WO2010079773A1 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

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WO2010079773A1
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宮内秀徳
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株式会社フジクラ
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Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber amplifier using an amplification optical fiber to which a rare earth element is added.
  • An optical fiber amplifier using an amplification optical fiber to which a rare earth element such as Er (erbium) is added can be expected to have a high gain, but it also generates a large amount of ASE (Amplified Spontaneous Emission).
  • the ASE may oscillate due to light reflection or scattering (Rayleigh scattering).
  • the oscillation at this time is unstable, and if the oscillation occurs, there is a possibility that the excitation light source and the optical component are destroyed by a momentary strong light.
  • the power of the pumping light must be made smaller than that at the time of oscillation, so that the power of the output signal light is limited, and there is a concern that the desired output power cannot be satisfied. Therefore, there is a demand for an optical fiber amplifier that suppresses oscillation.
  • EYDF Er / Yb co-doped fiber
  • Yb ytterbium
  • the EYDF uses an energy transfer phenomenon from the excited level of Yb to form an inversion distribution between Er levels, and amplifies signal light by stimulated emission therefrom.
  • a method of configuring an optical amplifier using a 1060 nm band isolator is also conceivable.
  • an isolator in the 1060 nm band is required as an isolator in the 1060 nm band corresponding to a double clad fiber, having sufficient power resistance and sufficiently transmitting an excitation wavelength (for example, 915 nm). It is very difficult to do at present, and even if it can be realized, it becomes very expensive. Therefore, a method of configuring an optical amplifier using a 1060 nm band isolator is not practical.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier capable of suitably suppressing ASE oscillation.
  • an optical fiber amplifier includes an amplification optical fiber to which a rare earth element is added, a pumping light source that supplies pumping light to the amplification optical fiber, and the amplification light.
  • Storage means for storing a relationship between an oscillation threshold pumping power, which is a power of pumping light when an ASE of a wavelength band different from a signal wavelength band generated from the fiber oscillates, and a temperature of the amplification optical fiber;
  • Temperature control means for controlling the temperature of the optical fiber for amplification so that the oscillation threshold pumping power is greater than the power of the pumping light output from the pumping light source with reference to the relationship stored in the means .
  • the temperature of the optical fiber for amplification so that the oscillation threshold pumping power is larger than the power of the pumping light output from the pumping light source, oscillation of ASE in a wavelength band different from the signal wavelength band can be achieved. Can be suppressed. Thereby, since the power of excitation light can be set high, it becomes possible to raise the power of output signal light.
  • the optical fiber amplifier includes an amplification optical fiber to which a rare earth element is added, a pumping light source for supplying pumping light to the amplification optical fiber, and a wavelength band different from a signal wavelength band generated from the amplification optical fiber.
  • Detection means for detecting ASE power, oscillation threshold ASE power that is ASE power when the ASE oscillates, and relationship between the ASE power detected by the detection means and the temperature of the optical fiber for amplification , The oscillation threshold ASE power stored in the storage means and the relationship, so that the power of the ASE detected by the detection means is less than or equal to the oscillation threshold ASE power.
  • Control means for controlling the temperature of the amplification optical fiber.
  • the temperature of the optical fiber for amplification so that the power of the ASE detected by the detection means is equal to or lower than the oscillation threshold ASE power, the oscillation of the ASE in the wavelength band different from the signal wavelength band is performed. Can be suppressed. Thereby, since the power of excitation light can be set high, it becomes possible to raise the power of output signal light.
  • the amplification optical fiber may be one in which any two selected from the group consisting of Er, Nd, Ho, Tm, Pr, Yb, and Eu are co-added.
  • the amplification optical fiber may be a double clad optical fiber.
  • the present invention is particularly effective for an optical fiber amplifier using such an amplification optical fiber.
  • an optical fiber amplifier capable of suitably suppressing ASE oscillation can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing an optical fiber amplifier 10 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the optical fiber amplifier 10 includes a first amplifying unit 12 and a second amplifying unit 14.
  • the first amplifying unit 12 includes a single-clad first amplifying fiber 22 to which Er (erbium) is added, a first pumping light source 18 that supplies the first pumping light to the first amplifying fiber 22, and input signal light. And a first isolator 16 and a second isolator 24 for preventing laser oscillation due to reflection.
  • the wavelength of the input signal light is 1550 nm
  • the wavelength of the first excitation light output from the first excitation light source 18 is 980 nm.
  • the first isolator 16 and the second isolator 24 are isolators configured to achieve optimum isolation with respect to light in the 1550 nm band.
  • the isolation means that light of a predetermined wavelength is transmitted from the incident side to the exit side, and conversely is not transmitted from the exit side to the incident side.
  • the first isolator 16 and the second isolator 24 are optical systems in which, for example, a Faraday rotator that rotates a polarization plane by 45 degrees is sandwiched between two polarizers whose transmission axes are shifted from each other by 45 degrees.
  • the input signal light is input to the multiplexer 20 via the first isolator 16.
  • the signal light is combined with the first excitation light by the multiplexer 20 and input to the first amplification fiber 22.
  • the first amplification fiber 22 is excited by the first excitation light, and amplifies the signal light by stimulated emission.
  • ASE having a wavelength band of 1550 nm is generated in the first amplification fiber 22, but the oscillation of the ASE is suppressed by the first isolator 16 and the second isolator 24.
