JPS60145694A - 光増幅器及び増幅方法 - Google Patents

光増幅器及び増幅方法

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JPS60145694A
JPS60145694A JP59261657A JP26165784A JPS60145694A JP S60145694 A JPS60145694 A JP S60145694A JP 59261657 A JP59261657 A JP 59261657A JP 26165784 A JP26165784 A JP 26165784A JP S60145694 A JPS60145694 A JP S60145694A
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JP
Japan
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signal
optical
wavelength
pump
fiber
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JP59261657A
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English (en)
Inventor
ケビン　クリストフアー　バイロン
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STC PLC
Original Assignee
Standard Telephone and Cables PLC
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
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    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/307—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in a liquid

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  • Optical Communication System (AREA)
  • Semiconductor Lasers (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】 産業上の利用分野 本発明は光増幅器、特に光信号を電気信号に変換するこ
となく増幅する手段とイの方法に関する。
本発明はある長さの光ファイバと、パルス化されＩ（ポ
ンプ信号を出力する半導体レーザ及びその駆動手段と、
増幅さるべぎ第１の波長の光信号用の入力端どポンプ信
号用の入力端と該光ファイバの入力端へ接続された出力
端とを右するカプラ手段とよりなり、使用時に該光ファ
イバは第２の波長を持つポンプ信号により光学的にポン
プされ、その際第１の波長がポンプ信号に対する−又は
それ以上のストークスシフトに対応した第１の波長で利
得が得られるよう構成した光増幅器を提供−りる。
本発明はまた第２の波長のパルス化されたポンプ信号を
半導体レーザを用いて発生させる段階と、第１の光信号
とポンプ信号をある長さの光ファイバの中で同時に結合
する段階とよりなり、第１の波長がポンプ信号波長から
の１ストークスシフ１−に対応し、光フアイバ内の誘導
ラマン散乱により第１の光信号の利得を得ることを９．
′ｆ徴と覆る、第１の波長の第１の光信号を増幅りる方
法を提供Ｊる。
従来の技術 低損失光ファイバ導波路内の誘導ラマン散乱は高い効率
で複数のストークスシフトを小「しぬることにより注目
されＣいた。この効果はファイバ診断測定のためのパル
ス化されＩＣｌ１ｊｌ調ｉｊＪ能踪を！ｊえるものとし
て利用されている（Ｃｏｌ＋ｃｎ、　Ｌ、　Ｇ。
、及びＬｉｎ、Ｇ、、ｒｌｉ［Ｒラマンレーザに基いた
ユニバーサルファイバオプティカル 測定Ｊ　、ｌ　ＥＥＥ　Ｊ．　ＱｕａｎＬｕｍ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ　。
１９７９、　１４，　８５５頁）が、本メカニズムを直
接利用してファイバ中を伝送される信号の増幅を行うこ
とは極く最近になって研究されるようになった。
Ｇｅ　０２をドープされたＳｉＯ２ファイバにおいては
０．０６４ミクロン（　Ｉｋｅｄａ，　Ｍ．　、［ｏン
グスパン単一モードファイバにお【）る誘導ラマン増幅
特性Ｊ　、　ＱｐＬｉｃｓ　Ｃｏｍｉｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎｓ　１９８１．　３９巻。
３号，１４８頁）、１．２４ミクロン（　Ｄ　ｃｓｕｒ
ｖｉｒｅＥ，　Ｐａｐｕｃｌｌｏｎ　ｔｖｌ．　、　Ｐ
ｏｃｌｌｏｌｌｅ　Ｊ．　Ｐ．及びＲａｒｆｙ　Ｊ．　
、ｒ単一モードファイバにおけるラマン散乱（よるレー
ザダイオードシグナルの高利１ｑ光増幅Ｊ　、　ＥＩｅ
