JPS61119087A

JPS61119087A - 光通信の方法と装置

Info

Publication number: JPS61119087A
Application number: JP60243060A
Authority: JP
Inventors: ジヨン　ウイルバー　ヒツクス，ジユニア
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1986-06-06
Also published as: EP0180861A2; DE180861T1

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】産業上の利用分野水元用は光導波管中を伝播する光エネルギの増幅に関す
る。特に、例えば光通信回路網の導波幹線中で多重チャ
ネルの情報を担持するため用いられる比較的広い選択帯
域の光エネルギをインラインで増幅する方法と装置に関
する。

従来の技術現在実用化されている光通信装置は装置の光学導波管中
を伝播する各種波長の情報担持光エネルギを増幅する広
帯域増幅用電子光学中継局に主に頼っている。このよう
な中継局が幹線（ｔｒｌｌｎｋｌｉｎｅ）に沿って適宜
に配置され、幹線中を伝送する各種波長の信号担持光エ
ネルギが信号の一体性を保持するのに適切なエネルギ・
レベルで各中継局に引込まれ、電子的に再変換され次の
中継局への伝播のため相当に高いエネルギ・レベルに増
幅されて幹線へ再入されるようにされる。光エネルギ増
幅のこの方法は相当複雑で高価であり、さらに幹線の情
報担持の連続性が各局で中断されるという意味で全幹線
の動作が各中継局の動作により影響を受けることになる
。

信号担持波長がラマン増幅により増幅される光通信装置
用の各種インライン増幅器が知られている。例えば、直
列のレーザ・ダイオードを通信幹線に横方向に結合させ
、各レーザ・ダイオードは、幹線の合成ポンピング光が
ブリロウイン後方散乱の悪影響を最小とするように選択
されたポンピング光を発生する。多重レーザ・ダイオー
ドの使用は、任意の一個のダイオードの故障が、増幅率
を低下させるとはいえ、増幅器全体が無効になることが
ないという利点を有する。さらに、幹線への増幅器の横
方向結合は、増幅器の完全故障の際に増幅が行われない
だけで幹線中を伝播する光に悪い影響を与えることがな
い。

米国特許第３．８９４．８５７号は、ネオジミウムのよ
うな利得媒体すなわちレーザ材を含むロッド又はファイ
バをある長さ幹線路に突合せ結合するか、又はファイバ
幹線の所定部分に利得媒体を含浸せしめることにより伝
送路に利ｖＪ媒体を含んだ部分を組込むようにした光フ
ァイバ伝送路用インライン増幅器を開示している。利得
媒体を含む部分は外部光源により励起されてレーザ発振
を起し、それにより幹線中の信号担持光が増幅される。

レーザ発振は利得媒体を含む部分におけるコアが傾斜屈
折率をもつ結果を得られるものと考えられる。

米国特許に示されるような、外部よりポンピングされる
利得媒体を含むファイバ部分を用いたインライン増幅の
基本的構造は、光導波管中の信号担持波長域について広
帯域増幅を得るための比較的簡単な解決を与えるものと
期待されるが、依然いくつかの問題が未解決のまま残さ
れている。例えば、利得媒体により放射される光エネル
ギの波長と導波幹線の信号担持波長との整合に関しては
何も教示又は示唆されていない。この点に関して、高利
得材として挙げられたネオジミウムは主に１．０６ミク
ロンの帯域又は領域で自発放射を発生するが１．９２ミ
クロンと１．３４ミクロン帯域でも発生する。信号担持
波長が１．３４ミクロン（現在用いられる溶融シリカ光
ファイバが特に透明性をもつ波長）の場合、他の波長の
光により与えられるノイズに対して何らかの対策がなさ
れない限り励起されたネオジミウム含有部分からは、得
られるとしても楊めて限られた増幅しか得られないであ
ろう。又、ネオジミウムのような利得媒体を励起するた
めに妥当なコストで入手可能なポンピング光源はそれ自
体非常にノイズが多い。従って幹線路がポンピング光に
より励起されるような部分を含んでいる場合、ポンピン
グ光のノイズは幹線の信号担持波長に悪影響を与える。

光エネルギの信号担持波長域のインライン増幅に対する
上述の発展は、従って特に従来の電子−光学中継機との
比較では有望ではあるが、信頼性、コスト有効性、不要
ノイズの侵入の回避、被増幅波長帯の選択等の観点から
は改良の余地を残している。

