JPS62120090A - 光信号増幅装置 - Google Patents

光信号増幅装置

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JPS62120090A
JPS62120090A JP26177185A JP26177185A JPS62120090A JP S62120090 A JPS62120090 A JP S62120090A JP 26177185 A JP26177185 A JP 26177185A JP 26177185 A JP26177185 A JP 26177185A JP S62120090 A JPS62120090 A JP S62120090A
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JP
Japan
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optical fiber
optical
light
pumping light
wavelengths
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JP26177185A
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English (en)
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Yasuhiro Aoki
青木 ▲やす▼弘
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094096Multi-wavelength pumping

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (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、光ファイバの誘導散乱効果を用いて信号光を
光フアイバ内で増幅する光信号増幅装置に関する。
(従来の技術) 光フアイバ通信装置では、信号光を直接増幅することに
よって許容伝送路損失の増大が計れることから、近年、
光増幅に関する研究開発が活発に行なわれている。その
有力な一手段として、光ファイバの誘導散乱効果を用い
て信号光を直接増幅する方式がある(オプティカル・エ
ンジニアリング(Optical Engineeri
ng)、  第24  巻、1985  年、600〜
608ページ)。この方式で信号光を増幅するには、信
号光の波長よりもストークスシフト量だけ波長の短かい
励起光を、信号光とともに光ファイバに入射させる。こ
のとき、信号光は励起光によって光フアイバ内に誘起さ
れた誘導散乱利得によって増幅される。誘導散乱効果と
しては、ストークスシフト量が比較的大きいことや、そ
の値が光ファイバの構造に依存しないことから通常誘導
ラマン効果が用いられている。ここで、誘導ラマン効果
の場合には、励起光を信号光と同一方向に光フアイバ中
を伝搬させる前方増幅と、逆方向に伝搬させる後方増幅
の両励起方式が可能である。
この誘導散乱効果を用いた光信号増幅装置では、光ファ
イバを伝送媒質とともに増幅媒質として用いていること
、また、高利得、高速応答などの特性を有していること
など、半導体増幅媒質を用いた装置に比べて多くの利点
がある。しかしながら、この装置では、十分な利得(≧
20dB)を得るには、通常、IW以上の高出力な励起
光源が必要であるという問題点がある。光ファイバの低
損失波長域である波長1.3〜1.511m帯において
、このような高出力が得られるレーザ光源は、現段階で
はNd:YAGレーザやカラーセンターレーザ等に限ら
れており、従来の装置ではこれらのレーザ光源が励起光
源として用いられている(例えば、エレクトロニクスレ
ターズ(Electronics Letters)、
第21巻、191〜193ページ)。しかしながら、こ
れらのNd:YAGレーザやカラーセンターレーザは、
高出力が得られるものの、装置が大掛かりであり、また
、その励起用ランプやレーザ用結晶の寿命が短く、さら
に、出力の時間安定度が悪いという欠点があった。そし
て、この欠点は、上述の誘導散乱効果を用いた光信号増
幅装置を実用的な光フアイバ通信装置に応用するにあた
って寿命や信頼性の点で最大の難点となって表われてい
た。
一方、光通信用信号光源として用いられている半導体レ
ーザは小型・軽量で、がっ、出力安定度も極めて良いが
、得られる出力は最高性能のものでも高々100mW程
度であるので、光ファイバの励起光源としては出力が不
