光発生部１１
を備え、また、上り回線に対応した構成として、合波器
１２1 、光フィルタ１３1 、透過中心波長変調回路１４
1 、能動型光ファイバ１５1 及び光反射器１６1 を備
え、下り回線に対応した構成として、合波器１２ 2 、光
フィルタ１３2 、透過中心波長変調回路１４2 、能動型
光ファイバ１５2及び光反射器１６2 を備える。
【００４９】さらに、励起光発生部１１は、例えば励起
光波長変調回路１１Ａと、励起光源１１Ｂと、光カプラ
１１Ｃと、を備える。励起光波長変調回路１１Ａは、発
振器１０からの信号に応じて、上述の図３に示したよう
に、励起光源１１Ｂで発生する励起光Ｌｐの中心波長を
鋸波形に変化させる制御信号を発生する。この制御信号
に従って、励起光源１１Ｂは、中心波長がλＳからλＬ
まで周期Ｔで変化する励起光Ｌｐを発生する。この励起
光Ｌｐは、光カプラ１１Ｃで２分岐されて、上り回線の
合波器１２1 及び下り回線の合波器１２2 に送られる。
【００５０】このような構成の光ファイバ増幅器では、
上り回線及び下り回線のそれぞれにおいて、上述した第
１の実施形態の場合と同様の動作が行われる。即ち、各
光フィルタ１３1 ，１３2 の透過中心波長λｔ1 ，λｔ
2 が、励起光発生部１１で発生する励起光Ｌｐの中心波
長の変化に一致して変化することで、励起光Ｌｐが各能
動型光ファイバ１５1 ，１５2 内を２回以上往復するよ
うになる。したがって、各回線での励起光の変換効率を
同時に高くすることができる。
【００５１】このように第３の実施形態によれば、透過
中心波長可変の光フィルタを用いた基本構成を、上り回
線及び下り回線に対応させて組み合わせて光ファイバ増
幅器を構成したことによって、１台の光ファイバ増幅器
で上下回線両方の高出力化を図ることが可能となる。次
に、第４の実施形態について説明する。
【００５２】第４の実施形態では、上述した第２の実施
形態の基本構成について、上り回線及び下り回線のそれ
ぞれに対応させた構成を考える。図１８は、第４の実施
形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示す図である。図
１８において、本光ファイバ増幅器は、基本的に、反射
中心波長可変の光フィルタを用いた上述の基本構成を上
り回線及び下り回線にそれぞれ対応させて２つ組み合わ
せたものである。具体的には、上下回線に共通な構成と
して、発振器１０及び励起光発生部２１を備え、また、
上り回線に対応した構成として、合波器１２1 、光フィ
ルタ２３1 、反射中心波長変調回路２４1 、能動型光フ
ァイバ１５1 及び光反射器１６1 を備え、下り回線に対
応した構成として、合波器１２ 2 、光フィルタ２３2 、
反射中心波長変調回路２４2 、能動型光ファイバ１５2
及び光反射器１６2 を備える。
【００５３】さらに、励起光発生部２１は、２つの励起
光源２１Ａ，２１Ｂと、光スイッチ２１Ｃと、光スイッ
チ駆動回路２１Ｄとを備える。励起光源２１Ａは、中心
波長λ１の励起光Ｌｐを連続的に発生して光スイッチ２
１Ｃに送る。また、励起光源２１Ｂは、中心波長λ２の
励起光Ｌｐを連続的に発生して光スイッチ２１Ｃに送
る。光スイッチ２１Ｃは、光スイッチ駆動回路２１Ｄか
らの駆動信号に従って切り替え動作し、励起光源２１Ａ
からの励起光Ｌｐを合波器１２1 に送り、かつ、励起光
源２１Ｂからの励起光Ｌｐを合波器１２2 に送る状態
と、励起光源２１Ａからの励起光Ｌｐを合波器１２2 に
送り、かつ、励起光源２１Ｂからの励起光Ｌｐを合波器
１２1 に送る状態とを周期τで繰り返す。光スイッチ駆
動回路２１Ｄからの駆動信号は、発振器１０から出力さ
れる電気信号に応じて生成される信号である。
【００５４】各光フィルタ２３1 ，２３2 は、各々の反
射中心波長λｒ1 ，λｒ2 が、各反射中心波長変調回路
２４1 ，２４2 からの制御信号により、励起光発生部２
１から各合波器１２1 ，１２2 を介して送られてくる励
起光Ｌｐの中心波長の変化に同期した逆相の関係となる
ように制御される。図１９には、各回線に送られる励起
光Ｌｐの中心波長と、各光フィルタ２３1 ，２３2 の反
射中心波長λｒ1 ，λｒ2 との関係を示す。