ｃＬｒｏｎｉｃｓ　ｌｅｔｔｅｒｓ　１９８３，　１９
巻１９号７５１頁）、及び１．４ミクロン（ＡｏｋｉＹ
。
Ｋ　ｉｓｂｉｃｌａ　Ｓ．　、Ｈｏｎｍｏｎ　、　Ｈ，
　、　Ｗａｓｌ）ｉｏ　Ｋ。
及び３ｕｇｉｍｏｔｏ　Ｍ．　、ｒシリカファイバ中の
ｌ　ｎＧａ　Ａｓ　Ｐレーザ光のＣＷラマン増幅のため
の有効な前方及び後方ボンピングＪ　、　Ｅ　ｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓＬ　ｅｔｔｅｒｓ　１９８３，　１９巻１
６，　６２０頁）においてかなりの増幅で示す結果が得
られている。
光フアイバ通信システムを設計するに当っての大きな要
素は間隔を置い一Ｃジグノールリピーター（再生器）を
設置する必要性である。しかしもしリンクの端で誘導ラ
マン散乱を生ヒ゛シめるポンプ信号を印加することによ
り光信号が光増幅されれば、必要な再生−器間のリンク
の艮ざを非常に伸ばすことができる。
上述した１．０６４ミクロン及び１．２４ミクロンでの
増幅の結果は、Ｑ−スイッチされたＹＡＧ　（イツトリ
ウム　アルミニウム　刀−ネツ１−）レーザ゛及びＧｅ
　０２をドープされたＳ：０２単一モードフアイバによ
り、誘導ラマン散乱を起り閾舶出力近傍の１．２Ｗ，及
び０．５ないし５Ｗの出力レベル（２Ｗにおいて前方ラ
マン利得４５ｄ［３が観測された）によって得られたポ
ンプ信号を用いｌζことにより得られｌＣ０ 発明が解決しようとり−る問題点 一方本発明者はＧｅＯ２をドープされたＳ！０２単一モ
ードファイバにて　１．１２から１、３５６ミクロンに
かｔ）での範囲内のいくつかのとびとびの波長において
上記の例よりはるかに低いポンプ出力レベルで光増幅が
起ることで見出した。
本発明では広帯域ラマンファイバレーザの出力を増幅器
へのポンプ及び増幅さるべき信号を供給づべく用いるこ
とにより誘導ラマン放出による増幅を実現した。
問題点を解決するだめの手段 使用した装置構成の概略を第１図に承り。ネΔジムをド
ープされＱスイッチされた１、０６ミクロンで発振して
いるＹＡＧレーザ１は長さ８０ｍ。
コア径５．１ミクロン、屈折率差１．３Ｘ１０−２を持
つＧｅＯ２をドープされた低損失単一モードＳｉＯ２光
ファイバ２よりなるラマンファイバレーザをポンプする
のに用いられる。ファイバ２からの出カスベクトルは波
長１．１２　、　１．１８　。
１．２４　、　１．３０及び１．３６ミク【−１ンの５
つのＡ−ダのスト−クス放出よりなる。ファイバ２の出
力のうち一部分は」−ティングされていないガラス板３
により分離され、増幅用の信号を第２のファイバ４へと
供給する。この増幅用の波長λＳの信号はモノクロメー
タ５により選択され、その後ミラーＭ１及びＭ２を含む
光路を通り、第２のガラス板６を通り光ファイバ４へと
集光される。増幅ファイバ２への波長λＰのポンプ信号
【よモノク【」メータ７で選択される。ポンプ信号及び
増幅用信号は増幅ファイバ４へと同期して集光される。
増幅ファイバ４の出力端にはモノクロメータ８が接続さ
れており波長λＳの信号に同調され、伝送されたパルス
はゲルマニウム　アバランシ■　フ第１−　ダイオード
１０により検波された後訓シＵス］−７９上に観測され
る。増幅ファイバ４は３ｋｍの長さで径８ミクロンのコ
アを有し４．６ｘ　ｉ　Ｏ−３の屈折率差をもつＧｅＯ
２をドープされたＳ！Ｏｚシングルモードファイバより
構成される。
本ファイバの１０失曲線を第２図に示１ｏ減衰最小の点
（０，２７ｃｌＢ／ｋｍ）は１５　！＋　０　＋＋　＋
ｎにあり１３（１０１＋ｍでの減衰は０．４１　ｄＢ／
ｋｍである。しかしながら、１３０００ｍにおいてはフ
ァイバのＪｔＡ料分散が０に達し、この波長では非常に
広帯域の能力を有りる。初期の伝送実験では一般に８５
０ｎｍ位の波長が用いられたが第２図ではこれは２４３
　／　ｔｕｎ位のファイバ損失を有するものとして示さ
れている。しかし現在の実験は損失が顕著に少い１３０
０から１５００ｎｌｌｌの波長に基いている。
実施例 第１図に示し！、：Ｉｄ４成を用いると一つ前のストー
クスオーダに相当覆る波長でラマンレーザファイバ２を
ポンプすることによりそれから放出される全てのストー
クスオーダにおいて利得が観測された。伝送パルスはポ
ンプ信号が存在してもしていなくても観測された。ある
場合にはボンピングは２つ前のストークスオーダに相当
する波長でも行われた。ラマンファイバレーザ２内にお
いては複数のスト−クス線が効率的に生成されるため、
誘導放出を起す出力量が越えられると前のＡ−ダの出力
が個渇してしまった。しかし増幅ファイバ４において最
大の利得を得ようとづるとポンプ波長λＰにおいて最大
のパワーを持つことが必要であり、そこでファイバ２か
ら出る低次のものを使うと、パワーが非常に個渇してい
るのでラマンファイバレーザ２への注入効率が下り、こ
れらより次のストースオーダへのパワーの遷移効率が下
り、結果的に元のオーダにＪ３いて個渇したパワーが回
復することになる。ファイバ４の増幅定数は、ポンプ信
号が存在する場合としない場合の出力信号パルスの比で
定義される。しかし低次において畠いポンプ出力が利用
できる場合は、増幅された出力はポンプのみによる誘導
