WO2012056573A1 - 光増幅装置および光伝送システム - Google Patents

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wavelength division
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鈴木　幹哉
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古河電気工業株式会社
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    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094007—Cladding pumping, i.e. pump light propagating in a clad surrounding the active core

Definitions

  • the present invention relates to an optical amplification device and an optical transmission system applied to the field of optical communication and the like.
  • an optical fiber communication network for users' homes called FTTx (Fiber To Thex) has penetrated into society.
  • an optical amplification device is used for the purpose of compensating transmission loss of a transmission line and compensating for distribution loss in a distributor for distributing an optical signal to a plurality of subscribers.
  • an optical amplification device for example, by inputting an optical signal such as a video signal into an optical fiber in which erbium is added to the core as an optical amplification substance, and by inputting excitation light from an excitation light source, BACKGROUND OF THE INVENTION
  • a fiber type optical amplifier (EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier) for amplifying an optical signal is known.
  • EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier
  • the optical signal is propagated in a single mode in the core, and the pump light from the high output multimode laser light source is multimode propagated in the cladding surrounding the core. It is also practiced to use a double clad type optical fiber to make the
  • FIG. 14 is a diagram showing amplification characteristics after the output of such an optical amplification device is branched into 16 parts.
  • the horizontal axis of this figure shows the wavelength of the light signal, and the vertical axis shows the light output.
  • This example is an optical spectrum obtained by amplifying a 1550 nm signal.
  • the optical amplification apparatus using the erbium- and ytterbium-doped optical fiber described above has been generally applied to the FTTx system in which the signal in the wavelength band of 1550 to 1560 nm is widely used, the amplification bandwidth Is at most about 25 nm.
  • the bandwidth is narrow in order to collectively amplify the wavelength division multiplexed (WDM) C-Band entire area (1530-1560 nm) optical signals used in the communication field.
  • WDM wavelength division multiplexed
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an optical amplification device capable of collectively amplifying a wavelength division multiplexed optical signal having a wider band than the prior art.
  • the present invention relates to an optical amplification apparatus for amplifying a wavelength division multiplexed optical signal, comprising: an input unit for inputting the wavelength division multiplexed optical signal; a laser light source for generating multimode laser light; The multimode laser light is input to the core portion to which the rare earth element is added, and the wavelength division multiplexed light signal is input, and a plurality of wavelengths included in the wavelength division multiplexed light signal by stimulated emission by the multimode laser light And a gain equalizer for flattening the gain characteristic of the wavelength division multiplexed optical signal after amplification by the double clad optical fiber; and And an output unit that outputs the wavelength division multiplexed optical signal. According to such a configuration, it is possible to amplify the wavelength division multiplexed optical signal collectively.
  • inventions are characterized by having an attenuation part which attenuates the residual excitation light outputted from the above-mentioned double clad type optical fiber. According to such a configuration, it is possible to prevent the heat generation or the damage of the optical component due to the residual excitation light.
  • Another invention is characterized in that, in addition to the above-mentioned invention, erbium and ytterbium are co-doped as the rare earth element in the core portion. According to such a configuration, it is possible to apply a watt-class high-power laser as an excitation light source.
  • the double clad type optical fiber has an absorption length product represented by a product of a length of the optical fiber and a peak value in a predetermined wavelength band of an absorption coefficient.
  • An absorption line product having a predetermined gain for all the wavelengths constituting the wavelength division multiplexed optical signal is set. According to this configuration, by appropriately setting the absorption line length product, the wavelength division multiplexed optical signal is configured by sacrificing the wavelength band having the highest conversion efficiency to some extent in the case of having a sufficient absorption line length product. It is possible to have gains for optical signals of all wavelengths.
  • Another invention is characterized in that, in addition to the above invention, the wavelength-multiplexed optical signal is in a wavelength band of 1528 to 1570 nm. According to such a configuration, it is possible to collectively amplify the C-Band wavelength division multiplexed optical signal.
  • the multimode laser light is in a wavelength range of 910 to 960 nm. According to such a configuration, various multimode laser light sources can be used.
  • the double clad type optical fiber is characterized in that an absorption length product of the erbium in the core portion is set to about 300 dB or less for a wavelength near 1535 nm. I assume. According to such a configuration, it is possible to give predetermined gains to optical signals of all wavelengths.
  • the double clad type optical fiber has an absorption line product of the erbium in the core portion set in a range of about 30 to 150 dB for a wavelength near 1535 nm. It is characterized by According to such a configuration, for example, it is possible to give predetermined gains to the optical signals of all the wavelengths constituting the C-Band wavelength division multiplexed optical signal, and to improve the amplification efficiency.
  • the double clad type optical fiber is characterized in that the absorption line length product of the ytterbium in the clad portion is set to about 20 dB or less for a wavelength near 915 nm. I assume. According to this configuration, it is possible to give predetermined gains to optical signals of all wavelengths.
  • the double clad type optical fiber has an absorption line length product in the clad part of the ytterbium in a range of about 0.9 to 9.5 dB for a wavelength near 915 nm. It is characterized in that it is set. According to this configuration, for example, it is possible to give a predetermined gain to optical signals of all the wavelengths constituting the C-Band wavelength division multiplexed optical signal, and to improve amplification efficiency.
  • An optical transmission system is an optical transmission apparatus for transmitting a wavelength division multiplexed optical signal, and an optical amplification apparatus for amplifying a wavelength division multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission apparatus, the wavelength division multiplexing
  • the multi-mode laser light is input to the input portion for inputting an optical signal, the laser light source for generating multi-mode laser light, and the cladding portion, and the wavelength division multiplexed light signal is input to the core portion doped with a rare earth element.
  • a double clad optical fiber for amplifying and outputting optical signals of a plurality of wavelengths contained in the wavelength division multiplexed optical signal by stimulated emission by the multimode laser light, and after amplification by the double clad optical fiber It is particularly preferable to have a gain equalizer for flattening the gain characteristics of the wavelength division multiplexed optical signal, and an output unit for outputting the amplified wavelength division multiplexed optical signal. Characterized in that it has a an optical amplifying apparatus for, and a light receiver for receiving the wavelength division multiplexed optical signal amplified by the optical amplifier. According to such a configuration, it is possible to improve the communication quality of the transmission system, reduce the power consumption, and save the cost required to maintain the system.
  • optical amplification device and the optical transmission system of the present invention it is possible to amplify wavelength division multiplexed optical signals collectively.
  • FIG. 1 It is a block diagram showing an example of composition of an optical amplification device of a 1st embodiment of the present invention. It is a figure which shows the cross-section of the amplification optical fiber shown in FIG. 1, and the refractive index of each part. It is a figure which shows the relationship between the intensity
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structural example of the optical amplification apparatus of 2nd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the detailed structural example of the excitation light attenuation part shown in FIG. It is a block diagram which shows the structural example of the optical amplification apparatus of 3rd Embodiment of this invention. It is a block diagram which shows the structural example of the optical amplification apparatus of 4th Embodiment of this invention. It is a block diagram which shows the structural example of the optical amplification apparatus of 5th Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structural example of the excitation light mixer shown in FIG. It is a figure which shows the structural example of the excitation light attenuation part shown in FIG. When the length of an amplification optical fiber is 12 m, it is a figure which shows the relationship of the wavelength of an optical signal and gain after 16 branching.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration example of an optical amplification device according to a first embodiment of the present invention.
  • the optical amplification device 10 includes an input port 11, an amplification optical fiber 12, optical couplers 13 and 14, optical isolators 15 and 16, an excitation light mixer 17, photodiodes 18 and 19, a laser diode 20, A control circuit 21, a gain equalizer 22, and an output port 23 are provided.
  • the input port 11 is formed of, for example, an optical connector or the like, and inputs, for example, a C-Band wavelength division multiplexed optical signal having a wavelength band of 1530 to 1560 nm.
  • the amplification optical fiber (EYDF: Erbium Ytterbium Doped Fiber) 12 amplifies the wavelength division multiplexed optical signal by stimulated emission by excitation light generated by the laser diode 20.
  • FIG. 2 is a view showing the cross-sectional structure of the amplification optical fiber 12 and the refractive index of each part.
  • the amplification optical fiber 12 is a double clad optical fiber having a core portion 12a, a first clad portion 12b, and a second clad portion 12c.
  • the height of the refractive index of each part is in the order of the core portion 12a, the first cladding portion 12b, and the second cladding portion 12c, and the optical signal is the core portion 12a.
  • the excitation light from the laser diode 20 is propagated through the core 12a and the first cladding 12b in a multimode.