【００５５】このような構成の光ファイバ増幅器では、
上り回線及び下り回線のそれぞれにおいて、上述した第
２の実施形態の場合と同様の動作が行われる。即ち、各
光フィルタ２３1 ，２３2 の反射中心波長λｒ1 ，λｒ
2 が、励起光発生部２１から送られてくる励起光Ｌｐの
中心波長の変化に対して、図１９に示したように変化す
ることで、励起光Ｌｐが各能動型光ファイバ１５1 ，１
５2 内を２回往復するようになる。したがって、各回線
での励起光の変換効率を同時に高くすることができる。
【００５６】このように第４の実施形態によれば、反射
中心波長可変の光フィルタを用いた基本構成を、上り回
線及び下り回線に対応させて組み合わせて光ファイバ増
幅器を構成することによっても、１台の光ファイバ増幅
器で上下回線両方の高出力化を図ることが可能となる。
なお、上記第３、４の実施形態では、２つの回線に対応
させた場合を説明したが、もちろん１つの回線に適用し
ても構わない。例えば図２０には、第４の実施形態の構
成を１つの回線に対して提供した一例を示す。また、本
発明は３回線以上の場合にも上記の場合と同様にして応
用可能である。
【００５７】次に、第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態では、第４の実施形態の光ファイバ増幅
器について、励起光発生部に光カプラを用いた他の構成
例につてい説明する。図２１は、第５の実施形態に係る
光ファイバ増幅器の構成を示す図である。図２１におい
て、本光ファイバ増幅器は、第４の実施形態の構成につ
いて、光スイッチを備えた励起光発生部２１に代えて、
光カプラを備えた励起光発生部２１’を用いることを特
徴とする。その他の構成は、第４の実施形態の構成と同
様である。
【００５８】励起光発生部２１’は、励起光源駆動回路
２１Ｅと、２つの励起光源２１Ｆ，２１Ｇと、光カプラ
２１Ｈとから構成される。励起光源駆動回路２１Ｅは、
発振器１０からの電気信号に応じて、各励起光源２１
Ｆ，２１Ｇを交互に駆動する駆動信号を発生する。励起
光源２１Ｆは、励起光源駆動回路２１Ｅからの駆動信号
により中心波長λ１の励起光Ｌｐを発生する。また、励
起光源２１Ｇは、励起光源駆動回路２１Ｅからの駆動信
号により中心波長λ２の励起光Ｌｐを発生する。光カプ
ラ２１Ｈは、２つの入力ポートと２つの出力ポートを有
し、各入力ポートに入力された励起光Ｌｐを２つに分岐
してそれぞれの出力ポートから各合波器１２1 ，１２2
へ出力する。
【００５９】各光フィルタ２３1 ，２３2 は、各々の反
射中心波長λｒ1 ，λｒ2 が、各反射中心波長変調回路
２４1 ，２４2 からの制御信号により、励起光発生部２
１’から各合波器１２1 ，１２2 を介して送られてくる
励起光Ｌｐの中心波長の変化に同期した逆相の関係とな
るように制御される。図２２には、各回線に送られる励
起光Ｌｐの中心波長と、各光フィルタ２３1 ，２３2 の
反射中心波長λｒ1 ，λｒ2 との関係を示す。
【００６０】このように励起光発生部に光カプラを用い
た構成の光ファイバ増幅器によっても、各光フィルタ２
３1 ，２３2 の反射中心波長λｒ1 ，λｒ2 が、励起光
発生部２１’から送られてくる励起光Ｌｐの中心波長の
変化に対して、図２２のように変化することで、励起光
Ｌｐが各能動型光ファイバ１５1 ，１５2 内を２回往復
するようになる。したがって、各回線での励起光の変換
効率を同時に高くすることができる。ただし、励起光発
生部２１’から出力される各励起光Ｌｐは、光カプラ２
１Ｈで２分岐されたものであるため、励起光発生部に光
スイッチを用いた場合と同等の励起光パワーを得るに
は、各励起光源２１Ｆ，２１Ｇの出力光パワーを大きく
する必要がある。
【００６１】次に、第６の実施形態について説明する。
第６の実施形態では、第４の実施形態の光ファイバ増幅
器について、励起光発生部に波長多重（ＷＤＭ）カプラ
を用いた他の構成例につてい説明する。図２３は、第６
の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示す図であ
る。図２３において、本光ファイバ増幅器は、第４の実
施形態の構成について、光スイッチを備えた励起光発生
