JPS60120585A - 光増幅方法および光増幅装置 - Google Patents

光増幅方法および光増幅装置

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JPS60120585A
JPS60120585A JP22964883A JP22964883A JPS60120585A JP S60120585 A JPS60120585 A JP S60120585A JP 22964883 A JP22964883 A JP 22964883A JP 22964883 A JP22964883 A JP 22964883A JP S60120585 A JPS60120585 A JP S60120585A
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JP
Japan
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light
core
signal light
fiber
pump light
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JP22964883A
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English (en)
Inventor
Kenichi Kitayama
研一 北山
Yukinori Ishida
石田 之則
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping

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  • Plasma & Fusion (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバ通信分野において、光ファイバを用
いて信号光の光増幅を行なう技術に関するものである。
第1図は従来の誘導ラマン散乱あるいは4光子混合を利
用した光ファイバにおける光増幅方法の概念回である。
第1図において、1はポンプ光、2は信号光、3は全反
射ミラー、4はハーフミラ−,5は集光用レンズ、6は
光増幅用光ファイバ、7は分波器である。
先ず、光7アイパの誘導ラマン散乱あるいは4光子混會
を利用した光増幅の原理を簡凰に説明する。光ファイバ
に強力なパワーをもつ光(ポンプ光と呼ぶ)を伝搬させ
ると、光フアイバ材料である石英の第3次非1線形効果
によってポンプ光と興なる波長の光(ポンプ光よシ長波
長の場合にはストークス光、逆の場合には反ストークス
元と呼ぶ)を発生サセることができる。即ち、ポンプ光
のパワーの一部を他の波長に変換させることができる。
誘導ラマン散乱においてはストークス光のみを発生し。
ポンプ光波長λ、とストークス光波長λ8 との間には なる関係がFli、シ立つ、ここで周波数シフト量ΔV
は石英系光ファイバでは約450c1n−’ である。
一方、4光子混合ではストークス光および反ストークス
光を発生し1反ストークス光波長をλAsとすると次の
関係が成シ立り。
誘導ラマン散乱との相違点は、ΔVが光ファイバの分散
によって変化すること1反ストークス光を発生すること
である。さて、信号光を増幅するためには、誘導2マン
散乱、4光子混合の何れを利用する場合も、ストークス
光波長に一致した信号光を光ファイバに入射させること
によって行なうことができる。なぜならば、光の発生と
増幅は物理的には同じ意味を持つものであるからである
第1図に示す従来の光増幅方法では、ポンプ光と信号光
を同一コア内に入射させていたため、光増幅用元ファイ
バの入射端にはポンプ光と信号光を一緒に入射させるた
めの合波用ハーフミラ−を必要とし、出射端には波長の
興なるこれら2つの光波を分けるための分波器を必要と
した。また。
この方法において効率よく光増幅を行なうためには、ポ
ンプ光と信号光を合波した直後で2つの光波の光軸を正
確に一致させ光ファイバに効率よく合波光を入射させね
ばならないが、そのため光学系を振動に対して安定に保
ち、かつ小型化する必要があシ、これらの事柄が技術的
に極めて内錐であった。さらに光フアイバ出射端に設置
する分波器も小型、軽量化することは容易ではない。以
上の理由から、従来の光増幅方法を光フアイバ通信方式
において実用化する場合には、装置の保守に十分注意を
払わねばならず、さらに小型化が難しいため中継路内で
光増幅を行なう場合に4窒間的に適用場所が制限される
という欠点があった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので。
装置の保守が容易で、適用場所の制限を受けることの少
い光増幅方法および装置を提供することを目的とする。
まず1本発明の特徴について述べると1本発明の方法は
、ポンプ光を導波する少なくとも1つのコアと、信号光
を導波する他のコアが存在する多コアファイバ内で、信
号光を、ポンプ光を導波するコアに選択的に結合させ、
もしくは、ポンプ光を信号光を導波するコアに選択的に
結合させ、光ファイバのもつ非線形光学効果である誘導
ラマン散乱あるいは4光子混合によシ信号光を増幅し。
信号光とポンプ光が再び分離する位置で増幅された(g
号光のみを取ル出すことを特徴とする。、また本発明の
装置は、ポンプ光を導波する少なくとも1つのコアと、
信号光を導波する他のコアを有する多コア光ファイバよ