  • the core portion 12a is made of, for example, quartz glass, and erbium (Er) and ytterbium (Yb) are co-doped.
  • the first cladding portion 12 b is made of, for example, quartz glass.
  • the second cladding portion 12c is made of, for example, resin, quartz glass, or the like.
  • the length of the amplification optical fiber 12 and the absorption coefficient (the absorption coefficient in the present invention represents the absorptivity at the excitation wavelength, and more specifically, refers to the component involved in the excitation of the signal light wavelength)
  • the absorption linear product represented by the product with the peak value is set based on the conditions described later.
  • FIG. 2 exemplifies the case where the first cladding portion 12b has a circular cross-sectional shape, the present invention is not limited to the circular shape, and may be, for example, a rectangular, triangular, or star-like shape. .
  • the optical coupler 13 branches a part of the optical signal input from the input port 11 to input to the photodiode 18, and inputs the remaining to the optical isolator 15.
  • the photodiode (PD) 18 converts the optical signal branched by the optical coupler 13 into a corresponding electric signal, and supplies the electric signal to the control circuit 21.
  • the control circuit 21 converts the electric signal supplied from the photodiode 18 into an analog signal or a corresponding digital signal, and detects the light intensity of the input signal.
  • the optical isolator 15 has a function of transmitting the light from the optical coupler 13 and blocking the light of the signal wavelength band returned from the amplification optical fiber 12 and the pumping light mixer 17.
  • the laser diode (LD) 20 is formed of, for example, a multimode semiconductor laser element that generates laser light as excitation light having a wavelength of 900 nm.
  • the laser diode 20 is an uncooled semiconductor laser device having no Peltier device as a cooling device. It is also possible to use a cooled semiconductor laser device having a Peltier device.
  • the pumping light mixer 17 inputs the pumping light generated by the laser diode 20 into the amplification optical fiber 12, and propagates the inside of the core portion 12a and the inside of the first cladding portion 12b in multimode. In addition, the pumping light mixer 17 inputs the optical signal output from the optical isolator 15 into the amplification optical fiber 12, and propagates the core portion 12a in a single mode.
  • the optical isolator 16 has a function of transmitting the light from the amplification optical fiber 12 and blocking the light returned from the optical coupler 14 in the signal wavelength band.
  • the optical isolator 16 also has a function of absorbing the light of the excitation wavelength and preventing the light from propagating to the subsequent stage side.
  • the gain equalizer (EQ) 22 flattens the gain wavelength characteristic of the optical signal amplified by the amplification optical fiber 12.
  • the optical coupler 14 branches a part of the optical signal output from the gain equalizer 22 and inputs the branched optical signal to the photodiode 19 and guides the remainder to the output port 23.
  • the output port 23 is formed of, for example, an optical connector or the like, and outputs the amplified optical signal to the outside.
  • the control circuit 21 includes, for example, a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), an analog to digital (A / D) conversion circuit, and a digital to analog (D / A) conversion circuit.
  • the CPU comprises a circuit or the like and executes operation processing with the RAM as a work area according to a program stored in the ROM, and based on the signals supplied from the photodiodes 18 and 19, the drive current of the laser diode 20 ALC (Automatic Output Power Level Control) so that the intensity of the optical signal output from the optical amplification device 10 becomes constant, or AGC (Automatic Gain Control) so that the gain becomes constant.
  • the control circuit 21 may be configured by, for example, a DSP (Digital Signal Processor) or the like.
  • the double clad type amplification optical fiber 12 in which erbium and ytterbium are co-doped is used, but the amplification optical fiber 12 generally has one wave or a single wave near 1550 to 1560 nm. It is used for amplification of an optical signal of about 2 waves. Also, in order to enhance the conversion efficiency, the length (strip length) of the amplification optical fiber 12 is generally set to 10 m or more (400 dB or more as the absorption line product of erbium).
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the power of 915 nm pump light and the conversion efficiency (PCE: Power Conversion Efficiency) of output signal light power at a wavelength of 1550 nm when the length of the amplification optical fiber 12 is changed. is there.
  • PCE Power Conversion Efficiency
  • the conversion efficiency has substantially the same characteristics, but in the case of 8 m
  • the conversion efficiency is significantly lower than in the case of 10 m or more.
  • FIG. 14 mentioned above is an amplification characteristic after 16 branches in the case where the length of the amplification optical fiber 12 is 12 m.
  • the amplification characteristic has an amplification band of about 25 nm (narrow band) around 1550 to 1560 nm.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of measurement of the relationship between the wavelength and the gain when the length of the amplification optical fiber 12 is varied between 1.8 and 7.8 m by the probe method.
  • the probe method is a means for generally and easily grasping the amplification characteristic when a wavelength multiplexed signal is input using a small number of signals. As shown in this figure, as the length of the amplification optical fiber 12 becomes longer, the amplification band on the short wavelength side moves to the right (long wavelength side) in the figure, and the characteristic narrows.
  • the double clad type amplification optical fiber 12 in which erbium and ytterbium are co-doped is set to a length shorter than the length (10 m or more) usually used to amplify a signal in the 1550 nm band.
  • amplification characteristics are broadened to a wide band (for example, about 33 nm) instead of sacrificing the characteristics near 1550 to 1560 nm, which is the highest conversion efficiency band in a sufficient length (for example, 10 m or more) ).
  • the optical amplification device 10 of the first embodiment is applied to the communication field as a light amplification device such as WDM and DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), instead of the conventional EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). Becomes possible. Further, since an uncooled high-power multi-mode laser diode can be used as the laser diode 20, the power consumed by the Peltier element (approximately twice the power required to drive the laser diode 20) is obtained. It becomes unnecessary and the power consumption of the optical amplification device 10 can be reduced to 1/3 or less.
  • the output obtained by using three 400mW class of cooled single-mode LDs in EDFA is about + 28.5dBm and the maximum consumption current is 12.6A, while 4W with double clad amplifier (cladding pump amplifier)
  • the output obtained using one class of uncooled multimode LD is +30 dBm and the maximum current consumption is 4.2A.
  • the size of the entire apparatus can be reduced by omitting the radiator of the Peltier element.
  • the double clad type amplification optical fiber 12 in which erbium and ytterbium are co-doped can easily obtain high gain, even when gain flattening is performed by the gain equalizer 22. A wider band and higher gain amplification can be realized than when a wavelength multiplexed signal is amplified by a conventional EDFA.
  • the optical coupler 13 branches a part of the signal and inputs the branched optical signal to the photodiode 18. Specifically, when the optical coupler 13 is a 20 dB coupler (when the branching ratio is 1/100), 1/100 of the optical signal is input to the photodiode 18 and the remaining is input to the optical isolator 15. Ru.
  • the photodiode 18 converts the input light signal into an electric signal and supplies the electric signal to the control circuit 21.
  • the control circuit 21 converts the input electric signal into an analog signal or a corresponding digital signal, and then the intensity of the optical signal input from the input port 11 according to the obtained data and the branching ratio of the optical coupler 13 Calculate
  • the optical signal that has passed through the optical isolator 15 is guided to the excitation light mixer 17.
  • the pumping light mixer 17 inputs the optical signal having passed through the optical isolator 15 into the core portion 12a of the amplification optical fiber 12, and propagates the core portion 12a in a single mode.
  • the excitation light generated by the laser diode 20 is input to the core portion 12a and the first cladding portion 12b of the amplification optical fiber 12 by the excitation light mixer 17, and the interior of the core portion 12a and the first cladding portion 12b is Propagated in mode.
  • the excitation light is absorbed by the ytterbium ion (Yb 3+ ) of the core 12 a while propagating through the amplification optical fiber 12, and the ytterbium ion indirectly excites the erbium ion (Er 3+ ).
  • the light signal propagated through the core 12a is amplified by stimulated emission from the excited erbium ions.
  • the multimode pumping light power is about 7 W to 21 W.
  • the C-Band wavelength division multiplexed optical signal having a wavelength band of 1530 to 1560 nm is amplified based on the gain characteristics shown in FIG. Specifically, for a wavelength of 1530 nm, it is amplified with a gain of about 27 dB, and for a wavelength of 1560 nm, it is amplified with a gain of about 34 dB.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the outline of the operation of the gain equalizer 22. As shown in FIG. 5A shows the relationship between the wavelength of the amplification optical fiber 12 and the gain. This curve corresponds to the case where the length of the amplification optical fiber 12 in FIG. 4 is 1.8 m. FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the wavelength of the gain equalizer 22 and the gain.
  • FIG. 5C is a diagram showing the total gain of the amplification optical fiber 12 and the gain equalizer 22.