  • the second amplification unit 14 includes a second amplification fiber 30, a second excitation light source 26, a pump combiner 28, a third isolator 32, and an oscillation suppression unit 42.
  • the second amplification fiber 30 is a double clad fiber in which Er (erbium) and Yb (ytterbium) are co-doped.
  • the second amplifying fiber 30 includes a core through which signal light propagates, a first cladding that covers the periphery of the core and that propagates excitation light in a multimode, and a second cladding that covers the periphery of the first cladding.
  • the second pumping light source 26 is composed of six multimode pumping light source elements 25, and the multimode light output from each pumping light source element 25 is combined by a pump combiner 28, and the second pumping light with high output and Is done.
  • the wavelength of the second excitation light output from the second excitation light source 26 is 915 nm.
  • the third isolator 32 is an isolator configured to achieve optimum isolation for light in the 1550 nm band.
  • the signal light output from the second isolator 24 of the first amplifying unit 12 is combined with the second excitation light by the pump combiner 28 and input to the second amplifying fiber 30.
  • the second excitation light incident on the first cladding of the second amplifying fiber 30 propagates through the first cladding in multimode, and in the process, the mode passing through the core excites the rare earth element doped in the core.
  • the signal light propagating through the core is amplified by stimulated emission.
  • the signal light amplified by the second amplification fiber 30 passes through the third isolator 32 and is emitted from the optical fiber amplifier 10 as output signal light. Since the second amplifier 14 can use a multimode light source as an excitation light source, a high-power optical amplifier can be configured.
  • the second amplifying unit 14 uses a double clad fiber in which Er and Yb are co-doped as the second amplifying fiber 30, a wavelength band of 1550 nm which is a signal wavelength band, a signal wavelength band, ASE occurs in a different wavelength band of 1060 nm.
  • ASE having a wavelength band of 1550 nm
  • oscillation can be suppressed by the second isolator 24 and the third isolator 32.
  • the ASE in the wavelength band of 1060 nm cannot be suppressed by the second isolator 24 and the third isolator 32 which are isolators in the 1550 nm band, and oscillates in the vicinity of the wavelength where the gain of the ASE is maximized.
  • the power of the second pumping light output from the second pumping light source 26 must be set to a value smaller than the value at the time of oscillation, and the desired signal output may not be satisfied.
  • FIG. 2 shows the spectrum of ASE in the wavelength band of 1060 nm.
  • FIG. 2 shows spectra when the temperature of the second amplification fiber 30 is 100 ° C., 115 ° C., and 140 ° C.
  • the present inventor has found that the temperature dependence of the ASE in the wavelength band of 1060 nm can be used for suppressing the oscillation of the ASE, and has come up with the present invention.
  • the oscillation suppression unit 42 is provided to suitably suppress the oscillation of the ASE in the 1060 nm wavelength band.
  • the oscillation suppression unit 42 includes a temperature detection unit 34, a temperature change unit 36, a temperature control unit 38, and a storage unit 40.
  • the functional blocks such as the temperature control unit 38 and the storage unit 40 shown in FIG. 1 can be realized in terms of hardware by elements and mechanical devices such as a CPU and a memory of a computer, and in terms of software, a computer program, etc.
  • it is depicted as a functional block realized by their cooperation. Therefore, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by a combination of hardware and software.
  • the temperature detector 34 detects the temperature of the second amplification fiber 30 directly or indirectly.
  • the temperature detector 34 may be a thermistor, a thermocouple, or the like that directly contacts the second amplification fiber 30 to detect the temperature.
  • the second amplification fiber 30 can be determined from the surrounding components of the second amplification fiber 30 or the environmental temperature within the housing in which the second amplification fiber 30 is accommodated. The temperature may be estimated. The temperature information of the second amplification fiber 30 detected by the temperature detector 34 is sent to the temperature controller 38.
  • the temperature changing unit 36 changes the temperature of the second amplification fiber 30 by heating the second amplification fiber 30 based on the control signal from the temperature control unit 38.
  • the temperature changing portion 36 can be configured, for example, by sandwiching the second amplification fiber 30 wound in a coil shape with a polyimide heater.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the oscillation threshold excitation power and the temperature of the second amplification fiber 30.
  • the horizontal axis represents the temperature of the second amplification fiber 30, and the vertical axis represents the oscillation threshold excitation power.
  • the oscillation threshold excitation power increases as the temperature of the second amplification fiber 30 increases.
  • the oscillation threshold excitation power can be changed by changing the temperature of the second amplification fiber 30.
  • the temperature of the second amplification fiber 30 in accordance with the power of the desired pumping light, it is possible to suppress ASE oscillation in the wavelength band of 1060 nm.
  • the relationship between the oscillation threshold excitation power and the temperature of the second amplification fiber 30 is preferably measured in advance for each optical fiber amplifier 10. In this case, the relationship between the oscillation threshold excitation power and the temperature of the second amplification fiber 30 can be set accurately. Further, since this relationship depends on the fiber length of the second amplification fiber 30, for example, the relationship of the actually used length fiber is calculated based on measurement data of a plurality of reference length fibers. Alternatively, it can be stored in the storage unit 40 in advance. In this case, since the measurement process can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.