シなる光増幅部と、ポンプ光および信号光をそれぞれ多
コア光ファイバの異なるコアに導くための光ファイバと
、信号光を取シ出すための光ファイバとを具備してなる
ことを特徴とする。
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。
第2図は実施例であって、1はポンプ光、2は信号光、
13はポンプ光伝搬用光ファイバ、14は信号光伝ばん
用元ファイバ、15は元増幅用多コアファイバであり、
13と15および14と1−5の光フアイバ同士の接続
は、多コアファイバのコア間に光波の結合を生ぜしめる
必要性から若干の工夫を要し1次の第3〜5図に示す2
種類の方法によってなされている。本実施例の特徴は。
ポンプ光1および信号光2を光ファイバ13゜14を用
いて多コアファイバ15のそれぞれ異なるコアに入射せ
しめ、また、出射光もそれぞれ別個の光ファイバで取シ
出している点であ)、第1図に示す従来法のように合波
用ハーフミラ−や分波器を用いていないことである。な
お1本実施例では多コアファイバのコア数は2個である
が、コア数はこれに限られるものではなく、:2アを3
gA以上有するマルチエアファイバについても本実施例
と同様のものが考えられる。第3図には、ポンプ光およ
び信号光伝搬用ファイバ13.14の先端部を加熱延伸
することによってテーパ状に細径化し、それぞれのコア
を多コアファイバのコア16に融N接続する方法を示し
ている。光ファイバを所望の径にテーパ加工する技術お
よび複数のファイバを一括融着接続する技術は公知のも
のとして確立されている。第4図は、ポンプ光および信
号光伝搬用ファイバとして第5図に示すような断面形状
の偏心コア7をもつファイバを多コアファイバに融W接
続する方法を示しており、この場合も偏心コアファイバ
の製造法としては従来用いられている光フアイバ製造法
で%MCVD 法あるいはVAD法で作製したコア母材
を石英管に挿入アの屈折率、コア径、コア間隔について
風体的な数値例を示す。いま、4光子混会を用いた光増
幅を考え、1例として第6図のような1対の応力付与部
1Bを左右に配した偏波保存ファイバコア19と通常の
コア2oをもつ多コア光ファイバを考える。この種の多
コアファイバも先のaラドインチューブ法で作製するこ
とができ、既に作製例は知られている。偏波保存ファイ
バコア19の複屈折の値を1.8XIQ”’4 とし、
ポンプ光波長をNd : YAGレーザの発振aiテア
ルλp=1.064μmとすれば式(2)の周波数シフ
ト量ΔVは光導波理論による計算よシ*1772cm−
’、ス)−ジス光の波長、即ち信号光の波長はλ =1
.311μmとなる。本実施例では、ポンプ光を応力付
与部18を有する偏波保存ファイバコア19に伝!させ
ているが、偏波保存ファイバにおける4光子混合におい
ては、ストークス光波長を光ファイバに曲げ、あるいは
応力を付与することによって可変することが可能である
。光増幅の観点からみれば。
ストークス光波長が信号光波長が完全に一致したときに
位相整合条件が満たされ、最も効率良く信号光が増幅で
きる。したがって、ストークス光波長を可変することが
できる偏波保存コアづバを用いれば、信号光波長に対し
て位相整合条件を#1ぼ完全に満たすことができるとい
う利点がある。 ′この錘の多コアファイバにおいて信
号光波長においてのみ結合を十分に生ぜしめ、ポンプ光
波長において結合が十分に小さい、あるいはポンプ光波
長においてのみ結合が十分に生ぜしめ、信号光波長にお
ける結合が十分に小さいという、いわゆる波長選択性の
ある光波の結合を実現することによって、いずれか一方
のコアにポンプ光と信号光とを同時に伝搬させ得る。し
たがって従来法のように入射端でポンプ光と信号光の合
波を行なう代シに多コアファイバ内で行なえるので、従
来法と同様の光増幅を得ることができる。第7図は第6
図のコア19および2oを伝搬する光ファイバの最低次
導波モードLPoユモードの規格化伝搬定数β/にと波
数にの関係の1例を示したもので、信号光波長λ8で両
コアのLP。、モードの規格化伝搬定数は等しくなって
おシ、ポンプ光波長λ、では両者の値は異なっている。
この場合のコアとクランド部の屈折率差Δは0.4%、
0.11.コア半径aは2・9μm、7m4μmである
。第8図はそのときのポンプ光および信号光パワーの結
合の様子をファイバ長2に対して示したもので、縦軸の
1は入射パワーがそのコアに100*存在することを意
味し、0は入射パワーが全てもう一方のコアに結合した
状態を表わしており、実線は信号光パワー、破線はポン
プ光パワーである。パワーの2に対する変化は周期的で
あり、信号光のパワーは1001の効率で他のコアに結
合するが、ポンプ光パワーは信号光よシも短周期で変化
し、かつその結合の効率もわずかである。第9図は、信
号光の結合動車を100%に保ちつつ、ポンプ光の結合
を出来る限り小さくするために設計されたコア径a I
a および比屈折率差Δ2をポンプ光2 にシけるV値の比V、2/V、工に対して示したもので
、Δ、=0.4係の場合である。なおV(直は、V =
 2 x n 1a 6/λ tllで定義される規格
化周波数で、 Il’iはコアの屈折率である。この場
合第6図におけるコア19が(a2.Δ2)をもつコア
に対応し、コア20が(a□、Δ□)に対応している。
例えば、vp1/vp2=2の場合のファイバパラメー
タの設計値は、第9図よシΔ=0.4係に対してΔ2=
0.184゜コア径はa; 3μm b a2 =8e