発明の要旨本発明によると、幹線路のような光導波管中を伝播する
信号担持光エネルギは導波管の隔離した端部に結合され
、利得媒体を含む部分をもった一定長の光導波管を通る
ことにより増幅される。該利得媒体はそれに吸収される
光によってポンピングされて光エネルギを放射しそれが
搬送波帯域に付加され上記増幅を行う。上記利得媒体を
含む光導波管、好ましくは光ファイバはレーザ・ダイオ
−ドによりその一端の延長部を介してポンプされること
が望ましい。又、少なくとも利１媒体導管の下流端から
導波管への結合部は波長選択性の分散性横方向結合で、
搬送波帯域内の波長のみが利得媒体専管から幹線へ戻る
ようにする。このようにして、ポンピング光又は利得媒
体の結果として搬送波帯域以外の波長形式で発生したノ
イズは利得媒体ファイバで分離され、幹線路への一進入
はない。

図示実施例では、光導波幹線はその長さ方向に沿って増
幅点で中断され一定長の利得媒体光ファイバによりつな
がれる。搬送波帯域に対する利得媒体光ファイバの透明
性と、利得媒体光ファイバの長さが比較的短いことによ
り、例えばレーザ・ダイオードの故障により利得媒体フ
ァイバがポンプされないような場合でも幹線の連続性を
保証する。この結果、この装置はインライン増幅器とし
て有効である。

本発明の主要な目的は、従って光導波管中の選択的情報
担持帯域の広帯域増幅を得る改良された方法と装置を提
供することである。本発明の他の目的と別な応用範囲は
添附図面と関連して行なわれる以下の詳細な説明から明
らかとなる。

実施例第１図で、増幅器１０は、送信器１２、受信器１４．２
つの部分１６．１８を含む光ファイバ導波幹線を備えた
光通信＠直に粗金わされている。

図示の装置は非常に基本的な光通信装置のみを表わして
いるものであるが、基本的な原理は広範囲の光通信装置
に適用できることが当業者には理解できるであろう。

第１図に図示した型式の光通信装置では、送信器１２の
情報は相当広い波長帯域の光エネルギとして光ファイバ
導波幹線１６．１８中を伝播し、その伝播特性は導波幹
線の最適伝達効率を得るように選択された中心波長によ
り定められる。現在の所、コアとクラツディングの両者
に基本的には純溶融シリカを用い、コア及びクラツディ
ングの一方又は他方をドープしてコアに高屈折率を与え
るようにした光ファイバ導波管が、光通信に適した波長
の光エネルギすなわち、１ミクロンを僅かに越えた波長
の光エネルギに対し最も透明であるという点で最も効率
のよい光ファイバ材であると考えられている。約１．３
４ミクロンの中心波長が溶融シリカ・ファイバの伝達を
最適化し又は減衰を最小にするという観点から特に関心
をひくものである。

１．３４ミクロンの中心波長は電磁スペクトルの概念で
は狭く見えるが、’ｏ、ｏｉオングストロームという狭
い変調波長により代表される情報チャネルをフィルタす
る能力の観点からは比較的に広いといえる。従って、水
用ＩＩ書及び特許請求の範囲で「広帯域の波長」又は「
広帯域増幅」という場合、これらの用語は相対的に狭い
線幅の情報チャネルを多数含むものとした相対的な意味
で用いられている。又この点に関して、図面の第１図で
は１個の受信器１４のみが図示されているが、実際の光
通信装置は数百ものこのような受信器を含むであろう。

広帯域送信器と導波幹線１６．１８に沿って送信された
情報を受信する１つまたは複数の受信器との間の距離の
ため、送信器１２で発生した信号エネルギの減衰が生じ
るであろう。１つまたは複数の増幅器を用いて幹線に沿
って信号担持波長のエネルギ・レベルを有用レベルまで
復元する。このような広帯域増幅器として本発明による
増幅器１０が用いられる。

図示実施例では、増幅器１０は光ファイバ導波幹線１８
．１８に一体化され、導波管１６の嗜部２０により定め
られる入力ボートと導波管１８の同様な端部２２により
定められる出力ボートを含む。図示実施例では端部２０
．２２は各導波部１６．１８の一体部分であるが、部分
２０．２２は２つの部分１６．１８により第１図で表わ
される導波幹線に突合せ結合された同じ光ファイバの特
定長部分により構成されることも考えられる。