  • the gain is made constant regardless of the wavelength.
  • the wavelength division multiplexed optical signal can be amplified with a constant gain regardless of the wavelength.
  • the gain in the range of 1530 to 1560 nm after passing through the gain equalizer 22 is flat based on the 27 dB. Is about 27 dB regardless of the wavelength.
  • the optical signal that has passed through the gain equalizer 22 is input to the optical coupler 14.
  • the optical coupler 14 branches a part of the input optical signal and inputs it to the photodiode 19. Specifically, when the optical coupler 14 is a 20 dB coupler (when the branching ratio is 1/100), 1/100 of the optical signal is input to the photodiode 19 and the rest is guided to the output end 23 .
  • the optical signal that has passed through the optical coupler 14 is output from the output end 23.
  • the photodiode 19 converts the input light signal into an electric signal and supplies the electric signal to the control circuit 21.
  • the control circuit 21 converts the input electric signal into an analog signal or a corresponding digital signal, and then calculates the strength of the amplified optical signal according to the obtained data and the branching ratio of the optical coupler 14. . Then, the control circuit 21 obtains the gain of the amplification optical fiber 12 based on the intensity of the input light and the intensity of the output light which are calculated by the above-described processing. Then, based on the output light intensity and the obtained gain, the output constant control (ALC) or the constant gain control (AGC), which is control to make the output or the gain constant, is executed.
  • the control may be performed based on, for example, constant excitation current control (ACC: Automatic Current Control) or constant excitation power control (APC: Automatic Pump Power Control).
  • the double clad type amplification optical fiber 12 codoped with erbium and ytterbium has a length shorter than 10 m which is a commonly used length.
  • C-Band with a wavelength band of 1530 to 1560 nm for example, by broadening the amplification characteristic, instead of sacrificing the characteristics near 1550 to 1560 nm, which is the band with the highest conversion efficiency. It becomes possible to batch amplify a wavelength division multiplexed optical signal.
  • the power consumed by the Peltier element is not required, so that the power consumption of the optical amplification device 10 can be reduced to about 1/3 and the Peltier element By omitting the radiator of the above, it is possible to reduce the size of the entire device.
  • the laser diode 20 it is also possible to use a cooled laser diode having a Peltier element.
  • the double clad type amplification optical fiber 12 in which erbium and ytterbium are co-doped is used.
  • the amplification optical fiber 12 can easily obtain high gain. Even when gain flattening is performed by the gain equalizer 22, amplification can be realized in a wider band and higher gain than when gain is obtained by the conventional EDFA.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining an example of the case where the optical amplification device of the first embodiment is applied to the optical transmission system 50.
  • the optical transmission system 50 includes the wavelength division multiplexing optical transmission apparatus 60, the transmission side optical transmission line 70, the optical amplification apparatus 10 of the first embodiment, the reception side optical transmission line 80, and the wavelength division multiplexing optical signal reception.
  • a device 90 is included.
  • the wavelength-multiplexed optical signal transmitted from the wavelength-multiplexed optical transmission device 60 is propagated through the transmission-side optical transmission line 70 and reaches the optical amplification device 10.
  • the optical amplification apparatus 10 As described above, after the wavelength-multiplexed optical signals are collectively amplified, they are propagated through the receiving-side optical transmission line 80, reach the wavelength-multiplexed optical signal receiving apparatus 90, and are multiplexed there Are separated and their respective signals are decoded. Since the optical amplification device 10 according to the first embodiment can realize high gain and low power consumption, the optical transmission system 50 using such an optical amplification device 10 improves the communication quality of the entire system, and Power consumption can be reduced to save the cost of maintaining the system.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a configuration example of a second embodiment.
  • the parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the excitation light attenuation unit 100 is added between the amplification optical fiber 12 and the optical isolator 16.
  • the excitation light attenuating unit 100 remains unused in the amplification optical fiber 12, attenuates the residual excitation light propagating through the first cladding 12b, and prevents the heat generation and damage of the optical component due to the residual excitation light.
  • FIG. 8 is a diagram showing a detailed configuration example of the excitation light attenuation unit 100.
  • FIG. 8A shows a state before the excitation light attenuation unit 100 is configured.
  • the output side end of the amplification optical fiber 12 and the end of the optical fiber 101 connected to the input side of the optical isolator 16 are joined by a fusion splice 112. More specifically, in the amplification optical fiber 12, the second cladding portion 12c having a predetermined length is excluded from the end with the end face 12d being a cut surface, and the optical fiber 101 has an end 101d having a covering portion 101c having a predetermined length from the end. Is excluded as a cutting plane.
  • the amplification optical fiber 12 and the core portion 12a and the core 101a of the optical fiber 101, and the first cladding portion 12b and the cladding portion 101b are fusion-bonded so as to be optically coupled. Thereby, the optical signal is propagated from the core portion 12a to the core 101a, and the excitation light is propagated from the first cladding portion 12b to the cladding portion 101b.
  • FIG. 8B shows a state after the excitation light attenuation unit 100 is configured.
  • the end face 12d of the amplification optical fiber 12 and the end face 101d of the optical fiber 101 it is a member having a refractive index lower than that of the first cladding portion 12b and the cladding portion 101b.
  • the polymer 103 is filled.
  • the respective materials are selected such that the following relationship is satisfied among these refractive indexes n 1 to n 5 It is done.
  • the residual excitation light propagating through the first cladding 12b of the amplification optical fiber 12 is propagated from the first cladding 12b to the cladding 101b via the fusion bond 112. .
  • the equation (1) since the relationship of n 1 ⁇ n 2 is satisfied, the residual excitation light propagating through the first cladding portion 12 b in the amplification optical fiber 12 is from the first cladding portion 12 b There is no leak outside.
  • n 2 n n 4 and as shown in the equation (1), n 3 ⁇ n 2 , so n 3 ⁇ n 2 n n 4 holds.
  • the residual excitation light propagating through the first cladding 12 b and the cladding 101 b in the low refractive index polymer 103 does not leak to the outside.
  • the residual excitation light propagating through the cladding portion 101 b in the optical fiber 101 leaks from the cladding portion 101 b to the covering portion 101 c A part is converted to heat in the covering part 101c and a part is released to the outside of the covering part 101c. For this reason, the residual excitation light is attenuated as it propagates through the cladding portion 101 b in the optical fiber 101.
  • a member for transmitting the residual excitation light to a heat sink or the like is added to the outer peripheral portion of the covering portion 101c. According to such a configuration, it is possible to quickly release the heat generated in the covering portion 101 c to the outside.
  • the residual excitation light not used in the amplification optical fiber 12 is the excitation light attenuation part It is attenuated at 100.
  • the amplification characteristic is broadened by setting the amplification optical fiber 12 to a length shorter than a length usually used to amplify a signal in the 1550 nm band, and therefore it has higher intensity than usual. Residual excitation light is generated.
  • the optical isolator 16 is configured using, for example, a magnetic garnet, and the magnetic garnet has an absorption characteristic for a 900 nm band (refer to a band of about 900 to 965 nm) which is a wavelength of excitation light. For this reason, when the excitation light attenuation section 100 is not provided, residual excitation light having a higher intensity than usual is incident on the optical isolator 16 and absorbed thereby generating heat and possibly damaging the optical isolator 16 .
  • the excitation light attenuating unit 100 it is possible to attenuate the residual excitation light to, for example, 500 mW or less which is the resistance of the optical component, thereby preventing the optical isolator 16 from being heated or damaged. it can.
  • attenuation is performed to 500 mW or less, which is the resistance of the optical component.
  • attenuation may be performed to be equal to or less than the intensity of the optical signal propagating through the core.
  • the excitation light attenuation unit 100 is provided between the amplification optical fiber 12 and the optical isolator 16, and residual excitation light output from the amplification optical fiber 12 is Since the light is attenuated, it is possible to prevent the generation of heat or damage due to the residual excitation light of the optical component such as the optical isolator 16 disposed downstream of the amplification optical fiber 12.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a configuration example of a third embodiment.
  • the parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the optical amplification device 10B shown in FIG. 9 excludes the forward pumping laser diode 20 and the pumping light mixer 17, and the backward pumping laser diode 120 and the pumping light mixer 117 are amplified optical fibers. 12 and an optical isolator 16 are added.
  • a pumping light attenuator 100A is added between the optical isolator 15 and the amplification optical fiber 12.
  • the laser diode 120 and the excitation light mixer 117 have the same configuration as the laser diode 20 and the excitation light mixer 17, and the excitation light attenuator 100A fuses the excitation light attenuator 100 shown in FIG. The right and left sides of the unit 112 are reversed.