 5μmとなる。
!10図はコア間の最短部の距離tを5Itrn とし
たときのポンプ光の結合効率をポンプ光におけるV値の
比vp2/vp工に対して示したものである。
なお、信号光における結合効率は1oosである。
第10図よシ、V、2/Vpユく2ではポンプ光の結合
効率を10俤以下と十分小さく抑制することができるこ
とがわかる。コア間隔tの値を大きくするにつれて結合
は弱くなり、第8図の結合周期は長くなるので、実用的
でないが第3〜5図に示したファイバ接続を容易にする
ためにもある程度の間隔が必要となル1両者を考慮に入
れると結局コア間隔tは5μm程度が適当と思われる。
次に、光増幅の機構について説明する。信号光の光増幅
は信号のパワーがポンプ光が伝搬しているコアに移行し
たときに生じ、その増幅度はポンプパワーの強さに依存
するが、長さ6Sの偏波保存光ファイバを光増幅用ファ
イバとして用い、Nd : YAGレーザ(λp=’1
.064μm)を用いた予備実験では、尖頭値約50W
のボンプノくワーに対して、信号光を約6000倍増幅
することができた。
出射端でのポンプ光と信号光の完全な分離は光増幅用フ
ァイバの長さを第8図における結合効率を共に1となる
ように選択する。すなわちポンプ光と信号光が完全に分
離されている長さに選定することによって実現できる。
最後に1本発明を光フアイバ通信方式において信号光増
幅を中継器内で行なう場合に適用した際の実施例につい
て述べる。第11図において111は中継器、112は
中継系元ファイノくケーブル。
113はポンプ用光源、114は光フアイバ接続点であ
る。図よシわかるように、112からの信号光および1
13からのポンプ光を15の光増幅用多コアファイバに
入射させ、信号光を再び取シ出す、この例から吃明らか
なように、112を通して送信するにあたって1合波用
ノ1−フミラーや分波器を用いる必要がなく装置の栴成
が至って簡単であることがわかる。
以上説明したように1本発明によれば、光増幅用光ファ
イバとして多コアファイバを用い、ポンプ光と信号光を
それぞれ別個の光コアイノ(内を伝搬させ、多コアファ
イバのそれぞれ墨なるコアに入射させるようにする。し
たがって1例えば元ファイバ通信方式において光増幅を
行なう場合には。
精密な位置合わせを必要とするポンプ光と信号光の合波
部および、信号光をポンプ光と分離して再び中継系光フ
アイバケーブルに送り出す出射部を。
光フアイバ同志の接続という既に確立され保守。
維持が容易な技術に置き換えることができるので。
極めて実用上有利であり、装置の保守が容易であると共
に装置の小mtヒが可能となって狭い場所でも光増幅を
行うことができる。よって、今後、近い将来の長距離・
無中継大容量光伝送方式への適用が十分に期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光増幅法の概念図、第2図は本発明の一
実施例を示す概略構成図、第3図および第4図は光ファ
イバ融11接続方法を示す説明図。 第5図は偏心コアファイバの断面図、第6図は応力付与
部を持たせた多コアファイバの断面図、第7図はLPo
、モードの規格化伝搬定数と波数との関係を示す図%第
8図は結合効率の距離依存性を示す図、第9図は本実施
例に最適な2つのコアのコア径および比屈折率差のV、
2/ V、、に対する変化を示す図、第10図はポンプ
光の結合効率とvp2 / vpiとの関係を示す図、
第11図は本発明を光フアイバ通信方式において中継器
内で実施する場合の実施例を示す図である。 1・・・・・・ポンプ光、2・・・・・・信号光、13
・・・・・・ポンプ光伝搬用ファイバ%14・・・・・
・信号)Yl、伝搬用フ丁イノ(。 15・・・・・・光増幅用多コアファイバ、1G・・・
・・・多コアファイバのコア、17・・・・・・偏心コ
アコアイノ(のコア、18・・・・・・応力付与部、1
9・・・・・・偏波保存ファイバ用コア、20・・・・
・・通常のコア、111・・・・・・中継器、112・
・・・・・中継伝送用ケーブル、113・・・・・・ポ
ンプ用レーザ光源。 出願人 日本冒信区話公社 −5、 第1図 第2図 第5図 第9図 第1O図 1 2 3゜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ポンプ光を導波する少なくとも1つのコアと。 信号光を導波する他のコアが存在する多コアファイバ内
    で、信号光をポンプ光を導波するコアに選択的に結合さ
    せ、もしくは、ポンプ光を信号光を導波するコアに選択
    的に結合させ、光ファイバのもつ非線形光学効果である
    誘導ラマン散乱あるいは4光子混会にょ多信号光を増幅
    し。 信号光とポンプ光が再び分離する位置で増幅された信号
    光のみを@シ出すことを特徴とする光増幅方法。
  2. (2)ポンプ光を導波する少なくとも1つのコアと。 信号光を導波する他のコアを有する多コア光ファイバよ
    シなる元増幅部と、ポンプ光および信号光をそれぞれ多
    コア光ファイバの興なるコアに導くための光ファイバと
    、信号光を取シ出すための光ファイバと1kA儂してな
    ることを特徴とする光増幅装置。
JP22964883A 1983-12-05 1983-12-05 光増幅方法および光増幅装置 Pending JPS60120585A (ja)

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