入力及び出力部２０．２２は各々微小な横方向結合部２
６．２８により利得媒体光ファイバ２４に接続される。

利得媒体光ファイバ２４の一端、望ましくはその上流又
は入力ボート端、はレーザ・ダイオードのような利得媒
体ポンピング光エネルギ源へ延びている。

第２図に示すように、光ファイバ導波部１６゜１８は各
々クラツディング３４に囲まれた中央コア３２を含み、
コア３２とクラツディング３４の両者は基本的には純粋
な溶融シリカから形成され、コア３２の屈折率がクラツ
ディング３４より高くなるようコア３２又はクラツディ
ング３４をドープする。利得媒体光ファイバ２４もコア
３６とクラツディング３８から同様に形成され、コア３
６はクラツディング３８より轟い屈折率を有する。

しかしながらこの例では、利得媒体光ファイバ２４の搬
送波担持部分（コア３６が望ましい）は、一つまたは複
数の吸収波長で光エネルギを吸収し異なる放射波長又は
波長域で光を放射する能動利得又はレーザ媒体をドープ
したホスト・ガラスから加工又は明後かれる。ファイバ
２４を特に用語「利得媒体光導波管」又は［利１り媒体
光ファイバ」を用いて導波管１６．１８を構成するファ
イバから区別しているのはこの意味による。

ファイバ２４のコア３６に用いる望ましい利得材はネオ
ジミウムであるが、テルビウム又はエルビウムのような
他の希土類材料も同様に適している。これら媒体はアル
カリ土類シリケートを含むホスト・ガラスに含有される
。しかしゲルミネイト（（ｌＯｒｌｌｉＤａｔｅ　）　
、リン酸塩、ホウ酸塩ガラスも又ホスト・ガラスとして
適している。ホスト・ガラス中の利得材の濃度は特定の
応用例に要求さ机る最小利得により定まる下限からファ
イバ２４にとけこむ濃度により定まる上限まで変化でき
る。

一般に、０．１から３０％重！重度１が適当である。

利得媒体光ファイバ２４のポンピング光エネルギ源であ
るレーザ・ダイオード３０は、利得媒体がネオジミウム
である場合例えば０．７８−０．８８ミクロンのような
、ファイバ２４に用いられる特定の利得媒体の吸収スペ
クトル内の波長で光出力を有するように選択されている
。レーザ・ダイオード３０からの光エネルギがファイバ
２４のコア３６に入ると、利得媒体は光子を吸収し、そ
れに伴って電子のエネルギ状態が増大する。

使用した能動利得材に応じて、材料に固有の放射スペク
トルで自発放射が生じる。利得媒体としてネオジミウム
を用いた場合、約１．０６ミクロンを中心とする帯域で
自発放射が生じ、スペクトルの１．３４ミクロンと他の
領域でも放射が生じる。

従って、これらの自発放射域の内の波長をもった信号担
持エネルギをファイバ２４に導入する場合、導入された
波長はそのエネルギの増加、すなわち増幅をうける。

信号担持帯域の中心波長は、導波管部２０から利得媒体
光ファイバ２４へ、モして導波管部２２へ通過する連続
した矢印４０で表わされる。第２図のファイバ２４のコ
ア３６にはレーザ・ダイオード３０のポンピング波長を
表わす一連の実線矢印４２と、一般的に不要ノイズとし
て特徴づけられる浮遊波長域を表わす破線矢印４４が重
なっている。従って、送信器１２から光ファイバ導波管
１６に沿って伝播する搬送波波長が増幅器１０の端部又
は入力ボートから利得媒体光ファイバ２４を通過すると
き、レーザ・ダイオード３０によりポンプされるファイ
バ２４の利得媒体により増幅され、導波管１８の出力ボ
ート又は端部２２へ増大されたエネルギをもって戻って
くる。

利得媒体ファイバ２４を増幅器出力ボート２２へ接続す
る横方向結合部２８は米国特許第４．３４２，４９９＠
に開示されている型式の周波数選択性又は分散性横方向
結合部であることが望ましい。分散性横方向結合部２８
を導波管１６．１８の中心搬送波波長に同調させること
により、その中心波長のみがファイバ２４から増幅器の
出力２２へ通過する。ポンピング波長４２やノイズ４４
により表わされるような伯の波長は、同調された分散性
横方向結合部２８の結果として分離され、又出力部２２
へは通過しない。又この接続では、コア３６の能動利得
材の自発放射（ネオジミウムの場合には１．０６ミクロ
ンの波長のエネルギ）は、幹線１６．１８に沿って伝播
する搬送波波長が１．３４ミクロンである出力部２２へ
戻る通路からも等しく分離される。増幅器１０の入力ボ
ート２ｏの横方向結合部２６は同様に分散性横方向結合
部であってもよく、増幅器のこの端部で導波管１６から
通過するエネルギ波長は余分な波長又は不要ノイズが比
較的少いため、結合部２０の同調条件は厳密ではない゛
。むしろファイバ２４から導波管１６への浮遊波長の後
方浸入を禁止するため結合部２６も又同調された分散性
横方向結合部であるのが望ましい。