部２１に代えて、ＷＤＭカプラを備えた励起光発生部２
１’’を用いることを特徴とする。その他の構成は、第
４の実施形態の構成と同様である。
【００６２】励起光発生部２１’’は、励起光源駆動回
路２１Ｉと、２つの励起光源２１Ｊ，２１Ｋと、ＷＤＭ
カプラ２１Ｌとから構成される。励起光源駆動回路２１
Ｉは、発振器１０からの電気信号に応じて、各励起光源
２１Ｊ，２１Ｋを交互に駆動する駆動信号を発生する。
各励起光源２１Ｊ，２１Ｋは、励起光源駆動回路２１Ｉ
からの駆動信号により中心波長λ１の励起光Ｌｐ及び中
心波長λ２の励起光Ｌｐを同時に発生する。ＷＤＭカプ
ラ２１Ｌは、励起光源２１Ｊが接続される第１入力ポー
ト及び励起光源２１Ｋが接続される第２入力ポートと、
合波器１２1 が接続される第１出力ポート及び合波器１
２2 が接続される第２出力ポートを有する。その伝達特
性は、第１入力ポートに中心波長λ１，λ２の光が入力
されると、中心波長λ１の光を第１出力ポートから出力
し、中心波長λ２の光を第２出力ポートから出力する。
また、第２入力ポートに中心波長λ１，λ２の光が入力
されると、中心波長λ１の光を第２出力ポートから出力
し、中心波長λ２の光を第１出力ポートから出力する。
【００６３】このような構成の光ファイバ増幅器では、
各回線に送られる励起光Ｌｐの中心波長と、各光フィル
タ２３1 ，２３2 の反射中心波長λｒ1 ，λｒ2 との関
係が、上記図２２に示した関係と同様となり、励起光Ｌ
ｐが各能動型光ファイバ１５ 1 ，１５2 内を２回往復す
るようになる。したがって、各回線での励起光の変換効
率を同時に高くすることができる。ただし、励起光発生
部にＷＤＭカプラを用いる場合、中心波長λ１，λ２の
励起光を同時に発生する励起光源２１Ｊ，２１Ｋが必要
となるため、励起光発生部に光スイッチを用いた場合の
方が励起光源の構成は簡略なものとなる。
【００６４】なお、上記第５、６の実施形態でも、２つ
の回線に対応させた場合を説明したが、１つの回線や３
回線以上の場合にも応用することができる。例えば図２
４、図２５には、第５、６の実施形態の構成を１つの回
線に対して適用した一例を示す。次に、第７の実施形態
について説明する。
【００６５】第７の実施形態では、例えば、上述した第
２の実施形態の光ファイバ増幅器について、能動型光フ
ァイバ１５の両端に接続していた光フィルタ２３及び光
反射器１６の機能を、能動型光ファイバ１５内に形成し
た回折格子（ファイバグレーティング）により実現した
場合について説明する。図２６は、第７の実施形態に係
る光ファイバ増幅器の構成を示す図である。
【００６６】図２６に示すように、本光ファイバ増幅器
は、第２の実施形態で用いた反射中心波長可変の光フィ
ルタ２３及び光反射器１６の代わりに、光フィルタ領域
としての光フィルタ部１５Ａ及び励起光反射領域として
の光反射部１５Ｂを備えた能動型光ファイバ１５’を用
いたことを特徴とする。その他の構成は、第２の実施形
態の構成と同様である。
【００６７】能動型光ファイバ１５’は、図２７に示す
ように、光ファイバの両端近傍に、回折格子であるファ
イバグレーティング１５ｇが形成される。このファイバ
グレーティング１５ｅは、例えば、光ファイバ内部のコ
アに対して外部から紫外線照射等を行うことにより、周
期的な屈折率変化を与えてフィルタ特性を持たせたもの
である。
【００６８】一般に、ファイバグレーティングの反射中
心波長は、その屈折率に大きく依存する。したがって、
その屈折率を圧力、張力、音波、超音波、振動および温
度などによって変化させることにより、ファイバグレー
ティングの反射中心波長を可変することができる。ここ
では、能動型光ファイバの励起光入射側（図で左側）に
形成されたファイバグレーティング１５ｅの周辺に、例
えば電極１５ｅ等を設けることで反射中心波長可変の光
フィルタ部１５Ａが構成される。この光フィルタ部１５
Ａは、所定の波長範囲の励起光Ｌｐのみを反射する第２
の実施形態の光フィルタ２３と同様の特性を持ち、その
反射中心波長λｒが、電極１５ｅに印加される反射中心
波長変調回路２４からの制御信号に応じて変化する。
【００６９】一方、能動型光ファイバの励起光入射側と
は反対側（図で右側）に形成されたファイバグレーティ