  • the temperature control unit 38 acquires the temperature information from the temperature detection unit 34, refers to the relationship between the oscillation threshold excitation power stored in the storage unit 40 and the temperature of the second amplification fiber 30, and the oscillation threshold excitation power. Is controlled to be higher than the power of the second pumping light output from the second pumping light source 26, the temperature of the second amplifying fiber 30 is controlled. For example, when the temperature of the second amplification fiber 30 is 100 ° C. when the power of the second pumping light to be set is 10 W, the temperature control unit 38 sets the oscillation threshold pumping power shown in FIG. With reference to the relationship with the temperature of the amplification fiber 30, the temperature of the second amplification fiber 30 is controlled to be higher than about 108 ° C. As a result, the oscillation threshold excitation power becomes larger than 10 W, which is the power of the desired second excitation light, and therefore oscillation of ASE in the wavelength band of 1060 nm can be suppressed.
  • FIG. 4 shows the relationship between the power of the output signal light of the optical fiber amplifier 10 and the temperature of the second amplification fiber 30 when the power of the second pumping light is the oscillation threshold pumping power. As the temperature of the second amplifying fiber 30 is increased, the oscillation threshold pumping power increases, so that the power of the second pumping light can be set higher and higher output signal light power can be obtained.
  • the oscillation threshold pumping power can be increased as the temperature of the second amplification fiber 30 is increased.
  • the oscillation threshold pumping power is higher than the power of the desired second pumping light, it is more than that.
  • Increasing the temperature of the second amplification fiber 30 increases the waste of energy of the heater of the temperature changing unit 36. Therefore, when the oscillation threshold pumping power becomes somewhat higher than the desired power of the second pumping light, it is preferable that the temperature of the second amplification fiber 30 is not further increased.
  • the margin between the oscillation threshold pumping power and the power of the second pumping light that stops the temperature rise is appropriately set in consideration of the response speed of the temperature changing unit 36, the heat dissipation speed of the second amplification fiber 30, and the like. That's fine.
  • the optical fiber amplifier 10 by controlling the temperature of the second amplification fiber 30, it is possible to suppress the oscillation of the ASE in the wavelength band of 1060 nm. .
  • the ASE in the wavelength band of 1550 nm, which is the wavelength band of signal light, is suppressed by the first isolator 16, the second isolator 24, and the third isolator 32.
  • the power of the 2nd excitation light which the 2nd excitation light source 26 outputs can be set high, it becomes possible to raise the power of output signal light.
  • FIG. 5 is a diagram showing an optical fiber amplifier 100 according to the second embodiment of the present invention.
  • the same or corresponding components as those in the optical fiber amplifier 10 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
  • the optical fiber amplifier 100 according to the second embodiment is different from the optical fiber amplifier 10 according to the first embodiment in the configuration of the oscillation suppressing unit 42 in the second amplifying unit 14.
  • the oscillation suppression unit 42 in the present embodiment includes a temperature change unit 36, a temperature control unit 38, a storage unit 40, a duplexer 44, and an ASE monitor unit 46.
  • the optical fiber amplifier 100 detects the power of the ASE in the wavelength band of 1060 nm from the output signal light, paying attention to the fact that the ASE in the wavelength band of 1060 nm has temperature dependence as described above,
  • the temperature of the second amplification fiber 30 is controlled so that the detected ASE power is equal to or lower than the ASE power during oscillation (hereinafter referred to as the oscillation threshold ASE power).
  • the demultiplexer 44 is provided on the output end side of the second amplification fiber 30 and demultiplexes ASE having a wavelength band of 1060 nm from the output signal light.
  • the duplexer 44 is provided in the subsequent stage of the third isolator 32, but may be provided in the previous stage of the third isolator 32.
  • the ASE monitor unit 46 receives the ASE in the wavelength band of 1060 nm demultiplexed by the demultiplexer 44 and detects the power of the ASE.
  • the storage unit 40 of the present embodiment stores the oscillation threshold ASE power of the second amplification fiber 30 and the relationship between the ASE power detected by the ASE monitor unit 46 and the temperature of the second amplification fiber 30. is doing.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the oscillation threshold excitation power and the ASE power.
  • the vertical axis in FIG. 6 represents the power detected by the ASE monitor unit 46, and the horizontal axis represents the oscillation threshold excitation power.
  • FIG. 6 illustrates the relationship at three temperatures of 100 ° C., 115 ° C., and 140 ° C.
  • the oscillation threshold excitation power increases, but the power of the ASE in the wavelength band of 1060 nm is substantially constant (approximately 0 dBm).
  • the storage unit 40 stores this substantially constant ASE power as the oscillation threshold ASE power.
  • FIG. 7 shows the relationship between the ASE power detected by the ASE monitoring unit 46 and the temperature of the second amplification fiber 30.
  • the vertical axis in FIG. 7 represents the power of the ASE detected by the ASE monitor unit 46, and the horizontal axis represents the temperature of the second amplification fiber 30.
  • FIG. 7 shows the relationship between the ASE power and the temperature of the second amplification fiber 30 when the power of the output signal light is 33 dBm.
  • the storage unit 40 stores the relationship between the ASE power and the temperature of the second amplification fiber 30 as shown in FIG. 7 for each power of the output signal light.
  • the temperature control unit 38 acquires ASE power information from the ASE monitor unit 46, and the oscillation threshold ASE power (0 dBm in the present embodiment) stored in the storage unit 40, the ASE power, and the second amplification fiber
  • the temperature of the second amplification fiber 30 is controlled so that the ASE power detected by the ASE monitor unit 46 is equal to or lower than the oscillation threshold ASE power with reference to the relationship with the temperature 30.