  • the optical fiber 101 is an optical fiber connected to the output side of the optical isolator 15.
  • the basic operation of the third embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 8, but the third embodiment is a backward excitation type while the second embodiment is a forward excitation type.
  • the points are different. That is, in the third embodiment, excitation light of about 9 W to 14 W is emitted from the laser diode 120, and the emitted excitation light is incident from the output side of the amplification optical fiber 12 by the excitation light mixer 117. Then, the excitation light not used in the amplification optical fiber 12 is output as residual excitation light from the input side (left side in FIG. 9) of the amplification optical fiber 12.
  • Such residual excitation light is attenuated in the excitation light attenuating unit 100A and attenuated below the high power light resistance of the optical component (for example, 500 mW or less) or equivalent to the optical signal incident on the optical isolator 15. Or it is attenuated to be less than that. Therefore, it is possible to prevent the heat generation or the damage of the optical component such as the optical isolator 15 due to the residual excitation light.
  • FIG. 10 is a diagram for describing a configuration example of a fourth embodiment.
  • each of the forward excitation type optical amplification device 10A and the backward excitation type optical amplification device 10B constituting the fourth embodiment is the same as that described above.
  • the backward excitation type optical amplification device 10B having excellent high output characteristics is provided at the rear stage. It is arranged and amplified to reach a predetermined power.
  • the residual excitation light is attenuated to 500 mW or less or equivalent to or less than the optical signal. Therefore, it is possible to prevent the heat generation and the damage of the optical component such as the optical isolator disposed at the subsequent stage.
  • the gain equalizer 22 is provided in each of the amplification devices.
  • the gain equalizer 22 is provided in any one of the forward excitation optical amplification device 10A and the backward excitation optical amplification device 10B.
  • it may be provided in the front stage of the amplification optical fiber 12 of the forward excitation type optical amplification device 10A.
  • the gain characteristics of optical signals of a plurality of wavelengths included in the wavelength division multiplexed optical signal output from the backward excitation type optical amplification device 10B may be flat (the optical signal of each wavelength Characteristics should be set so that the
  • FIG. 11 shows a configuration example of the fifth embodiment.
  • an excitation light mixer 117 is added as compared with FIG. Further, excitation light attenuation sections 102 to 107 are connected to output ends 117b to 117g of residual excitation light of the excitation light mixer 117, respectively.
  • the other configuration is the same as that of FIG.
  • the excitation light mixer 117 is used for introducing excitation light into the amplification optical fiber 12, and in the fifth embodiment, used for extracting and attenuating residual excitation light. Do.
  • FIG. 12 shows a detailed configuration example of the excitation light mixer 117.
  • the excitation light mixer 117 has an output end 117a from which an optical signal is output, and output ends 117b to 117g from which residual excitation light is output.
  • An optical signal propagating through the core portion 12 a of the amplification optical fiber 12 is output from the output end 117 a and input to the isolator 16.
  • the residual excitation light output from the first cladding portion 12b of the amplification optical fiber 12 is output from the output ends 117b to 117g.
  • the output end 117a is constituted by a single mode fiber, and the output ends 117b to 117g are constituted by a multimode fiber.
  • excitation light attenuating units 102 to 107 for attenuating the residual excitation light from the laser diode 20 are connected to the output ends 117f to 117g, respectively.
  • FIG. 13 is a side sectional schematic view showing a configuration example of the excitation light attenuating parts 102 to 107 shown in FIG. Since the excitation light attenuation units 102 to 107 have the same configuration, the excitation light attenuation unit 102 will be described as an example here.
  • the excitation light attenuation unit 102 includes a heat sink 102b having a groove 102c for accommodating the end E1 of the output end 117b and the optical fiber covering in the vicinity thereof, a high refractive index polymer 102f, And a lid 102a covering the groove 102c.
  • the end E1 of the output end 117b is a bare fiber portion exposed by removing the second cladding of the output end 117b.
  • the heat sink 102b absorbs the residual excitation light leaked from the end E1 accommodated inside the groove 102c and converts it into heat, and dissipates the heat resulting from the residual excitation light to the outside.
  • the metal member which forms the heat sink 102b is a heat conductive high thing, Comprising: For example, it is a metal member containing aluminum, copper, iron, and at least one of nickel. Stainless steel etc. are mentioned as the example.
  • the groove 102c formed in the heat sink 102b has an accommodation groove 102d for accommodating the end E1, and a support groove 102e for supporting an optical fiber covering portion located in the vicinity of the end E1.
  • the support groove 102e is formed at the edge of the heat sink 102b, and supports the optical fiber coating near the end E1 when the end E1 is accommodated in the accommodation groove 102d.
  • the accommodation groove 102d is formed in the inner area of the edge of the heat sink 102b, and accommodates at least the end E1.
  • Such a housing groove 102d is formed deeper and wider at the bottom than the support groove 102e.
  • the end E1 can be accommodated without contacting the inner wall of the accommodation groove 102d.
  • the inner wall of the accommodation groove 102d is desirably colored in a color (for example, black) that easily absorbs light.
  • the heat sink 102b can efficiently absorb the residual excitation light from the terminal end E1.
  • the high refractive index polymer 102f of the excitation light attenuation unit 102 covers the end E1 accommodated in the accommodation groove 102d and the optical fiber coating disposed in the support groove 102e, and the termination E1 is accommodated in the accommodation groove 102d. And fix the optical fiber coating in the support groove 102e. Further, the high refractive index polymer 102 f has a refractive index higher than that of the cladding of the output end 117 b at the end E 1. Therefore, the residual excitation light propagating through the end E1 propagates from the end E1 to the high refractive index polymer 102f. As a result, the residual excitation light is emitted from the end E1, and absorbed by the heat sink 102b and the lid 102a.
  • the lid 102a is formed of, for example, a metal member including at least one of aluminum, copper, iron, and nickel. Stainless steel etc. are mentioned as the example. It is desirable that the surface of the lid 102 a facing the accommodation groove 102 d be colored in a color (for example, black) that easily absorbs light. Thereby, the lid
  • the excitation light attenuation units 103 to 107 also have the same configuration as that of the excitation light attenuation unit 102.
  • the excitation light attenuating section 102 via the output ends 117b to 117g for the excitation light not used in the amplification optical fiber 12 and becoming residual excitation light. It is incident on ⁇ 107, converted to heat and attenuated. Therefore, it is possible to prevent the heat generation or the like of the optical component such as the optical isolator 16 due to the residual excitation light outputted from the amplification optical fiber 12.
  • the excitation light attenuating parts 102 to 107 connected to the output ends 117 f to 117 g convert the residual excitation light not used in the amplification optical fiber 12 into heat. As a result, it is possible to prevent the generation of heat or damage to the optical components such as the optical isolator 16 due to the residual excitation light.
  • the excitation light mixer 117 has the six output ends 117b to 117g of residual excitation light in the above description, it goes without saying that the number may be other than this.
  • the length of the amplification optical fiber 12 is about 8 m or less, more preferably about 1.
  • the absorption line length product is approximately 300 dB for the wavelength of signal light propagating around the core of 1535 nm for erbium as the main dopant, and is 1.8 to 3.8 m. The case is in the range of approximately 30 to 150 dB.
  • the core of ytterbium when the stripe length is 8 m with respect to excitation light near 915 nm The absorption line length product at time t is approximately 3100 dB, and the absorption line length product at the core of 1.8 to 3.8 m is in the range of approximately 180 to 1500 dB. Therefore, when the concentration of the dopant is different, by setting the length of the amplification optical fiber 12 so as to obtain the above-mentioned absorption line product, it is possible to obtain the same amplification characteristic as the above-mentioned case.
  • a desired gain can be obtained at a wavelength (for example, 1530 nm in the case of C-Band) assumed to have the lowest gain in the conventional configuration. It may be set to obtain (for example, 30 dB). In the conventional configuration, if the desired gain can be secured at the wavelength with the lowest gain, the desired gain can be secured for other wavelengths even after passing through the gain equalizer 22. Alternatively, it may be set to a length (or an absorption line product) that balances the gain on the short wavelength side and the gain on the long wavelength side so that the wavelength range in which the desired gain can be obtained is the widest.
  • the absorption line length product of ytterbium may be set by the value in the core (the value for the excitation light propagating through the core) as described above, or the value for the clad propagation light as follows: It may be set.
  • the value of the clad propagation light is about 20 dB when the stripe length is 8 m and about 0.9 to 9.5 dB when the streak length is 8 m for the excitation light near 915 nm as described above. Range.