十分であった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、以上述べた様な励起光源に致命的な問
題点を有する従来の誘導散乱効果を用いた光信号増幅装
置の欠点を除去するために、長寿命でかつ信頼性に富ん
だ半導体レーザを励起光源として用いることを可能とし
た光信号増幅装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明による光信号増幅装置は、信号光源と、それぞれ
の波長がλpi(i=L2+・・・・N;λpi<λp
i + 1)のN個の励起光源と、光ファイバと、前記
信号光源から出射される信号光と前記N個の励起光源か
ら出射されるN波長の励起光を合波する波長多重回路と
を備え、かつ、 λ、N−λp1<Δλ (Δλ:光ファイバの誘導散乱利得帯域幅)の条件を満
足する様にして、前記信号光を前記光フアイバ内で増幅
することを構成上の特徴としている。
本発明の好適な実施例によれば、前記N個の励起光源と
して半導体レーザを用いることを構成上の特徴としてい
る。
(作用) 本構成は、N個の励起光源からのN波長の光が合波され
た多波長光を励起光とし、かつ、その波長域λ、N−λ
p1を誘導散乱利得帯域幅Δλよりも十分に狭くしたも
のである。
まず、一般に、N個の励起光源の各々の発振波長が同じ
場合には、いかなる光合分波器を用いようとも、合波後
の先パワーは、N個の励起光源のうちで最大出力を有す
る1個の励起光源の出力パワーを上回る様にすることは
できない。しがしながら、本発明の様に、波長の異なっ
た励起光源の場合には、波長多重回路によって容易に低
損失で合波させ得る。その結果、所要の増幅利得を得る
のに必要な励起入力パワーをPとすると、N個の励起光
源の各々の出力は、P/N程度で良い。したがって、こ
の発明によれば、半導体レーザを励起光源として使用す
ることが可能になる。
この発明では、多波長光を励起光としているが、その波
長域を誘導散乱利得帯域幅よりも十分狭くすることによ
り、多波長光にしたことによる影響が増幅利得にほとん
ど表われない様にすることができる。以下にこの理由に
ついて、誘導ラマン効果の場合を例にとって説明する。
一般に、゛誘導ラマン効果による励起光と信号光の相互
作用は、励起光の進行方向を2軸にとると、次式で記述
できる。
ただし、■式における復号は、十が前方増幅、−が後方
増幅の場合を表わしており、後方増幅の場合には信号光
は一2方向に伝搬する。
ここで、 Ep、Es :励起光および信号光の複素振幅、Q:光
フアイバ媒質の分子振動の変位、vs:光フアイバ中で
の信号光の群速度、Ki、に2 :光フアイバ媒質の分
極に関連した定数、 α、:光ファイバ中での信号光の伝送損失、ΔvR:光
ファイバの誘導ラマン利得帯域幅、(波長で表わす場合
には、以降ΔλRで表示する)である。
励起光がN波長の多波長光である場合、その複素振幅を
、ΣE、iで表わすと、00式より次式が導かれる。
ただし、 λPM:N波長の多波長光の中心波長 である。
■式において、 1人PM−入pil<ΔλR(i:1,2・・・・・N
)        ・・・■の条件では、■式は以下の
様に近似できる。
ここで、波長λ、iの励起光、信号光の光パワーをそれ
ぞれIpi、Isで表わすと、Ipi−IE、i12.
l5−1Es12なので0式は、 と表わせる。
この式から明らかな様に、0式の条件の下では、誘導ラ
マン効果による単位ファイバ長あたりの増幅利得は、励
起光のトータル光パワーによってのみ決定され、励起光
を多波長光にしたことによる増幅利得の低下は極めて小
さいことがわかる。
ここで、λpi<λpi+1 (i=1.2.・・・・
・N)と表示すると0式の条件は、 λ、N−λ、1くΔλR・・・■ と書き改められる。
(実施例) 次に、図面を参照して本発明の光信号増幅装置について
詳細に説明する。
第1図は、本発明による一実施例であり、第2図は本実
施例での励起光と信号光の波長の関係を示した図である
。この実施例では、誘導散乱効果としては誘導ラマン効
果を用い、後方増幅方式を採用している。また、励起光
源の個数は17(N=17)である。
第1図において、信号光源1、励起光源201゜202
、・・・・・217としては、それぞれの発振波長がλ
s = 1.56pm、  λpi=1.451511
m、λp2=1.4520Pm、・・・・・λp17=
1.4600pm(波長間隔:約0.5nm)のInx
Ga1−XASI−yPy/InP分布帰還型単一軸モ
ード半導体レーザを用いている。これらの半導体レーザ
の出力は40〜55mWの範囲である。また、光ファイ
バ3は、コア径7pm、ファイバ長1100k、波長1
.45〜1.56pmにおける伝送損失が0.3dB/