ング１５ｅにより構成される光反射部１５Ｂは、第２の
実施形態の光反射器１６の特性と同様に、信号光Ｌｓを
透過し、すべての波長の励起光Ｌｐを反射する特性を有
する。上記のような能動型光ファイバ１５’を用いた構
成の光ファイバ増幅器では、光フィルタ部１５Ａの反射
中心波長λｒが、励起光発生部２１から送られてくる励
起光Ｌｐの中心波長の変化に同期した逆相の関係で変化
し、励起光Ｌｐが光フィルタ部１５Ａと光反射部１５Ｂ
の間で反射されて能動型光ファイバ１５内を２回往復す
るため、第２の実施形態の場合と同様に励起光の変換効
率を高くすることができる。この効果に加えて、能動型
光ファイバ１５’を用いることで、光フィルタ２３や光
反射器１６の挿入損失や接続損失がなくなるため、励起
光の変換効率をより高くすることができ、光ファイバ増
幅器の構成も簡略化される。
【００７０】次に、第８の実施形態について説明する。
第８の実施形態では、例えば、上述した第１の実施形態
の光ファイバ増幅器について、能動型光ファイバ１５の
両端に接続していた光フィルタ１３及び光反射器１６の
機能を、能動型光ファイバ１５内に形成した回折格子
（ファイバグレーティング）により実現した場合につい
て説明する。
【００７１】図２８は、第８の実施形態に係る光ファイ
バ増幅器の構成を示す図である。図２８に示すように、
本光ファイバ増幅器は、第１の実施形態で用いた透過中
心波長可変の光フィルタ１３及び光反射器１６の代わり
に、光フィルタ領域としての光フィルタ部１５Ｃ及び励
起光反射領域としての光反射部１５Ｂを備えた能動型光
ファイバ１５’’を用いたことを特徴とする。その他の
構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
【００７２】能動型光ファイバ１５’’は、図２９に示
すように、励起光入射側（図で左側）の一端近傍に、上
記第７の実施形態で能動型光ファイバ１５’に形成した
反射中心波長可変の光フィルタ部１５Ａと同様の構成
を、光ファイバの長手方向に２つ直列に配置すること
で、透過中心波長の可変な光フィルタ部１５Ｃを形成す
る。図３０の透過特性図に示すように、直列に配置され
た２つの反射中心波長可変型光フィルタの各反射中心波
長λra，λrb間に所定の波長差を与えることにより、波
長λraと波長λrbの間に一定の波長範囲の透過領域が形
成され、この領域の中心が透過中心波長λｔとなる。こ
の透過中心波長λｔは、電極１５ｅに印加される反射中
心波長変調回路１４からの制御信号に応じて変化する。
能動型光ファイバの励起光入射側とは反対側（図で右
側）の他端近傍には、ファイバグレーティングを施した
上記第７の実施形態の場合と同様の光反射部１５Ｂが形
成される。
【００７３】このような能動型光ファイバ１５’’を用
いた構成の光ファイバ増幅器では、光フィルタ部１５Ｃ
の透過中心波長λｔが、励起光発生部２１から送られて
くる励起光Ｌｐの中心波長に一致して変化し、励起光Ｌ
ｐが、光フィルタ部１５Ａと光反射部１５Ｂの間で反射
されて能動型光ファイバ１５内を２回以上往復するよう
になり、加えて、光フィルタ２３や光反射器１６の挿入
損失や接続損失がなくなるため、励起光の変換効率を一
層高くすることができる。また、第１の実施形態の構成
に比べて光ファイバ増幅器の構成も簡略化できる。
【００７４】なお、上記第７、８の実施形態では、反射
中心波長λｒまたは透過中心波長λｔを制御するために
電極１５ｅを設ける構成としたが、本発明はこれに限ら
ず、例えばヒータまたはクーラや、コイル、圧力素子な
どをファイバグレーティング１５ｇの周辺に設けるよう
にしてもよい。また、第２または第１の実施形態につい
て、ファイバグレーティング等を形成した能動型光ファ
イバ１５’または１５’’を適用した場合を説明した
が、もちろん第４〜６の実施形態または第３の実施形態
に適用することもできる。さらに、能動型光ファイバに
形成されるファイバグレーティングは、その長手方向に
ついての反射中心波長及び単位長さあたりの反射率が、
均一であっても異なる値をとるようにしても構わない。
長手方向の反射中心波長または反射率を適宜に設定すれ
ば、光ファイバ増幅器の高出力化や雑音指数の低減を図