ラマン放出の寄与を含んでおり、増幅定数を決定する際
このことをＷ１容（るものとした。得られた結果を表１
に承り。
表１ ポンプ波長　信号波長　信号増幅 ミクロン　ミクロン　ｄ［ｉ ｌ、０６　１，１２　＋４ １．１２　１．１８　２１ １．１２　１．２４　１．８ １．１８　１．２４　１９ １．２４　１，３０　１６ １．３０　１，３６　５ 発明の効果 １．０６ミクロンのポンプ波長における低い増幅率は多
分この波長における特に高いファイバ損失゛によるもの
であろう（第２図参照）。一方より長い波長ではポンプ
出力ははるかに低く小さい利得しか得られない。１．１
２ミクロンのポンプ波長で最大の増幅が観測されたが、
信号波長を１．１２ミクロンのポンプ波長から２ストー
クスオーダずらぜた場合には１．８ｄＢの増幅作用が起
った。
最大増幅作用が観測された１、１８ミクロンの波長の信
号において利得飽和が起っていないことを確かめるため
に、入力ポンプ信号パワーを減衰器を使って変化させ、
増幅定数をポンプ信号のパワーに対してプロットしたく
第３図参照）。第３図には飽和を示Ｊ何の傾向も見られ
ず、それゆえ、飽和状態に達するまでにははかるに大き
い利得が得られるものと期待される。これは先に引用し
たＤ　ｃｓｕｒｖｉｒｅ他による実験で１．２４ミクロ
ンにて４５」の利得が得られていることからも確認され
る。しかし、本発明者が使用したポンプ出力レベルはこ
れら先行技術にて使用されたものより著るしく低いもの
であり、それにもかかわらず有用な増幅定数が得られた
。
上記の例は全て単一モードファイバに関ηるしのであっ
たが、本出願人は増幅作用が多−し−ドファイバでも実
現できることを見出した。例えば開口数（ＮΔ）０．３
の５００ｍの長さの多モードファイバにおいて入力ポン
プパワー尖頭値が１４０ｍＷの場合波長１．３ミクロン
におい−Ｕ１５ｃｌＢの利１すが冑られ　ｌこ　。
現在の光ファイバシステムとの両立性の欠如及び実際的
な理由からＹＡＧレーザはポンプどしくは適当でない。
しかし今日まで比較的高いポンプ出力が増幅を得るｌこ
めに必要であるとされ（きた。
本発明者はこれが−ｂはや必要でないことを示したので
ある。特別なテストにおいてポンプ波長１．３０ミクロ
ン、信号波長１．３６ミク【］ン、利＋ｒ）５おの状態
で増幅器内へ入射されたポンプパワーを測定しＬ　０短
かくタラツｆイングーモードー除去された増幅器から出
てくる尖頭用ツノを較正済の安立ＭＬ９３△出力計にて
測定したところ８０１１１　Ｗという低い値を見出した
。この結果は発射及び駆動条件が適当であれば増幅作用
が例えば１．０ないし１．８ミクロンの範囲で用いるＧ
ａ１ｎＡＳＰあるいは中赤外成用の鉛塩よりなる半導体
レーザによるポンプ出ツノ源を使用して可能であること
を意味する。
さて増幅ファイバは最適な増幅動作をするためには高い
ラマン断面積と低い伝送損失を持つことが必要である。
ＧｅＯ２をドープされた３ｉ０２フアイバはドープされ
ていないＳ！Ｏｚファイバと比較して高いうマン断面積
を有づる（ＧＯＯ２ドーパントの量にもよるが）。他方
純粋なＱｅ　Ｏ，！ファイバはドープされていない５１
０２フアイバの１０倍のラマン断面積を有するが伝送損
欠番ルドープされていないＳ！０２ファイバより大きい
。ヨウ素を用いた液体を充填されたファイバではうマン
断面積はドープされてないＳ！Ｏｚファイバの２４００
倍である。
そこで第４図に一つの光増幅器の構成を示す。
これは適当な駆動回路をもつパルス化された出りを与え
る半導体レーザ１１と、増幅さるべき光信号１３をレー
ザ１１から出力されるポンプ信号１４に結合さぜるカプ
ラ１２と、ある長さの増幅ファイバ１５よりなる光ファ
イバとから構成される。信号１３の波長（λＳ）は波長
λＰのポンプ信号１４から１ストークスシフト悶（れて
いるのが好ましい。増幅ファイバ１５は動作の要求に適
合した長さ、損失、及び材質を有しイれに応じて設Ｋｌ
される。ドープされていないＳｉＯ２ファイバでは増幅
さるべき信号の波長はＡｂＯＣｍ　”のＡ−ダで゛ポン
プ信号から離れでいる。カブラ１２へ加えられるポンプ
信号は増幅さるべき信号より人さいパワーを持つが、フ
ァイバを形成りる月料は要求されるポンプパワーにより
決まる。ファイバ１５から出される信号１６は増幅され
た信号１３３である。
【図面の簡単な説明】
第１図は光信号の利得の発生及び測定のための装置の概
略構成を示Ｊ図、第２図はＧｅＯ２をド＝ゾされたＳ！
０２単−ｔ−ド光フｊフィバの損失曲線を示す図、第３
３図は人力ポンプパワーに対し増幅定数をブ「１ツｒ−
ｔ、−（承り図、第４図は本発明になる光増幅器の模式
的構成を示づ図である。 １・・・ＹＡＧレーザ、２・・・増幅ファイバ、３・・
・カラス仮、４・・・増幅ツノフィバ、５・・・モノク
ロメータ、６・・・カラス仮、７，８・・・ｔツクに１
メータ、９・・・Ａシ［１スニ」−グ、′１０・・・ゲ
ルマニウム　アバランシＩ−）７１１−ダイオード、１
１・・・半導体レーク゛、１２・・・カブラ、１３・・
・光信号、１４・・・ポンプ信号、１５・・・増幅ファ
イバ、１６・・・イハ号出力、Ｍ＋。 Ｍ２・・・ミラー。 特許出願人　スタンダード　アレノＡンス７７ンド　ク
ーブルス　パプリツク