  • the temperature changing unit 36 is controlled so that the temperature of the second amplification fiber 30 is about 112 ° C. or higher with reference to the relationship shown in FIG. .
  • the power of ASE becomes 0 dBm or less which is the oscillation threshold ASE power, it is possible to suppress the oscillation of ASE in the wavelength band of 1060 nm.
  • the relationship between the oscillation threshold ASE power and the ASE power detected by the ASE monitor unit 46 and the temperature of the second amplification fiber 30 is measured in advance for each optical fiber amplifier 100.
  • the oscillation threshold ASE power and the relationship can be set accurately. Further, since the oscillation threshold ASE power and the relationship depend on the fiber length of the second amplification fiber 30, it can be estimated. In this case, since the measurement process can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.
  • the power of the ASE in the wavelength band of 1060 nm can be reduced as the temperature of the second amplification fiber 30 is increased.
  • the first Increasing the temperature of the two-amplification fiber 30 increases the waste of energy of the heater of the temperature changing unit 36. Therefore, when the ASE power becomes somewhat smaller than the oscillation threshold ASE power, it is preferable that the temperature of the second amplification fiber 30 is not further increased.
  • the margin between the oscillation threshold ASE power and the ASE power for stopping the temperature rise may be set as appropriate in consideration of the response speed of the temperature changing unit 36, the heat dissipation speed of the second amplification fiber 30, and the like.
  • the ASE power in the wavelength band of 1060 nm is detected, and the detected ASE power is less than the oscillation threshold ASE power.
  • the temperature of the two amplifying fibers 30 By controlling the temperature of the two amplifying fibers 30, oscillation of ASE in the wavelength band of 1060 nm can be suppressed. Thereby, since the power of the 2nd excitation light which the 2nd excitation light source 26 outputs can be set high, it becomes possible to raise the power of output signal light.
  • the double clad fiber in which Er and Yb are co-doped is used as the amplification optical fiber.
  • the amplification optical fiber is composed of Er, Nd (neodymium), Ho (holmium), Tm (thulium). Any one selected from the group consisting of Pr, praseodymium, Yb and Eu (europium) may be co-added.
  • the present invention is not limited to the case where a double clad fiber is used as an amplification optical fiber, and even in the case of an optical fiber amplifier using a single clad fiber, an ASE having a wavelength band different from the signal wavelength band oscillates. It is possible to suppress the situation.

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Abstract

【課題】ＡＳＥの発振を抑制することのできる光ファイバ増幅器を提供する。 【解決手段】希土類元素が添加された第２増幅用ファイバ３０と、第２増幅用ファイバ３０に励起光を供給する第２励起光源２６と、第２増幅用ファイバ３０から発生する信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥが発振するときの励起光のパワーである発振閾値励起パワーと、第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を記憶する記憶部４０と、記憶部４０に記憶された該関係を参照して、発振閾値励起パワーが第２励起光源２６の出力する励起光のパワーより大きくなるように、第２増幅用ファイバ３０の温度を制御する温度制御部３８とを備える。