本発明は光ファイバ構成で図示してきたが、ファイバ及
び平面光学の両方で実施できることを理解すべきである
。利得導波管はファイバ又は平面形式のどちらでも構成
でき、ファイバ伝送路等に横方向又はドツト結合するた
めに延びるファイバ部分を有する増幅器パッケージを形
成するファイバ部分に結合される。利得導波管のコア内
に利得材を設けることも望ましい、しかしながら、最小
必要条件は波に対する中断位置となるように導管の波担
持部分に利得媒体を設けることである。従って、利得材
はコア部分又はその代りにクラツディング部分、もしく
はコア部分とクラツディングに担持される。望ましい単
一モードファイバでは、クラツディングの利得材は基本
的にはコアに隣接するコアの薄い環状部、例えばコア直
径に大体等しい厚さのクラツディングのみが基本的に有
効である、その理由はクラツディングの残りの部分は伝
播波を殆んど担持しないからである。

クラツディング内に利得材を設けることは増幅器の横方
向ポンピングを強化する利点があり、これは端部ポンピ
ングの代案として望ましいものである。

望ましい実施例では、ネオジミウムの場合の支配的な１
．０６ミクロン域のような利得材の自発放射帯をフィル
タし、又他のノイズと共にポンプ帯もフィルタするため
フィルタ分散性結合部を増幅器の出力端に設けて幹線路
の主要帯域の点まで帯域を制限する。しかしながら、代
りに、又は分散性結合部に加えて望ましくは、帯域内で
抑止すべき強力な選択性吸収の吸収材を利得材に加えて
もよく、例えば利得樋内の１．０６ミクロン帯を減衰さ
せるためにクロム又はタングステンを用いてもよいこと
に注意すべきである。

発明の効果従って、本発明の結果として、光ファイバ導波幹線中の
広帯域信号担持波長域の増幅用の高度に有効な方法と装
置が提供されることが認められる。

増幅器は導波管幹線部を物理的に分離しているが、利得
媒体光ファイバ２４は比較的短いのでレーザダイオード
３０が不動作となった場合でも、導波部１６から導波部
１８へ光エネルギを通過させるように機能するのでイン
ライン増幅器として有効であることに注目すべきである
。言い換えると、増幅がされないというのみであって、
信号担持波長の損失は殆んどない。

本発明はその基本的特性の要旨から逸脱することなくさ
らに他の方法で実行又は実施できる。本明細書で記述し
た望ましい実施例は従って例示であって限定するもので
はなく、本発明の範囲は添附特許請求の範囲により示さ
れ、特許請求の範囲の窓内に該当する全ての変更はこれ
に含まれるものと考える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の増幅器を含む光通信装置を図示した概
略図、第２図は本発明の結果として搬送波波長が増幅さ
れる様子を図示した拡大部分断面図である。１０・・・増幅器、１２・・・送信器、１４・・・受信
器、１６．１８・・・導波幹線、２ｏ・・・入力部、２
２・・・出力部、２４・・・利得媒体光ファイバ、２６
．２８・・・横方向結合部、３０・・・レーザ・ダイオード、３２・・・コア、３４
・・・クラツディング