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）ある長さの光ファイバと、パルス化されたポンプ
    信号を出力する半導体レーザ及びその駆動手段と、増幅
    さるべき第１の波長の光信号用の入力端とポンプ信号用
    の入力端と該光ファイバの入力端へ接続された出力端と
    を有するカプラ手段とよりなり、使用時に該光ファイバ
    は第２の波長を持つポンプ信号により光学的にポンプさ
    れ、その際第１の波長がポンプ信号に対づる−又はそれ
    以上のストークスシフトに対応しに石”　１の波長で利
    得が得られるよう構成した光増幅器。 ■　光ファイバは高いラマン断面積と低い伝送り一１矢
    を右り−る特許請求の範囲第１項記載の光増幅器。 （３）光ファイバはＧ（３０２をドープされた単一モー
    ド５ｉＯｚよりなる特許請求の範囲第１Ｘ、Ｉ記載の光
    増幅器。 （４）　光ファイバは純粋なＧｅＯ２よりなる特許請求
    の範囲第１項記載の光増幅器。 （５）半導体レーザは１．０から１．８ミクロンの範囲
    で使用されるＧａ　Ｉ　ｎ　Ａｓ　Ｐよりなる’Ｊａｒ
    　ｉｉｉ請求の範囲第１項記載の光増幅器。 （６）半導体レーザは中赤外成用の鉛塩よりなる特許請
    求の範囲第１項記載の光増幅器。 の　第２の波長のパルス化されたポンプ信号を半導体レ
    ーザを用い−Ｃ苑牛させる段階ど、第１の光信号とポン
    プ信号をある長さの光ファイバの中で同１１４に結合゛
    する段階とより〆「す、第１の波長がポンプ信号波長か
    らの１スト−クスシフ１−に対応し、光フアイバ内の誘
    導ラマン散乱により第１の光信号の利１（１を１１１る
    ことを特徴とりる第１の波長の第１の光信号を増幅りる
    方法。 （８）光ファイバは高いラマン断面積と低伝送損失を有
    する特許請求の範囲第７瑣記載の／ｊ法。 ０）光ファイバはドープされていないＳ！　Ｏｙである
    特許請求の範囲第７項記載の方法。 （１０）光ファイバはＧｅ０ｚをドープされたＳｉ　０
    ２である特許請求の範囲第７項記載の方法。 （１１）光ファイバは純粋なＧｅ０ｚである特許請求の
    範囲第７項記載の方法。 （１２）半導体レーザはＧａ１ｎＡｓＰよりなる特許請
    求の範囲第７項記載の方法。
JP59261657A 1983-12-16 1984-12-11 光増幅器及び増幅方法 Pending JPS60145694A (ja)

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GB08333610A GB2151868B (en) 1983-12-16 1983-12-16 Optical amplifiers
GB8333610 1983-12-16

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ID=10553419

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US (1) US4720684A (ja)
EP (1) EP0146262B1 (ja)
JP (1) JPS60145694A (ja)
AT (1) ATE62359T1 (ja)
AU (1) AU570520B2 (ja)
CA (1) CA1245328A (ja)
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