ることも可能である。
【００７５】また、上述した第１〜８の実施形態では、
前方励起の場合の構成について説明したが、本発明は前
方励起に限らず、後方励起や双方向励起の場合にも応用
することが可能である。ただし、双方向励起の場合に
は、前方から供給される励起光の波長と後方から供給さ
れる励起光の波長とを異なる波長に設定し、それぞれの
方向の励起光に対応させて上述した実施形態の各構成を
設けるようにする。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バ増幅器によれば、励起光の中心波長を周期的に変化さ
せ、その変化に一致させて透過中心波長可変型光フィル
タの透過中心波長を変化させるようにしたことによっ
て、能動型光ファイバ内に入射された励起光が、透過中
心波長可変型光フィルタと励起光反射手段との間で反射
して能動型光ファイバ内を２回以上往復するようになる
ため、励起光の変換効率を非常に高くすることができ、
光ファイバ増幅器の高出力化を図ることが可能である。
また、反射中心波長可変型光フィルタを用い、その反射
中心波長を励起光の中心波長の変化と互いに異なるよう
に変化させても、励起光が能動型光ファイバ内を２回往
復するようになるため、励起光の変換効率を高くして光
ファイバ増幅器の高出力化を図ることができる。
【００７７】さらに、上記の光ファイバ増幅器は、複数
の回線に対応させた構成も可能でああり、各回線につい
ての能動型光ファイバにおける励起光の変換効率を同時
に向上させることができる。加えて、能動型光ファイバ
の両端近傍に光フィルタ領域や励起光反射領域を設けた
ことにより、励起光を能動型光ファイバ内で２回はたは
それ以上往復させる機能を持つ能動型光ファイバが提供
できる。その能動型光ファイバを用いて光ファイバ増幅
器を構成すれば、光フィルタや励起光反射手段の挿入損
失及び接続損失が低減されるため、励起光の変換効率を
一層高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す第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２】同上第１の実施形態における励起光中心波長成
分のスペクトルを示す図である。
【図３】同上第１の実施形態における励起光中心波長の
時間変化を示す図である。
【図４】同上第１の実施形態における光フィルタの透過
特性を示す図である。
【図５】同上第１の実施形態における光フィルタの反射
特性を示す図である。
【図６】同上第１の実施形態について１周期の間の動作
を説明する第１図である。
【図７】同上第１の実施形態について１周期の間の動作
を説明する第２図である。
【図８】同上第１の実施形態に関する他の構成例を示す
図である。
【図９】本発明の他の基本構成を示す第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１０】同上第２の実施形態における励起光中心波長
成分のスペクトルを示す図である。
【図１１】同上第２の実施形態における励起光パワーの
時間変化を示す図である。
【図１２】同上第２の実施形態における光フィルタの透
過特性を示す図である。
【図１３】同上第２の実施形態における光フィルタの反
射特性を示す図である。
【図１４】同上第２の実施形態について１周期の間の動
作を説明する第１図である。
【図１５】同上第２の実施形態について１周期の間の動
作を説明する第２図である。
【図１６】同上第２の実施形態に関する他の構成例を示
す図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図１８】本発明の第４の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図１９】同上第４の実施形態における励起光の中心波
長と光フィルタの反射中心波長との関係を示す図であ
る。
【図２０】同上第４の実施形態に関する他の構成例を示
す図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図２２】同上第５の実施形態における励起光の中心波
長と光フィルタの反射中心波長との関係を示す図であ