  • the wavelength of the excitation light is 915 nm
  • the absorption wavelength characteristic of ytterbium is substantially flat in the range of about 910 to 960 nm, the excitation light within this wavelength range can be treated in the same manner. it can.
  • the core portion 12a has been described using the double clad type amplification optical fiber 12 co-doped with erbium and ytterbium as an example, but thulium (Tm: Thulium), neodymium A rare earth element such as (Nd: Neodymium) or praseodymium (Pr: Praseodymium) or another substance having the same amplification action as the rare earth element may be added.
  • Tm Thulium
  • neodymium A rare earth element such as (Nd: Neodymium) or praseodymium (Pr: Praseodymium) or another substance having the same amplification action as the rare earth element may be added.
  • the amplification band is different from the above embodiments, the same effect as that of the present invention can be obtained.
  • the gain equalizer 22 is used. However, when the gain of the amplification optical fiber 12 is substantially flat, the gain equalizer 22 may be omitted. Alternatively, the gain equalizer 22 may be an independent configuration not included in the optical amplification device 10. In each of the above-described embodiments, the gain equalizer 22 is provided between the optical isolator 16 and the optical coupler 14. However, for example, the gain equalizer 22 may be provided downstream of the optical coupler 14. In addition, a gain equalizer 22 may be installed on the input side of EYDF centering on EYDF, or a configuration may be considered in which EYDF is divided into two and gain equalizer 22 is installed in the middle stage to realize higher output. Be
  • the first embodiment shown in FIG. 1 has been described as an example of using it as an optical amplification device, but it is used as an optical amplification device shown in FIGS. It goes without saying that it is also good.
  • the optical amplification device 10 is configured only with a booster amplifier, but, for example, in order to improve NF (Noise Figure) as a noise figure, for example, a preamplifier provided in front of the booster amplifier After amplification according to V., amplification may be further performed by a booster amplifier.
  • NF Noise Figure
  • Input port (input part) 12 amplification optical fiber (double clad type optical fiber) DESCRIPTION OF SYMBOLS 12a core part 12b 1st clad part 12c 2nd clad part 13, 14 coupler 15, 16 optical isolator 17 excitation light mixer 18, 19 photodiode 20 laser diode (laser light source) 21 control circuit 22 gain equalizer 23 output port (output section) 50 optical transmission system 60 wavelength multiplexed optical signal transmitter (optical transmitter) 70 transmission side optical transmission line 80 reception side optical transmission line 90 wavelength multiplexed optical signal receiving apparatus (optical receiving apparatus) 100 excitation light attenuating part (attenuating part) 102 to 107 excitation light attenuating section (attenuating section)

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Abstract

　波長分割多重光信号を一括して増幅可能な光増幅装置を提供すること。　波長分割多重光信号を入力する入力部（入力ポート１１）と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源（レーザダイオード２０）と、クラッド部にマルチモードレーザ光が入力され、希土類元素が添加されたコア部に波長分割多重光信号が入力され、マルチモードレーザ光による誘導放出によって波長分割多重光信号に含まれる複数の波長の光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバ（増幅光ファイバ１２）と、前記ダブルクラッド型の光ファイバによる増幅後の前記波長分割多重光信号の利得特性を平坦化する利得等化器（利得等化器２２）と、増幅された波長分割多重光信号を出力する出力部（出力ポート２３）と、を有する。

Description

光増幅装置および光伝送システム
　本発明は、光通信分野等に適用される光増幅装置および光伝送システムに関するものである。
　近年、ＦＴＴｘ（Fiber To The x）と呼ばれる、ユーザ宅向けの光ファイバ通信網が社会に浸透している。このような光ファイバ通信網では、伝送路の伝送損失を補償するとともに、複数の加入者に光信号を分配するための分配器における分配損失を補償する目的で、光増幅装置が使用される。
　このような光増幅装置としては、例えば、光増幅物質としてエルビウムがコア部に添加された光ファイバに、映像信号等の光信号を入力するとともに、励起光源からの励起光を入力することにより、光信号を増幅するファイバ型光増幅装置（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）が知られている。近年では、さらに、吸収帯域としてワット級出力の高出力レーザが励起光源として適用できるイッテルビウム（Ytterbium）をコア部に添加することが行われている。また、コア部において結合可能な励起光強度を高めるために、光信号をコア部内にシングルモード伝搬させ、出力の高いマルチモードレーザ光源からの励起光を、コア部を囲むクラッド部内にマルチモード伝搬させるダブルクラッド型の光ファイバを使用することも行われている（特許文献１参照）。
　エルビウムおよびイッテルビウムを添加した光ファイバを用いた光増幅装置は、当該光ファイバにおける変換効率が高い１５５０～１５６０ｎｍ帯域内の１波もしくは２波程度の光信号を増幅する目的で使用されることが多い。図１４は、このような光増幅装置の出力を１６分岐した後の増幅特性を示す図である。この図の横軸は光信号の波長を示し、縦軸は光出力を示している。この例は、１５５０ｎｍの信号を増幅した光スペクトルである。
特開２００８－５３２９４号
　ところで、前述したエルビウムおよびイッテルビウムを添加した光ファイバを用いた光増幅装置は、一般的に１５５０～１５６０ｎｍ帯の波長域の信号が広く使われているＦＴＴｘシステムに適用されてきたが、増幅帯域幅は広くても２５ｎｍ程度である。しかし、通信分野で使われる波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）したＣ－Ｂａｎｄ全域（１５３０～１５６０ｎｍ）の光信号を一括して増幅するためには、帯域幅が狭いという問題点がある。
　そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来より広帯域な波長分割多重光信号を一括して増幅可能な光増幅装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明は、波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置において、前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、クラッド部に前記マルチモードレーザ光が入力され、希土類元素が添加されたコア部に前記波長分割多重光信号が入力され、前記マルチモードレーザ光による誘導放出によって前記波長分割多重光信号に含まれる複数の波長の光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、前記ダブルクラッド型の光ファイバによる増幅後の前記波長分割多重光信号の利得特性を平坦化する利得等化器と、増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、を有することを特徴とする。