Description

光ファイバ増幅器
　本発明は、希土類元素が添加された増幅用光ファイバを用いた光ファイバ増幅器に関する。
　Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素が添加された増幅用光ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、高い利得が期待できる一方で、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：増幅された自然放出光）の発生量も多くなり、光の反射や散乱（レイリー散乱）によりＡＳＥが発振してしまうことがある。このときの発振は不安定であり、発振が生じてしまうと瞬間的な強い光により、励起光源や光学部品が破壊される可能性がある。また、発振を避けるには、励起光のパワーを発振時より小さくしなければならないため、出力信号光のパワーが制限されてしまい、所望の出力パワーを満たせないことも懸念される。そのため、発振を抑制した光ファイバ増幅器が求められている。
　従来の発振の抑制を考慮した光増幅器は、アイソレータを用いたものが一般的であり、たとえば特許文献１では、広い温度範囲に渡って反射による発振を防止し、また、フィルタを用いて励起光源での端面反射による発振を防止している。
特開平５－１６７１４４号公報
　ところで、近年では、増幅用光ファイバとして、ＥｒとともにＹｂ（イッテルビウム）を共添加したＥｒ，Ｙｂ共添加ファイバ（ＥＹＤＦ）が検討されている。ＥＹＤＦは、Ｙｂの励起準位からのエネルギー伝達現象を利用してＥｒの準位間で反転分布を形成し、そこからの誘導放出により信号光を増幅するものである。
　このようなＥＹＤＦを用いた光ファイバ増幅器では、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥが発生する。この１０６０ｎｍ帯のＡＳＥの発振を抑制するためには、励起光のパワーを小さく設定しなければならず、所望の出力パワーを得られない可能性がある。
　また、１０６０ｎｍ帯のＡＳＥの発振を抑制するために、１０６０ｎｍ帯のアイソレータを用いて光増幅器を構成する方法も考えられる。この場合、１０６０ｎｍ帯のアイソレータとして、ダブルクラッドファイバに対応し、耐パワー性が十分であり、且つ励起波長（たとえば９１５ｎｍ）を十分透過するものが求められるが、このような１０６０ｎｍ帯のアイソレータを作製することは現状では非常に困難であり、たとえ実現できたとしても非常に高コストになってしまう。従って、１０６０ｎｍ帯のアイソレータを用いて光増幅器を構成する方法は実用的ではない。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、好適にＡＳＥの発振を抑制することのできる光ファイバ増幅器を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の光ファイバ増幅器は、希土類元素が添加された増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、前記増幅用光ファイバから発生する信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥが発振するときの励起光のパワーである発振閾値励起パワーと、前記増幅用光ファイバの温度との関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記関係を参照して、前記発振閾値励起パワーが前記励起光源の出力する励起光のパワーより大きくなるように、前記増幅用光ファイバの温度を制御する温度制御手段とを備える。
　この態様によると、発振閾値励起パワーが励起光源の出力する励起光のパワーより大きくなるように、増幅用光ファイバの温度を制御することにより、信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥの発振を抑制できる。これにより、励起光のパワーを高く設定することができるので、出力信号光のパワーを高めることが可能となる。
　本発明の別の態様もまた、光ファイバ増幅器である。この光ファイバ増幅器は、希土類元素が添加された増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、前記増幅用光ファイバから発生する信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥのパワーを検出する検出手段と、前記ＡＳＥが発振するときのＡＳＥのパワーである発振閾値ＡＳＥパワーと、前記検出手段によって検出されたＡＳＥのパワーと前記増幅用光ファイバの温度との関係とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された発振閾値ＡＳＥパワーと前記関係とを参照して、前記検出手段によって検出されたＡＳＥのパワーが前記発振閾値ＡＳＥパワー以下となるように、前記増幅用光ファイバの温度を制御する制御手段とを備える。
　この態様によると、検出手段によって検出されたＡＳＥのパワーが発振閾値ＡＳＥパワー以下となるように、増幅用光ファイバの温度を制御することにより、信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥの発振を抑制できる。これにより、励起光のパワーを高く設定することができるので、出力信号光のパワーを高めることが可能となる。
　前記増幅用光ファイバは、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、ＹｂおよびＥｕからなる群から選ばれるいずれか２つが共添加されたものであってもよい。増幅用光ファイバは、ダブルクラッド光ファイバであってもよい。本発明は、このような増幅用光ファイバを用いた光ファイバ増幅器に特に有効である。
　本発明によれば、好適にＡＳＥの発振を抑制することのできる光ファイバ増幅器を提供できる。
本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示す図である。 １０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥのスペクトルを示す図である。 発振閾値励起パワーと第２増幅用ファイバの温度との関係を示す図である。 第２励起光のパワーが発振閾値励起パワーのときの光ファイバ増幅器の出力信号光のパワーと、第２増幅用ファイバの温度との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示す図である。 発振閾値励起パワーとＡＳＥのパワーとの関係を示す図である。 ＡＳＥモニタ部によって検出されたＡＳＥのパワーと第２増幅用ファイバの温度との関係を示す図である。
　（第１の実施の形態）
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバ増幅器１０を示す図である。図１に示すように、光ファイバ増幅器１０は、第１増幅部１２と、第２増幅部１４とを備える。