る。
【図２３】本発明の第６の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図２４】第５の実施形態に関する他の構成例を示す図
である。
【図２５】第６の実施形態に関する他の構成例を示す図
である。
【図２６】本発明の第７の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図２７】同上第７の実施形態における能動型光ファイ
バの構成を示す図である。
【図２８】本発明の第８の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図２９】同上第８の実施形態における能動型光ファイ
バの構成を示す図である。
【図３０】同上第８の実施形態における光フィルタ部の
透過特性を示す図である。
【図３１】従来の光ファイバ増幅器の基本的な構成の一
例を示す図である。
【図３２】従来の光反射器を付加した光ファイバ増幅器
の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…発振器 １１，２１，２１’，２１”…励起光発生部 １２，１２1 ，１２2 …合波器 １３，１３1 ，１３2 …透過中心波長可変の光フィルタ １４，１４1 ，１４2 …透過中心波長変調回路 １５，１５1 ，１５2 …能動型光ファイバ １６，１６1 ，１６2 …光反射器 ２３，２３1 ，２３2 …反射中心波長可変の光フィルタ ２４，２４1 ，２４2 …反射中心波長変調回路 １１Ａ…励起光波長変調回路 １１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｊ，２
１Ｋ…励起光源 １１Ｃ，２１Ｈ…光カプラ １５Ａ…反射中心波長可変の光フィルタ部 １５Ｂ…光反射部 １５Ｃ…透過中心波長可変の光フィルタ部 １５ｅ…電極 １５ｇ…ファイバグレーティング ２１Ｃ…光スイッチ ２１Ｄ…光スイッチ駆動回路 ２１Ｅ，２１Ｉ…励起光源駆動回路 ２１Ｌ…ＷＤＭカプラ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】予め設定した繰り返し周波数の信号を発生
    する信号発生手段と、 該信号発生手段からの信号に基づいて中心波長が周期的
    に変化する励起光を発生する励起光発生手段と、 希土類元素をドープした能動型光ファイバと、 前記励起光発生手段から出力される励起光を前記能動型
    光ファイバの一端に入射させる励起光入射手段と、 前記励起光発生手段から前記能動型光ファイバの一端に
    至る光路中に挿入され、前記励起光の波長変化範囲より
    も狭い透過波長帯域を有し、該透過波長帯域の透過中心
    波長が、前記信号発生手段からの信号を基に前記励起光
    の中心波長に一致するように変化する透過中心波長可変
    型光フィルタと、 前記能動型光ファイバの他端に設けられ、励起光を反射
    し、かつ、信号光を透過する励起光反射手段と、を備
    え、 前記能動型光ファイバに入射し前記励起光反射手段で反
    射した励起光が、前記透過中心波長可変型光フィルタに
    おいて少なくとも１回反射されるように、前記励起光の
    中心波長及び前記透過中心波長可変型光フィルタの透過
    中心波長が変化する構成としたことを特徴とする光ファ
    イバ増幅器。
  2. 【請求項２】前記透過中心波長可変型光フィルタは、前
    記透過中心波長が前記励起光の中心波長に同期し、か
    つ、同相の関係で変化することを特徴とする請求項１記
    載の光ファイバ増幅器。
  3. 【請求項３】前記励起光の中心波長及び前記透過中心波
    長可変型光フィルタの透過中心波長は、時間変化が鋸波
    形であることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ増
    幅器。
  4. 【請求項４】前記能動型光ファイバは、励起光の波長変
    化範囲よりも狭い透過波長帯域を有し、該透過波長帯域
    の透過中心波長が可変で、かつ、信号光を透過する透過
    中心波長可変型の回折格子が前記一端の近傍に配置され