　このような構成によれば、波長分割多重光信号を一括して増幅可能となる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバから出力される残留励起光を減衰させる減衰部を有することを特徴とする。
　このような構成によれば、残留励起光によって光学部品が発熱したり、損傷したりすることを防止できる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記コア部には、前記希土類元素として、エルビウムとイッテルビウムが共添加されていることを特徴とする。
　このような構成によれば、ワット級出力の高出力レーザを励起光源として適用することが可能となる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、当該光ファイバの条長と吸収係数の所定波長帯におけるピーク値との積で表される吸収条長積が、前記波長分割多重光信号を構成する全ての波長に対して所定の利得を有する吸収条長積に設定されていることを特徴とする。
　この構成によれば、吸収条長積を適切に設定することにより、十分な吸収条長積を有する場合に最も変換効率が高い波長帯域を多少犠牲にすることにより、波長分割多重光信号を構成する全ての波長の光信号に対してゲインを有することができる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記波長多重光信号は、１５２８～１５７０ｎｍの波長帯域内にあることを特徴とする。
　このような構成によれば、Ｃ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を一括増幅することが可能となる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記マルチモードレーザ光は、９１０～９６０ｎｍの波長範囲内にあることを特徴とする。
　このような構成によれば、種々のマルチモードレーザ光源を用いることができる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記エルビウムの前記コア部における吸収条長積が１５３５ｎｍ近傍の波長について略３００ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする。
　このような構成によれば、全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせることができる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記エルビウムの前記コア部における吸収条長積が１５３５ｎｍ近傍の波長について略３０～１５０ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする。
　このような構成によれば、例えば、Ｃ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を構成する全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせるとともに、増幅効率を高めることができる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記イッテルビウムの前記クラッド部における吸収条長積が９１５ｎｍ近傍の波長について略２０ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする。
　この構成によれば、全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせることができる。
　また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記イッテルビウムの前記クラッド部における吸収条長積が９１５ｎｍ近傍の波長について略０．９～９．５ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする。
　この構成によれば、例えば、Ｃ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を構成する全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせるとともに、増幅効率を高めることができる。
　また、本発明の光伝送システムは、波長分割多重光信号を送信する光送信装置と、前記光送信装置から送信された波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置であって、前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、クラッド部に前記マルチモードレーザ光が入力され、希土類元素が添加されたコア部に前記波長分割多重光信号が入力され、前記マルチモードレーザ光による誘導放出によって前記波長分割多重光信号に含まれる複数の波長の光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、前記ダブルクラッド型の光ファイバによる増幅後の前記波長分割多重光信号の利得特性を平坦化する利得等化器と、増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、を有することを特徴とする光増幅装置と、前記光増幅装置によって増幅された前記波長分割多重光信号を受信する光受信装置と、を有することを特徴とする。
　このような構成によれば、伝送システムの通信品質を高めるとともに、消費電力を削減して、システムの維持に必要な経費を節約することができる。
　本発明の光増幅装置および光伝送システムによれば、波長分割多重光信号を一括して増幅可能となる。
本発明の第１実施形態の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示す増幅光ファイバの断面構造と各部位の屈折率を示す図である。 増幅光ファイバの長さを変化させた場合の励起光の強度と変換効率との関係を示す図である。 増幅光ファイバの長さを１．８～７．８ｍの間で変化させた場合の光信号の波長とゲインとの関係を示す図である。 利得等化器の動作を説明する図である。 本実施形態の光増幅装置を適用した光伝送システムの構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。 図７に示す励起光減衰部の詳細な構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。 図１１に示す励起光混合器の構成例を示す図である。 図１１に示す励起光減衰部の構成例を示す図である。 増幅光ファイバの長さが１２ｍである場合において、１６分岐後の光信号の波長とゲインとの関係を示す図である。
　次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）第１実施形態の構成
　図１は本発明の第１実施形態の光増幅装置の構成例を示す図である。この図に示すように、光増幅装置１０は、入力ポート１１、増幅光ファイバ１２、光カプラ１３，１４、光アイソレータ１５，１６、励起光混合器１７、フォトダイオード１８，１９、レーザダイオード２０、制御回路２１、利得等化器２２、および、出力ポート２３を有している。
　入力ポート１１は、例えば、光コネクタ等によって構成され、例えば、波長帯域が１５３０～１５６０ｎｍであるＣ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を入力する。増幅光ファイバ（ＥＹＤＦ：Erbium Ytterbium Doped Fiber）１２は、波長分割多重光信号を、レーザダイオード２０によって発生された励起光による誘導放出によって増幅する。
　図２は、増幅光ファイバ１２の断面構造と、各部の屈折率を示す図である。図２に示すように、増幅光ファイバ１２は、コア部１２ａ、第１クラッド部１２ｂ、および、第２クラッド部１２ｃを有するダブルクラッド型の光ファイバである。また、図２の下に示すように、各部の屈折率の高さは、コア部１２ａ、第１クラッド部１２ｂ、および、第２クラッド部１２ｃの順になっており、光信号は、コア部１２ａをシングルモードで伝搬され、レーザダイオード２０からの励起光は、コア部１２ａと第１クラッド部１２ｂをマルチモードで伝搬される。コア部１２ａは、例えば、石英ガラスによって構成され、エルビウム（Ｅｒ）とイッテルビウム（Ｙｂ）とが共添加されている。第１クラッド部１２ｂは、例えば、石英ガラスによって構成されている。第２クラッド部１２ｃは、例えば、樹脂や石英ガラス等によって構成されている。増幅光ファイバ１２の条長と、吸収係数（本発明における吸収係数は、励起波長での吸収率を表し、より詳しくは信号光波長の励起に加担する成分を指すものとする）の所定波長のピーク値との積で表される吸収条長積は、後述する条件に基づいて設定されている。なお、図２は、第１クラッド部１２ｂが円形の断面形状を有する場合を例に挙げているが、円形に限らず、例えば、矩形、三角形、または、星形等の形状であってもよい。
　光カプラ１３は、入力ポート１１から入力された光信号の一部を分岐してフォトダイオード１８に入力し、残りを光アイソレータ１５に入力する。フォトダイオード（ＰＤ）１８は、光カプラ１３によって分岐された光信号を対応する電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。なお、制御回路２１では、フォトダイオード１８から供給された電気信号をアナログもしくは対応するデジタル信号に変換し、入力信号の光強度を検出する。
　光アイソレータ１５は、光カプラ１３からの光を透過させ、増幅光ファイバ１２と励起光混合器１７から戻ってくる信号波長帯域の光を遮断する機能を有する。レーザダイオード（ＬＤ）２０は、例えば、波長が９００ｎｍ帯域の励起光としてのレーザ光を発生するマルチモード半導体レーザ素子によって構成される。なお、レーザダイオード２０は、冷却素子としてのペルチェ素子を有しないアンクールド（uncooled）型の半導体レーザ素子である。なお、ペルチェ素子を有するクールド型の半導体レーザ素子を用いることも可能である。
　励起光混合器１７は、レーザダイオード２０によって発生された励起光を、増幅光ファイバ１２に入力し、コア部１２ａ内と第１クラッド部１２ｂ内とをマルチモードで伝搬させる。また、励起光混合器１７は、光アイソレータ１５から出力された光信号を、増幅光ファイバ１２に入力し、コア部１２ａ内をシングルモードで伝搬させる。