　第１増幅部１２は、Ｅｒ（エルビウム）が添加されたシングルクラッドの第１増幅用ファイバ２２と、第１増幅用ファイバ２２に第１励起光を供給する第１励起光源１８と、入力信号光と第１励起光とを合波するための合波器２０と、反射によってレーザ発振するのを防止するための第１アイソレータ１６および第２アイソレータ２４とを備える。本実施の形態では、入力信号光の波長は１５５０ｎｍ、第１励起光源１８から出力される第１励起光の波長は９８０ｎｍである。また、第１アイソレータ１６および第２アイソレータ２４は、１５５０ｎｍ帯の光に対して最適なアイソレーションが達成されるように構成されたアイソレータである。ここで、アイソレーションとは、所定の波長の光に対して入射側から出射側へは透過させ、逆に出射側から入射側へは透過させないことをいう。第１アイソレータ１６、第２アイソレータ２４は、たとえば偏光面を４５度回転するファラデー回転子を透過軸が互いに４５度ずれた２つの偏光子で挟んだ光学系である。
　第１増幅部１２において、入力信号光は、第１アイソレータ１６を介して合波器２０に入力される。信号光は、合波器２０により第１励起光と合波され、第１増幅用ファイバ２２に入力される。第１増幅用ファイバ２２は、第１励起光により励起され、誘導放出により信号光を増幅する。第１増幅部１２においては、第１増幅用ファイバ２２内において１５５０ｎｍの波長帯のＡＳＥが発生するが、第１アイソレータ１６、第２アイソレータ２４により、該ＡＳＥの発振が抑制される。
　第２増幅部１４は、第２増幅用ファイバ３０と、第２励起光源２６と、ポンプコンバイナ２８と、第３アイソレータ３２と、発振抑制部４２とを備える。
　第２増幅用ファイバ３０は、Ｅｒ（エルビウム）とＹｂ（イッテルビウム）が共添加されたダブルクラッドファイバである。第２増幅用ファイバ３０は、信号光が伝搬するコアと、該コアの周囲を覆い、励起光をマルチモード伝搬する第１クラッドと、該第１クラッドの周囲を覆う第２クラッドとを有する。
　第２励起光源２６は、６つのマルチモード励起光源素子２５から構成されており、各励起光源素子２５から出力されたマルチモード光は、ポンプコンバイナ２８により結合され、高出力の第２励起光とされる。本実施の形態において、第２励起光源２６の出力する第２励起光の波長は９１５ｎｍである。また、第３アイソレータ３２は、１５５０ｎｍ帯の光に対して最適なアイソレーションが達成されるように構成されたアイソレータである。
　第２増幅部１４において、第１増幅部１２の第２アイソレータ２４から出力された信号光は、ポンプコンバイナ２８によって第２励起光と結合され、第２増幅用ファイバ３０に入力される。第２増幅用ファイバ３０の第１クラッドに入射した第２励起光は、第１クラッド中をマルチモード伝搬し、その過程でコアを通過するモードがコアにドープされた希土類元素を励起させる。そして、コアを伝搬する信号光が誘導放出により増幅される。第２増幅用ファイバ３０で増幅された信号光は、第３アイソレータ３２を通り、出力信号光として光ファイバ増幅器１０から出射される。第２増幅部１４では、マルチモードの光源を励起光源として利用できるため、高出力の光増幅器を構成できる。
　ここで、第２増幅部１４においては、第２増幅用ファイバ３０としてＥｒ、Ｙｂが共添加されたダブルクラッドファイバを用いているため、信号波長帯である１５５０ｎｍの波長帯と、信号波長帯とは異なる波長帯である１０６０ｎｍの波長帯とにＡＳＥが発生する。１５５０ｎｍの波長帯のＡＳＥについては、第２アイソレータ２４と第３アイソレータ３２により発振を抑制できる。しかしながら、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥについては、１５５０ｎｍ帯のアイソレータである第２アイソレータ２４と第３アイソレータ３２では発振を抑制できず、ＡＳＥの利得が最大になる波長付近で発振してしまい、各励起光源素子２５に瞬間的な強い光が入射され、各励起光源素子２５を破壊してしまうおそれがある。そのため、第２励起光源２６の出力する第２励起光のパワーを発振時の値より小さい値に設定せざるを得なく、所望の信号出力を満たせない可能性がある。
　また、ポンプコンバイナ２８と第２増幅用ファイバ３０との間、または励起光源素子２５とポンプコンバイナ２８との間に、１０６０ｎｍ帯のアイソレータを挿入すれば励起光源素子２５を保護することも可能であるが、上述したように１０６０ｎｍ帯のアイソレータを作製することは現状では非常に困難であり、たとえ実現できたとしても非常に高コストになってしまうため、１０６０ｎｍ帯のアイソレータを用いることは実用的ではない。
　そこで、本発明者は、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥの発振を抑制するために鋭意研究を重ねた結果、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥに温度依存性があることを見出した。図２は、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥのスペクトルを示す。図２には、第２増幅用ファイバ３０の温度が１００℃、１１５℃、１４０℃のときのスペクトルが示されている。図２から、第２増幅用ファイバ３０の温度を高くすると、ＡＳＥのパワーが低下することが分かる。本発明者は、図２に示すように１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥにおける温度依存性をＡＳＥの発振の抑制に利用できること見出し、本発明を想到するに至った。
　以下、本実施の形態におけるＡＳＥを抑制するための構成について説明する。本実施の形態においては、発振抑制部４２を設け、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥの発振を好適に抑制する。発振抑制部４２は、温度検出部３４と、温度変化部３６と、温度制御部３８と、記憶部４０とを備える。なお、図１に示す温度制御部３８、記憶部４０などの機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
　温度検出部３４は、第２増幅用ファイバ３０の温度を直接または間接的に検出する。温度検出部３４は、第２増幅用ファイバ３０に直接接触して温度を検出するサーミスタや熱電対などであってよい。あるいは、第２増幅用ファイバ３０に直接接触しなくても、第２増幅用ファイバ３０の周囲の部品または第２増幅用ファイバ３０が収容されている筐体内の環境温度から第２増幅用ファイバ３０の温度を推定してもよい。温度検出部３４により検出された第２増幅用ファイバ３０の温度情報は、温度制御部３８に送られる。
　温度変化部３６は、温度制御部３８からの制御信号に基づいて、第２増幅用ファイバ３０を加熱することにより、第２増幅用ファイバ３０の温度を変化させる。温度変化部３６としては、たとえば、コイル状に巻かれた第２増幅用ファイバ３０をポリイミドヒータにより挟むことにより構成することができる。