    た光フィルタ領域を備え、該光フィルタ領域が、前記透
    過中心波長可変型光フィルタとして機能することを特徴
    とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバ
    増幅器。
  5. 【請求項５】前記光フィルタ領域は、光ファイバの長手
    方向に直列接続され、互いの反射中心波長の間に所定の
    波長差を有する２つの反射中心波長可変型の回折格子を
    備えたことを特徴とする請求項４記載の光ファイバ増幅
    装置。
  6. 【請求項６】複数の回線に対応した光ファイバ増幅器に
    おいて、 前記能動型光ファイバ、前記励起光入射手段、前記透過
    中心波長可変型光フィルタ及び前記励起光反射手段が、
    前記複数の回線毎にそれぞれ設けられ、 前記信号発生手段が、前記制御信号を前記励起光発生手
    段及び前記各透過中心波長可変型光フィルタにそれぞれ
    送り、 前記励起光発生手段が、前記励起光を前記各励起光入射
    手段にそれぞれ送る構成としたことを特徴とする請求項
    １〜５のいずれか１つに記載の光ファイバ増幅器。
  7. 【請求項７】予め設定した繰り返し周波数の信号を発生
    する信号発生手段と、 該信号発生手段からの信号に基づいて中心波長が周期的
    に変化する励起光を発生する励起光発生手段と、 希土類元素をドープした能動型光ファイバと、 前記励起光発生手段から出力される励起光を前記能動型
    光ファイバの一端に入射させる励起光入射手段と、 前記励起光発生手段から前記能動型光ファイバの一端に
    至る光路中に挿入され、前記励起光の波長変化範囲より
    も狭い反射波長帯域を有し、該反射波長帯域の反射中心
    波長が、前記信号発生手段からの信号を基に前記励起光
    の中心波長と互いに異なるように変化する反射中心波長
    可変型光フィルタと、 前記能動型光ファイバの他端に設けられ、励起光を反射
    し、かつ、信号光を透過する励起光反射手段と、を備
    え、 前記能動型光ファイバに入射し前記励起光反射手段で反
    射した励起光が、前記反射中心波長可変型光フィルタに
    おいて１回反射されるように、前記励起光の中心波長及
    び前記反射中心波長可変型光フィルタの反射中心波長が
    変化する構成としたことを特徴とする光ファイバ増幅
    器。
  8. 【請求項８】前記反射中心波長可変型光フィルタは、前
    記反射中心波長が前記励起光の中心波長に同期し、か
    つ、逆相の関係で変化することを特徴とする請求項７記
    載の光ファイバ増幅器。
  9. 【請求項９】前記信号発生手段は、前記反射中心波長可
    変型光フィルタ及び前記励起光反射手段の間を前記励起
    光が往復するのに要する時間の逆数に等しい繰り返し周
    波数の信号を発生することを特徴とする請求項７または
    ８記載の光ファイバ増幅器。
  10. 【請求項１０】前記励起光の中心波長及び前記反射中心
    波長可変型光フィルタの反射中心波長は、時間変化が方
    形波または正弦波であることを特徴とする請求項７〜９
    のいずれか１つに記載の光ファイバ増幅器。
  11. 【請求項１１】前記能動型光ファイバは、励起光の波長
    変化範囲よりも狭い反射波長帯域を有し、該反射波長帯
    域の反射中心波長が可変で、かつ、信号光を透過する反
    射中心波長可変型の回折格子が前記一端の近傍に配置さ
    れた光フィルタ領域を備え、該光フィルタ領域が、前記
    反射中心波長可変型光フィルタとして機能することを特
    徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の光ファ
    イバ増幅器。
  12. 【請求項１２】複数の回線に対応した光ファイバ増幅器
    において、 前記能動型光ファイバ、前記励起光入射手段、前記反射
    中心波長可変型光フィルタ及び前記励起光反射手段が、
    前記複数の回線毎にそれぞれ設けられ、 前記信号発生手段が、前記制御信号を前記励起光発生手