　光アイソレータ１６は、信号波長帯域については、増幅光ファイバ１２からの光を透過させ、光カプラ１４から戻ってくる光を遮断する機能を有する。また、光アイソレータ１６は、励起波長の光も吸収し、後段側に伝搬するのを防ぐ機能も有する。利得等化器（ＥＱ）２２は、増幅光ファイバ１２によって増幅された光信号の利得波長特性を平坦化する。光カプラ１４は、利得等化器２２から出力される光信号の一部を分岐してフォトダイオード１９に入力し、残りを出力ポート２３に導く。出力ポート２３は、例えば、光コネクタ等によって構成され、増幅された光信号を外部に対して出力する。
　制御回路２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路、および、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換回路等によって構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムに応じて、ＲＡＭをワークエリアとして演算処理を実行し、フォトダイオード１８，１９から供給される信号に基づいて、レーザダイオード２０の駆動電流を制御することにより、光増幅装置１０から出力される光信号の強度が一定になるようにＡＬＣ（Automatic Output Power Level Control）、または、利得が一定となるようにＡＧＣ（Automatic Gain Control）を実行する。なお、制御回路２１は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等によって構成するようにしてもよい。
（Ｂ）第１実施形態の動作
　以下では、第１実施形態の動作の概要を説明した後、詳細な動作を説明する。第１実施形態では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を使用しているが、当該増幅光ファイバ１２は、一般的には、１５５０～１５６０ｎｍ付近の１波または２波程度の光信号の増幅に使用される。また、変換効率を高めるために、増幅光ファイバ１２の長さ（条長）は、１０ｍ以上（エルビウムの吸収条長積にして４００ｄＢ以上）に設定されることが一般的である。図３は、増幅光ファイバ１２の長さを変化させた場合における、９１５ｎｍの励起光のパワーと、波長１５５０ｎｍの出力信号光パワーの変換効率（ＰＣＥ：Power Conversion Efficiency）との関係を示す図である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２の長さが、１０ｍ以上である場合（１０ｍ，１２ｍ，１４ｍの場合）には、変換効率は略同じ特性を有しているが、８ｍの場合には１０ｍ以上の場合に比較すると変換効率が顕著に低くなっている。
　前述した図１４は、増幅光ファイバ１２の長さが１２ｍである場合における１６分岐後の増幅特性である。このように、増幅光ファイバ１２の長さが１０ｍ以上である場合には、増幅特性は１５５０～１５６０ｎｍ付近に２５ｎｍ程度の増幅帯域を有する（狭帯域）な特性となる。
　図４は、増幅光ファイバ１２の長さを１．８～７．８ｍの間で変化させた場合の波長とゲインの関係をプローブ法によって実測した結果を示す図である。プローブ法は、一般的に波長多重信号を入力した場合の増幅特性を少数の信号を用いて容易かつ正確に把握する手段である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２の長さが長くなるにつれて、短波長側の増幅帯域が図の右側（長波長側）に移動し、特性が狭帯域化する。
　そこで、本願では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を、１５５０ｎｍ帯の信号を増幅するために通常使用される長さ（１０ｍ以上）よりも短い長さに設定することにより、十分な長さ（例えば、１０ｍ以上）において最も変換効率が高い帯域である１５５０～１５６０ｎｍ付近の特性は多少犠牲にする代わりに、増幅特性を広帯域化（例えば、３３ｎｍ程度に広帯域化）する。これにより、例えば、波長帯域が１５３０～１５６０ｎｍであるＣ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を一括増幅することが可能となる。なお、この場合、１５２８～１５７０ｎｍの波長帯域において、実用的な利得を得ることができる。その結果、第１実施形態の光増幅装置１０を、ＷＤＭおよびＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）等の光増幅装置として、従来のＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）に代替して、通信分野に適用することが可能になる。また、レーザダイオード２０としてアンクールド型の高出力マルチモードレーザダイオードを使用することができることから、ペルチェ素子によって消費される電力（レーザダイオード２０を駆動するために必要な電力の約２倍の電力）が不要になり、光増幅装置１０の消費電力を１／３以下に減少させることができる。消費電力の一例として、１波のアンプの例を示す。ＥＤＦＡで冷却型シングルモードＬＤの４００ｍＷ級を３個使用して得られる出力は、約＋２８．５ｄＢｍで最大消費電流は１２．６Ａであるのに対し、ダブルクラッド型アンプ（クラッドポンプアンプ）で４Ｗ級の非冷却マルチモードＬＤ１個を使用して得られる出力は＋３０ｄＢｍで最大消費電流は４．２Ａである。また、ペルチェ素子の放熱器を省略することにより、装置全体のサイズを縮小することができる。さらに、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２は、高利得を簡単に得ることができることから、利得等化器２２によって利得の平坦化を行った場合であっても、従来のＥＤＦＡで波長多重信号を増幅した場合よりも広帯域かつ高利得の増幅を実現できる。
　つぎに、第１実施形態の詳細な動作について説明する。
　第１実施形態では、一例として、波長帯域が１５３０～１５６０ｎｍであるＣ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を増幅する場合を例に挙げて説明する。波長分割多重光信号が入力ポート１１から入力されると、光カプラ１３は、その一部を分岐してフォトダイオード１８に入力する。具体的には、光カプラ１３が２０ｄＢカプラである場合（分岐比が１／１００である場合）には、光信号の１／１００がフォトダイオード１８に入力され、残りが光アイソレータ１５に入力される。
　フォトダイオード１８は、入力された光信号を電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。制御回路２１は、入力された電気信号をアナログ信号または対応するデジタル信号に変換した後、得られたデータと、光カプラ１３の分岐比とに応じて入力ポート１１から入力された光信号の強度を算出する。
　光アイソレータ１５を通過した光信号は、励起光混合器１７に導かれる。励起光混合器１７は、光アイソレータ１５を通過した光信号を増幅光ファイバ１２のコア部１２ａに入力し、コア部１２ａ内をシングルモードで伝搬させる。一方、レーザダイオード２０が発生した励起光は、励起光混合器１７により、増幅光ファイバ１２のコア部１２ａと第１クラッド部１２ｂに入力され、コア部１２ａと第１クラッド部１２ｂの内部をマルチモードで伝搬される。励起光は、増幅光ファイバ１２を伝搬しながら、コア部１２ａのイッテルビウムイオン（Ｙｂ３＋）に吸収され、イッテルビウムイオンが間接的にエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を励起する。コア部１２ａを伝搬される光信号は、励起されたエルビウムイオンからの誘導放出によって増幅される。なお、本実施形態および後述する第２の実施形態では、マルチモードの励起光パワーは、７Ｗ～２１Ｗ程度となっている。
　このとき、増幅光ファイバ１２の長さが１．８ｍに設定されている場合であって、光信号の強度が－３ｄＢｍであるときには、図４の実線で示すような増幅特性を有することから、波長帯域が１５３０～１５６０ｎｍであるＣ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号は、図４に示すゲイン特性に基づいて増幅される。具体的には、１５３０ｎｍの波長に対しては約２７ｄＢのゲインで増幅され、１５６０ｎｍの波長に対しては約３４ｄＢのゲインで増幅される。
　増幅光ファイバ１２によって増幅された光信号は、光アイソレータ１６を介して利得等化器２２に導かれる。利得等化器２２では、対象となる帯域内における各波長の利得の平坦化が実行される。図５は、利得等化器２２の動作の概略を説明する図である。図５（Ａ）は、増幅光ファイバ１２の波長とゲインとの関係を示す図である。なお、この曲線は、図４の増幅光ファイバ１２の長さが１．８ｍの場合に対応している。図５（Ｂ）は、利得等化器２２の波長とゲインの関係を示す図である。この図に示すように、利得等化器２２の波長とゲインの関係を示す曲線は、図５（Ａ）に示す増幅光ファイバ１２の特性を示す曲線と逆のゲイン特性を有している。図５（Ｃ）は、増幅光ファイバ１２と利得等化器２２のトータルのゲインを示す図である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２と利得等化器２２の双方を通過することにより、ゲインは波長によらず一定とされる。このように、利得等化器２２を用いることにより、波長分割多重光信号をその波長によらず一定のゲインで増幅することができる。なお、図４の例では、１５３０～１５６０ｎｍの範囲では、１５３０ｎｍに対するゲインが約２７ｄＢで最も低いことから、利得等化器２２通過後の１５３０～１５６０ｎｍの範囲のゲインは、当該２７ｄＢを基準として平坦化され、波長によらず約２７ｄＢ程度となる。
　利得等化器２２を通過した光信号は、光カプラ１４に入力される。光カプラ１４は、入力された光信号の一部を分岐してフォトダイオード１９に入力する。具体的には、光カプラ１４が２０ｄＢカプラである場合（分岐比が１／１００である場合）には、光信号の１／１００がフォトダイオード１９に入力され、残りが出力端２３に導かれる。光カプラ１４を通過した光信号は、出力端２３から出力される。
　フォトダイオード１９は、入力された光信号を電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。制御回路２１は、入力された電気信号をアナログ信号または対応するデジタル信号に変換した後、得られたデータと、光カプラ１４の分岐比とに応じて、増幅後の光信号の強度を算出する。そして、制御回路２１は、前述した処理によって算出した入力光の強度と、出力光の強度に基づいて、増幅光ファイバ１２のゲインを求める。そして、出力光強度や求めたゲインに基づいて、出力または利得が一定になるようにする制御である出力一定制御（ＡＬＣ）や利得一定制御（ＡＧＣ）を実行する。なお、これ以外にも、励起電流一定制御（ＡＣＣ：Automatic Current Control）または励起パワー一定制御（ＡＰＣ：Automatic Pump Power Control）等に基づいて制御するようにしてもよい。