　記憶部４０には、第２増幅用ファイバ３０から発生する１０６０ｎｍのＡＳＥが発振するときの励起光のパワー（以下、発振閾値励起パワーと称する）と、第２増幅用ファイバ３０の温度との関係が予め記憶させてある。図３は、発振閾値励起パワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を示す図である。図３において、横軸は第２増幅用ファイバ３０の温度であり、縦軸は発振閾値励起パワーである。図３に示すように、第２増幅用ファイバ３０の温度が高くなるにつれ、発振閾値励起パワーも高くなる。すなわち、第２増幅用ファイバ３０の温度を変化させることにより、発振閾値励起パワーを変化させることができる。所望の励起光のパワーに応じて第２増幅用ファイバ３０の温度を制御することで、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥの発振を抑制できる。
　この発振閾値励起パワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係は、光ファイバ増幅器１０ごとに予め測定しておくことが望ましい。この場合、正確に発振閾値励起パワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を設定することができる。また、この関係は、第２増幅用ファイバ３０のファイバ長に依存するため、たとえば基準となる複数の長さのファイバの測定データに基づいて、実際に用いる長さのファイバの前記関係を算出し、予め記憶部４０に記憶させることもできる。この場合は、測定工程を削減できるので、製造コストを低減することができる。
　温度制御部３８は、温度検出部３４からの温度情報を取得し、記憶部４０に記憶された発振閾値励起パワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を参照して、発振閾値励起パワーが第２励起光源２６の出力する第２励起光のパワーより高くなるように、第２増幅用ファイバ３０の温度を制御する。たとえば、設定したい第２励起光のパワーが１０Ｗのときに第２増幅用ファイバ３０の温度が１００℃である場合には、温度制御部３８は、図３に示した発振閾値励起パワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を参照して、第２増幅用ファイバ３０温度が約１０８℃より大きくなるように制御する。これにより、発振閾値励起パワーが所望の第２励起光のパワーである１０Ｗよりも大きくなるので、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥの発振を抑制することができる。
　図４は、第２励起光のパワーが発振閾値励起パワーのときの光ファイバ増幅器１０の出力信号光のパワーと、第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を示す。第２増幅用ファイバ３０の温度を高めるほど発振閾値励起パワーが上昇するため、第２励起光のパワーを高く設定することができ、より高い出力信号光パワーを得ることができる。
　本実施の形態では、第２増幅用ファイバ３０の温度を高めるほど発振閾値励起パワーを高くすることができるが、発振閾値励起パワーが所望の第２励起光のパワーよりも大きい場合に、それ以上第２増幅用ファイバ３０の温度を高くすることは、温度変化部３６のヒータのエネルギーの無駄が大きくなる。従って、発振閾値励起パワーが所望の第２励起光のパワーよりもある程度大きくなった場合には、それ以上第２増幅用ファイバ３０の温度は上昇させないことが好ましい。この場合、発振閾値励起パワーと温度上昇を停止する第２励起光のパワーとのマージンについては、温度変化部３６の応答速度、第２増幅用ファイバ３０の放熱速度などを考慮して適宜設定すればよい。
　以上説明したように、第１の実施の形態に係る光ファイバ増幅器１０によれば、第２増幅用ファイバ３０の温度を制御することにより、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥの発振を抑制することができる。なお、信号光の波長帯である１５５０ｎｍの波長帯のＡＳＥは、第１アイソレータ１６、第２アイソレータ２４および第３アイソレータ３２により抑制される。これにより、第２励起光源２６の出力する第２励起光のパワーを高く設定することができるので、出力信号光のパワーを高めることが可能となる。
　（第２の実施の形態）
　図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバ増幅器１００を示す図である。なお、図５に示す光ファイバ増幅器１００においては、図１に示す光ファイバ増幅器１０と同一または対応する構成要素については同一の符号を付すとともに、詳細な説明を適宜省略する。
　第２の実施の形態に係る光ファイバ増幅器１００は、第２増幅部１４における発振抑制部４２の構成が第１の実施の形態に係る光ファイバ増幅器１０と異なる。本実施の形態における発振抑制部４２は、温度変化部３６と、温度制御部３８と、記憶部４０と、分波器４４と、ＡＳＥモニタ部４６とを備える。
　本実施の形態に係る光ファイバ増幅器１００は、上述したように１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥが温度依存性を有することに着目して、出力信号光から１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥのパワーを検出し、検出したＡＳＥのパワーが発振時のＡＳＥのパワー（以下、発振閾値ＡＳＥパワーと称する）以下となるように第２増幅用ファイバ３０の温度を制御するものである。
　分波器４４は、第２増幅用ファイバ３０の出力端側に設けられており、出力信号光から１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥを分波する。本実施の形態では、分波器４４は第３アイソレータ３２の後段に設けられているが、第３アイソレータ３２の前段に設けられてもよい。ＡＳＥモニタ部４６は、分波器４４により分波した１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥを受光し、該ＡＳＥのパワーを検出する。
　本実施の形態の記憶部４０は、この第２増幅用ファイバ３０の発振閾値ＡＳＥパワーと、ＡＳＥモニタ部４６によって検出されたＡＳＥのパワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係とを記憶している。
　図６は、発振閾値励起パワーとＡＳＥのパワーとの関係を示す図である。図６の縦軸は、ＡＳＥモニタ部４６によって検出されたパワーを表し、横軸は、発振閾値励起パワーを表す。図６では、１００℃、１１５℃、１４０℃の３種類の温度における該関係を図示している。図６に示すように、第２増幅用ファイバ３０の温度が高くなるにつれ、発振閾値励起パワーも高くなるが、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥのパワーは略一定（略０ｄＢｍ）である。記憶部４０は、この略一定であるＡＳＥのパワーを、発振閾値ＡＳＥパワーとして記憶する。