Claims

【特許請求の範囲】

（１）特定波長帯域内の光エネルギを伝送する長い光通
信導波管を有する光通信装置において、前記伝送導波管
を中断して設けられた分離部分と；前記分離部分を相互
結合し、かつ前記特定帯域内で送信波長を増幅する増幅
装置であつて、伝送エネルギの中継用に配置した利得材
を有する導波区間と、前記利得材の吸収帯内で前記導波
区間に光エネルギを導入して前記特定帯域内の波長の増
幅を与えるポンピング装置とをもつた前記増幅装置と、
を備え；前記導波区間はポンピング・エネルギの方向か
ら見てその出力端近傍の前記分離部分の内の少なくとも
一方と前記特定帯域に同調した分散性結合を形成するよ
う結合され、これにより前記特定帯域内の波長域は前記
分離部分の一方から他方へ前記増幅装置を介して通過し
、前記特定帯域以外の波長の通過は抑止するようにした
前記光通信装置。
（２）特許請求の範囲第１項において、前記伝送導波管
と前記導波区間が光ファイバである光通信装置。
（３）特許請求の範囲第１項において、前記導波区間が
２つの隔置した点で前記伝送導波管の分離部分と結合し
、結合点の一方を越えて前記ポンピング装置へ延びてい
る光通信装置。
（４）特許請求の範囲第１項において、前記利得材料は
複数の自発放射帯域を有し、前記分散性結合は前記自発
放射帯の少なくとも１つを弁別する光通信装置。
（５）特許請求の範囲第４項において、前記分散性結合
部は前記利得材料の主要自発放射帯域を弁別する光通信
装置。
（６）特許請求の範囲第４項において、前記利得材料が
ネオジミウムである光通信装置。
（７）光通信導波管を伝播する光エネルギの選択帯域用
増幅器であつて、前記通信導波管の隔離した端部を含む増幅器入力及び出
力ポートを画定する装置と、前記入力及び出力ポートに結合されその間に延びる利得
媒体光導波管と、前記利得媒体導波管と少なくとも前記出力ポートとの間
の同調された分散結合部を定め、実質的に被増幅選択帯
域のみが前記利得媒体導波管から前記出力ポートへ通過
するようにした装置と、を含む光エネルギの選択帯域用
増幅器。
（８）特許請求の範囲第７項において、前記利得媒体導
波管は横方向微小結合により前記端部に接続された光フ
ァイバ区間である光エネルギの選択帯域用増幅器。
（９）特許請求の範囲第８項において、前記横方向微小
結合の両方は同調された分散性結合である光エネルギの
選択帯域用増幅器。
（１０）特許請求の範囲第７項において、前記利得媒体
光導波管の一端は前記結合部の一方から前記ポンピング
装置へ延びている光エネルギの選択帯域用増幅器。
（１１）特許請求の範囲第７項において、前記分散性結
合部は前記利得媒体導波管の主要自発放射帯を弁別する
光エネルギの選択帯域用増幅器。
（１２）光ファイバ導波管中を伝播する光エネルギの搬
送波帯域用増幅器であつて、増幅器入力と増幅器出力を設定するため１対の隔離した
導波管端を定める前記導波管中の中断部と、前記導波管端間に延びて前記増幅器入力と前記増幅器出
力とに横方向結合された利得媒体光ファイバであつて、
少なくとも前記増幅器出力への前記利得媒体光ファイバ
の横方向結合は分散的に同調されて、前記増幅器出力を
形成する前記導波管端への問題の搬送波帯域のみを通過
させる前記利得媒体光ファイバと、前記利得媒体光ファイバへ光エネルギをポンピングして
前記搬送波帯域を含む波長帯での自発放射を与える装置
と、を含み、前記自発放射が前記利得媒体光ファイバ内の前記搬送波
帯域に加算されて前記増幅器出力へ渡される、光ファイ
バ導波管中を伝播する光エネルギの搬送波帯域用増幅器
。
（１３）特許請求の範囲第１２項において、前記入力及
び出力の両方への前記利得媒体ファイバの横方向結合は
搬送波帯域に同調した分散性結合である搬送波帯域用増
幅器。
（１４）光ファイバ導波管中を伝播する光エネルギの帯
域を増幅する方法において、導波管を中断して隔置した第１及び第２のファイバ端部
を設定する段階と、前記第１及び第２端部に一定長の利得媒体光導波管を結
合する段階と、前記利得媒体光ファイバに光エネルギをポンピングして
、前記第１ファイバ端部まで導波管中を伝播した帯域を
含む波長域の光エネルギを与える段階と、前記第１ファイバ端部から前記利得媒体導波管に渡され
た光エネルギの帯域のみを前記利得媒体光ファイバから
前記第２のファイバ端部へ通過させるように前記第２フ
ァイバ端部への前記利得媒体光ファイバの結合を分散的
に同調させる段階と、を含む光ファイバ導波管中を伝播
する光エネルギの帯域を増幅する方法。
（１５）特許請求の範囲第１４項において、前記利得媒
体導波管はネオジミウム・ドープ・ガラスを含み、前記
ポンピング段階はネオジミウムにより吸収される波長の
光エネルギを前記利得媒体光ファイバへ導入する段階を
含む光エネルギの帯域を増幅する方法。
（１６）特許請求の範囲第１５項において、前記同調段
階は約１．３４ミクロンの波長のみを通過させるよう前
記第２ファイバ端部への前記利得媒体導波管の結合を同
調する段階を含む光エネルギの帯域を増幅する方法。