km以下の単一モード偏光保存ファイバを使用している
。さらに、光フイルタ−4は、中心波長1.5611m
、透過波長幅30nmの干渉膜フィルタを、波長多重回
路5は、溝の本数600本/nmのグレーティングとレ
ンズによって構成されたものを、光合分波器6はダイク
ロイックミラーを用いている。さらにまた、光フアイバ
ピッグティル701,702.・・・・・717.およ
び8は、ファイバ長1m程度の前記光ファイバ3と同じ
単一モード偏光保存ファバを使用している。
励起光源である半導体レーザ201,202.・・・・
・217の出力は、それぞれ光フアイバピッグティル7
01゜702、・・・・・717によって波長多重回路
5に導かれ、そこで合波されている。そして、そのN波
長の励起光は、光フアイバピッグティル8、光合分波器
6を通して、光ファイバ3に結合されている。この励起
光のファイバ入力パワーは、光ファイバへの結合損失お
よび波長多重回路5などの損失が約3.5dBであった
ので約400mWである。
第2図は、本実施例での励起光と信号光の波長の関係を
示した図である。励起光と信号光の波長間隔は約0.1
pmであり、誘導ラマン散乱のストークスシフト量と一
致させている。また、誘導ラマン利得帯域幅は約25n
mである゛ので、本実施例の励起光は■式の条件を満足
している(人、17−λpi = 8.5nm。
ΔVR=25nm)。その結果、この実施例においては
、信号光は光ファイバ3を伝搬中に誘導ラマン効果によ
って約18dB増幅された。この値は、■式から見積も
った値より約3dB低いだけであった。
上記においては、本発明による光信号増幅装置について
一実施例を用いて説明したが、本発明はこの実施例に限
定されることなくいくつかの変形が考えられる。
例えば、本実施例は、誘導散乱効果として誘導ラマン効
果を用い、後方増幅方式を採用したが、その他の誘導散
乱効果を利用しても、また前方増幅方式を採用してもよ
い。また、本実施例では励起光源の数はN=17とした
が、■式の条件を満たす限り、Nは2以上のいかなる自
然数でもよい。Nをより大きくすれば、所要の増幅利得
を得るために必要な1個あたりの励起光源の出力は、よ
り小さくできる。
更にまた、光ファイバ3としては、通常の単一モードシ
リカファイバ、あるいはGeO2やP2O5などのその
他の組成の光ファイバを用いてもよい。また、半導体レ
ーザ1,201,202.・・・・・217は波長1.
45〜1.56pmの光を出力するInGaAsP/I
nP半導体レーザとしたが、半導体レーザの材料はGa
AlAs/GaAsなどの他の材料であってもよいし、
波長も限定されない。これに加えて、波長多重回路5は
複合レンズ型などの他のタイプのものであってもよいこ
とは言うまでもない。
(発明の効果) 以上説明した様に、本発明による光信号増幅装置では、
N個の励起光源からのN波長の光が合波された多波長光
を励起光とし、かつ、その波長域を誘導散乱利得帯域幅
よりも十分に狭くしている。
この結果、N個の励起光源の各々の所要出力は従来に比
べて17N程度となるので、長寿命でかつ信頼性に富ん
だ半導体レーザを励起光源として用いることが可能にな
るという利点がある。そして、従来に比べて、光フアイ
バ通信装置への適用に極めて適した光信号増幅装置が得
られるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による一実施例の構成図、第2図は、
本発明による一実施例における励起光と信号光の波長の
関係を示す図である。 1:信号光源、   201,202.・・・・・21
7:励起光源、3:光ファイバ、   4:光フィルタ
、5:波長多重回路、 6:光合分波回路、701.7
02.・・・・・717,8 :光フアイバピッグティ
ル。 l−\

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 信号光源と、それぞれの波長がλ_p_i(i=1、2
    、・・・・N;λ_p_i<λ_p_i_+_1)のN
    個の励起光源と、光ファイバと、前記信号光源から出射
    される信号光と前記N個の励起光源から出射されるN波
    長の励起光を合波する波長多重回路とを備え、かつ、前
    記励起光源が λ_p_N−λ_p_1<Δλ (Δλ:光ファイバの誘導散乱利得帯域幅)の条件を満
    足することを特徴とする光信号増幅装置。
JP26177185A 1985-11-20 1985-11-20 光信号増幅装置 Pending JPS62120090A (ja)

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