　図７は、ＡＳＥモニタ部４６によって検出されたＡＳＥのパワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を示す。図７の縦軸は、ＡＳＥモニタ部４６によって検出されたＡＳＥのパワーを表し、横軸は、第２増幅用ファイバ３０の温度を表す。図７では、出力信号光のパワーが３３ｄＢｍのときのＡＳＥのパワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を示している。記憶部４０は、出力信号光のパワーごとに、図７に示すようなＡＳＥのパワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係を記憶している。
　温度制御部３８は、ＡＳＥモニタ部４６からＡＳＥのパワーの情報を取得し、記憶部４０に記憶された発振閾値ＡＳＥパワー（本実施の形態では０ｄＢｍ）と、ＡＳＥのパワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係とを参照して、ＡＳＥモニタ部４６によって検出されたＡＳＥのパワーが発振閾値ＡＳＥパワー以下となるように、第２増幅用ファイバ３０の温度を制御する。たとえば、出力信号光のパワーが３３ｄＢｍの場合には、図７に示された関係を参照して、第２増幅用ファイバ３０の温度が約１１２℃以上となるように温度変化部３６を制御する。これにより、ＡＳＥのパワーが発振閾値ＡＳＥパワーである０ｄＢｍ以下となるので、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥの発振を抑制できる。
　発振閾値ＡＳＥパワーおよびＡＳＥモニタ部４６によって検出されたＡＳＥのパワーと第２増幅用ファイバ３０の温度との関係は、光ファイバ増幅器１００ごとに予め測定しておくことが望ましい。この場合、正確に発振閾値ＡＳＥパワーおよび該関係を設定することができる。また、発振閾値ＡＳＥパワーおよび該関係は、第２増幅用ファイバ３０のファイバ長に依存するため、推定することも可能である。この場合は、測定工程を削減できるので、製造コストを低減することができる。
　本実施の形態では、第２増幅用ファイバ３０の温度を高めるほど１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥのパワーを低下することができるが、ＡＳＥのパワーが発振閾値ＡＳＥパワー以下である場合に、それ以上第２増幅用ファイバ３０の温度を高くすることは、温度変化部３６のヒータのエネルギーの無駄が大きくなる。従って、ＡＳＥのパワーが発振閾値ＡＳＥパワーよりもある程度小さくなった場合には、それ以上第２増幅用ファイバ３０の温度は上昇させないことが好ましい。この場合、発振閾値ＡＳＥパワーと温度上昇を停止するＡＳＥのパワーとのマージンについては、温度変化部３６の応答速度、第２増幅用ファイバ３０の放熱速度などを考慮して適宜設定すればよい。
　以上説明したように、第２の実施の形態に係る光ファイバ増幅器１００によれば、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥのパワーを検出し、検出したＡＳＥのパワーが発振閾値ＡＳＥパワー以下となるように第２増幅用ファイバ３０の温度を制御することにより、１０６０ｎｍの波長帯のＡＳＥの発振を抑制することができる。これにより、第２励起光源２６の出力する第２励起光のパワーを高く設定することができるので、出力信号光のパワーを高めることが可能となる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　上述の実施の形態では、ＥｒとＹｂが共添加されたダブルクラッドファイバを増幅用光ファイバとして用いたが、増幅用光ファイバは、Ｅｒ、Ｎｄ（ネオジム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、ＹｂおよびＥｕ（ユウロピウム）からなる群から選ばれるいずれか２つが共添加されたものであってもよい。
　また、本発明は、増幅用光ファイバとしてダブルクラッドファイバを用いた場合に限られず、シングルクラッドファイバを用いた光ファイバ増幅器の場合であっても、信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥが発振する事態を抑制することが可能である。
　１０、１００・・・光ファイバ増幅器
　１２・・・第１増幅部
　１４・・・第２増幅部
　１６・・・第１アイソレータ
　１８・・・第１励起光源
　２０・・・合波器
　２２・・・第１増幅用ファイバ
　２４・・・第２アイソレータ
　２６・・・第２励起光源
　２８・・・ポンプコンバイナ
　３０・・・第２増幅用ファイバ
　３２・・・第３アイソレータ
　３４・・・温度検出部
　３６・・・温度変化部
　３８・・・温度制御部
　４０・・・記憶部
　４２・・・発振抑制部
　４４・・・分波器
　４６・・・ＡＳＥモニタ部

Claims (4)

  1. 　希土類元素が添加された増幅用光ファイバと、
    　前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
    　前記増幅用光ファイバから発生する信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥが発振するときの励起光のパワーである発振閾値励起パワーと、前記増幅用光ファイバの温度との関係を記憶する記憶手段と、
    　前記記憶手段に記憶された前記関係を参照して、前記発振閾値励起パワーが前記励起光源の出力する励起光のパワーより大きくなるように、前記増幅用光ファイバの温度を制御する温度制御手段と、
    　を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
  2. 　希土類元素が添加された増幅用光ファイバと、
    　前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
    　前記増幅用光ファイバから発生する信号波長帯とは異なる波長帯のＡＳＥのパワーを検出する検出手段と、
    　前記ＡＳＥが発振するときのＡＳＥのパワーである発振閾値ＡＳＥパワーと、前記検出手段によって検出されたＡＳＥのパワーと前記増幅用光ファイバの温度との関係とを記憶する記憶手段と、
    　前記記憶手段に記憶された発振閾値ＡＳＥパワーと前記関係とを参照して、前記検出手段によって検出されたＡＳＥのパワーが前記発振閾値ＡＳＥパワー以下となるように、前記増幅用光ファイバの温度を制御する制御手段と、
    　を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
  3. 　前記増幅用光ファイバは、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、ＹｂおよびＥｕからなる群から選ばれるいずれか２つが共添加されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ増幅器。
  4. 　前記増幅用光ファイバは、ダブルクラッド光ファイバであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ増幅器。
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