    段及び前記各反射中心波長可変型光フィルタにそれぞれ
    送り、 前記励起光発生手段が、前記励起光を前記各励起光入射
    手段にそれぞれ送る構成としたことを特徴とする請求項
    ７〜１１のいずれか１つに記載の光ファイバ増幅器。
  13. 【請求項１３】前記励起光発生手段は、励起光を発生す
    る励起光源と、前記信号発生手段からの信号に基づい
    て、前記励起光源で発生する励起光の中心波長を変調す
    る励起光変調回路と、を備えて構成されたことを特徴と
    する請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光ファイバ
    増幅器。
  14. 【請求項１４】前記励起光発生手段は、中心波長の異な
    る励起光を発生する複数の励起光源と、該各励起光源か
    らの励起光をそれぞれ入力し、少なくとも１つの励起光
    を選択して出力可能な光スイッチと、前記信号発生手段
    からの信号を基に前記光スイッチを駆動させる駆動信号
    を発生する光スイッチ駆動回路と、を備えて構成された
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載
    の光ファイバ増幅器。
  15. 【請求項１５】前記励起光発生手段は、中心波長の異な
    る励起光を発生する複数の励起光源と、前記信号発生手
    段からの信号を基に前記各励起光源の駆動状態を制御す
    る励起光源駆動回路と、前記各励起光源からの励起光を
    それぞれ入力して前記励起光入射手段へ出力する光カプ
    ラと、を備えて構成されたことを特徴とする請求項１〜
    １２のいずれか１つに記載の光ファイバ増幅器。
  16. 【請求項１６】前記励起光発生手段は、中心波長の異な
    る２種類の励起光を発生する２つの励起光源と、前記信
    号発生手段からの信号を基に前記各励起光源の駆動状態
    を制御する励起光源駆動回路と、前記各励起光源からの
    励起光を入力し波長合成して前記励起光入射手段へ出力
    する波長多重カプラと、を備えて構成されたことを特徴
    とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光ファイ
    バ増幅器。
  17. 【請求項１７】前記能動型光ファイバは、励起光を反射
    し、かつ、信号光を透過する回折格子が前記他端の近傍
    に配置された励起光反射領域を備え、該励起光反射領域
    が、前記励起光反射手段として機能することを特徴とす
    る請求項１〜１６のいずれか１つに記載の光ファイバ増
    幅器。
  18. 【請求項１８】前記信号発生手段は、前記繰り返し周波
    数が１００ｋＨｚ以上で、かつ、１００ＭＨｚ以下であ
    ることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記
    載の光ファイバ増幅器。
  19. 【請求項１９】希土類元素をドープした能動型光ファイ
    バにおいて、 入射される励起光の波長変化範囲よりも狭い透過波長帯
    域を有し、該透過波長帯域の透過中心波長が可変で、か
    つ、信号光を透過する透過中心波長可変型の回折格子が
    一端近傍に配置された光フィルタ領域と、 励起光を反射し、かつ、信号光を透過する回折格子が他
    端近傍に配置された励起光反射領域と、 を備えて構成されたことを特徴とする能動型光ファイ
    バ。
  20. 【請求項２０】希土類元素をドープした能動型光ファイ
    バにおいて、 入射される励起光の波長変化範囲よりも狭い反射波長帯
    域を有し、該反射波長帯域の反射中心波長が可変で、か
    つ、信号光を透過する反射中心波長可変型の回折格子が
    一端近傍に配置された光フィルタ領域と、 励起光を反射し、かつ、信号光を透過する回折格子が他
    端近傍に配置された励起光反射領域と、 を備えて構成されたことを特徴とする能動型光ファイ
    バ。
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