　以上に説明したように、本発明の第１実施形態によれば、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を、通常使用される長さである１０ｍよりも短い長さに設定し、最も変換効率が高い帯域である１５５０～１５６０ｎｍ付近の特性を多少犠牲にする代わりに、増幅特性を広帯域化することにより、例えば、波長帯域が１５３０～１５６０ｎｍであるＣ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を一括増幅することが可能となる。
　また、レーザダイオード２０としてアンクールド型を使用する場合は、ペルチェ素子によって消費される電力が不要になることから、光増幅装置１０の消費電力を１／３程度に減少させることができるとともに、ペルチェ素子の放熱器を省略することにより、装置全体のサイズを縮小することができる。もちろん、レーザダイオード２０として、ペルチェ素子を有するクールド型のレーザダイオードを使用することも可能である。
　また、第１実施形態では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を使用しているが、当該増幅光ファイバ１２は、高利得を簡単に得ることができることから、利得等化器２２によって利得の平坦化を行った場合であっても、従来のＥＤＦＡで利得を得る場合よりも広帯域かつ高利得の増幅を実現できる。
　図６は、第１実施形態の光増幅装置を光伝送システム５０に適用した場合の一例を説明する概略構成図である。この図の例では、光伝送システム５０は、波長多重光送信装置６０、送信側光伝送路７０、第１実施形態の光増幅装置１０、受信側光伝送路８０、および、波長多重光信号受信装置９０を有している。この例では、波長多重光送信装置６０から送信された波長多重光信号は、送信側光伝送路７０を伝搬されて光増幅装置１０に到達する。光増幅装置１０では、前述したように、波長多重光信号が一括増幅された後、受信側光伝送路８０を伝搬されて波長多重光信号受信装置９０に到達し、そこで多重化されている信号が分離され、それぞれの信号が復号される。第１実施形態の光増幅装置１０は、高利得および低消費電力を実現することができることから、このような光増幅装置１０を用いた光伝送システム５０では、システム全体の通信品質を高めるとともに、消費電力を削減して、システムの維持に必要な経費を節約することができる。
（Ｃ）第２実施形態
　図７は、第２実施形態の構成例について説明するための図である。なお、この図７において、図１と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図７に示す光増幅装置１０Ａでは、図１と比較すると、増幅光ファイバ１２と光アイソレータ１６との間に励起光減衰部１００が追加されている。
　励起光減衰部１００は、増幅光ファイバ１２において使用されずに残留し、第１クラッド部１２ｂを伝搬する残留励起光を減衰させ、残留励起光による光部品の発熱や損傷を防止する。
　図８は、励起光減衰部１００の詳細な構成例を示す図である。図８（ａ）は励起光減衰部１００を構成する前の状態を示している。この例では、増幅光ファイバ１２の出力側端部と、光アイソレータ１６の入力側に接続される光ファイバ１０１の端部とが融着部１１２により接合されている。より詳細には、増幅光ファイバ１２は、端部から所定長の第２クラッド部１２ｃが端面１２ｄを切断面として除外され、また、光ファイバ１０１は端部から所定長の被覆部１０１ｃが端面１０１ｄを切断面として除外されている。そして、増幅光ファイバ１２および光ファイバ１０１のコア部１２ａとコア１０１ａ、および、第１クラッド部１２ｂとクラッド部１０１ｂが光学的に結合するように融着接続されている。これにより、光信号はコア部１２ａからコア１０１ａへと伝搬され、また、励起光は第１クラッド部１２ｂからクラッド部１０１ｂへと伝搬される。
　図８（ｂ）は励起光減衰部１００が構成された後の状態を示している。この図に示すように、増幅光ファイバ１２の端面１２ｄと光ファイバ１０１の端面１０１ｄの間には、第１クラッド部１２ｂおよびクラッド部１０１ｂよりも屈折率が低い部材である、例えば、低屈折率ポリマー１０３が充填されている。なお、増幅光ファイバ１２の第２クラッド部１２ｃの屈折率をｎ１とし、第１クラッド部１２ｂの屈折率をｎ２とし、低屈折率ポリマー１０３の屈折率をｎ３とし、光ファイバ１０１のクラッド部１０１ｂの屈折率をｎ４とし、被覆部１０１ｃの屈折率をｎ５とした場合、これらの屈折率ｎ１～ｎ５の間には、以下の関係が成立するように各素材が選定されている。
　ｎ１≒ｎ３＜ｎ２　 ・・・（１）
　ｎ２≒ｎ４　　　　・・・（２）
　ｎ４＜ｎ５　　　　・・・（３）
　図８（ｂ）に破線で示すように、増幅光ファイバ１２の第１クラッド部１２ｂを伝搬する残留励起光は、融着部１１２を介して第１クラッド部１２ｂからクラッド部１０１ｂに伝搬される。ここで、式（１）に示すように、ｎ１＜ｎ２の関係が成立することから、増幅光ファイバ１２内の第１クラッド部１２ｂを伝搬する残留励起光は、第１クラッド部１２ｂから外部に漏れることはない。また、式（２）に示すようにｎ２≒ｎ４であり、式（１）に示すようにｎ３＜ｎ２であるので、ｎ３＜ｎ２≒ｎ４が成立する。このため、低屈折率ポリマー１０３内の第１クラッド部１２ｂおよびクラッド部１０１ｂを伝搬する残留励起光は外部に漏れることはない。一方、式（３）に示すように、ｎ４＜ｎ５が成立することから、光ファイバ１０１内のクラッド部１０１ｂを伝搬する残留励起光は、クラッド部１０１ｂから被覆部１０１ｃに漏れ出し、その一部は被覆部１０１ｃにおいて熱に変換され、一部は被覆部１０１ｃ外に放出される。このため、残留励起光は光ファイバ１０１内のクラッド部１０１ｂを伝搬するにつれて減衰される。なお、被覆部１０１ｃの外周部分に対して、残留励起光をヒートシンク等に伝達するための部材を付加するようにするのが好ましい。そのような構成によれば、被覆部１０１ｃで発生した熱を迅速に外部に逃がすことができる。
　つぎに、第２実施形態の動作について説明する。第２実施形態の基本的な動作は、図１に示す第１実施形態と同様であるが、第２実施形態では増幅光ファイバ１２において使用されずに残留した残留励起光が、励起光減衰部１００において減衰される。本願では、増幅光ファイバ１２を、１５５０ｎｍ帯の信号を増幅するために通常使用される長さよりも短い長さに設定することで、増幅特性を広帯域化しているため、通常よりも高い強度を有する残留励起光が発生する。ここで、光アイソレータ１６は、例えば、磁性ガーネットを用いて構成され、この磁性ガーネットは励起光の波長である９００ｎｍ帯域（９００～９６５ｎｍ程度の帯域を指す）に対する吸収特性を有している。このため、励起光減衰部１００を設けない場合、通常よりも高い強度を有する残留励起光が光アイソレータ１６に入射されて吸収されることから発熱し、場合によっては光アイソレータ１６を損傷してしまう。しかし、励起光減衰部１００を設けることで、残留励起光を、例えば、光部品の耐力である５００ｍＷ以下に減衰させることができるため、光アイソレータ１６が発熱したり、損傷したりすることを防止できる。なお、以上では、光部品の耐力である５００ｍＷ以下に減衰させるようにしたが、例えば、コアを伝搬する光信号の強度と同等かそれ以下に減衰させるようにしてもよい。
　以上に説明したように、本発明の第２実施形態によれば、増幅光ファイバ１２と光アイソレータ１６との間に励起光減衰部１００を設け、増幅光ファイバ１２から出力される残留励起光を減衰させるようにしたので、増幅光ファイバ１２の後段に配置されている光アイソレータ１６等の光学部品が残留励起光によって発熱したり、損傷したりすることを防止できる。
（Ｄ）第３実施形態
　図９は、第３実施形態の構成例について説明するための図である。なお、この図９において、図１と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図９に示す光増幅装置１０Ｂは、図１と比較すると、前方励起用のレーザダイオード２０および励起光混合器１７が除外され、後方励起用のレーザダイオード１２０および励起光混合器１１７が増幅光ファイバ１２と光アイソレータ１６の間に付加されている。また、光アイソレータ１５と増幅光ファイバ１２との間に励起光減衰部１００Ａが付加されている。なお、レーザダイオード１２０および励起光混合器１１７は、レーザダイオード２０および励起光混合器１７と同様の構成とされ、また、励起光減衰部１００Ａは、図８に示す励起光減衰部１００を融着部１１２を中心として左右を反転させた構成とされている。また、光ファイバ１０１は光アイソレータ１５の出力側に接続される光ファイバである。
　つぎに、第３実施形態の動作について説明する。第３実施形態の基本的な動作は、図８に示す第２実施形態と同様であるが、第２実施形態が前方励起型であるのに対して、第３実施形態は後方励起型である点が異なっている。すなわち、第３実施形態では、レーザダイオード１２０から９Ｗ～１４Ｗ程度の励起光が射出され、射出された励起光は、励起光混合器１１７によって増幅光ファイバ１２の出力側から入射される。そして、増幅光ファイバ１２において使用されなかった励起光は、残留励起光として増幅光ファイバ１２の入力側（図９の左側）から出力される。このような残留励起光は、励起光減衰部１００Ａにおいて減衰され、光部品のハイパワー光耐力以下（例えば、５００ｍＷ以下）に減衰されるか、または、光アイソレータ１５に入射される光信号と同等またはそれ以下になるように減衰される。このため、残留励起光によって、光アイソレータ１５等の光部品が発熱したり、損傷したりすることを防止できる。
（Ｅ）第４実施形態
　図１０は、第４実施形態の構成例について説明するための図である。第４実施形態では、図７に示す前方励起型光増幅装置１０Ａから出力ポート２３を除外したものと、図９に示す後方励起型光増幅装置１０Ｂから入力ポート１１を除外したものとをカスケード（直列）に接続して構成されている。
　つぎに、第４実施形態の動作について説明する。第４実施形態を構成する前方励起型光増幅装置１０Ａと後方励起型光増幅装置１０Ｂのそれぞれの動作は前述した場合と同様である。第４実施形態では、雑音特性に優れた前方励起型光増幅装置１０Ａが前段に配置されて光信号を所定の利得で増幅した後、高出力特性に優れる後方励起型光増幅装置１０Ｂが後段に配置されて所定のパワーに達するように増幅がなされる。なお、それぞれの光増幅装置では、前述したように、励起光減衰部１００（または、励起光減衰部１００Ａ）において、例えば、５００ｍＷ以下または光信号と同等もしくはそれ以下に残留励起光が減衰されるため、その後段に配置される光アイソレータ等の光学部品が発熱したり、損傷したりすることを防止できる。
　なお、以上の第４実施形態では、利得等化器２２をそれぞれの増幅装置に設けるようにしたが、例えば、前方励起型光増幅装置１０Ａおよび後方励起型光増幅装置１０Ｂのいずれか一方に設けるようにしたり、前方励起型光増幅装置１０Ａの増幅光ファイバ１２の前段に設けるようにしたりしてもよい。なお、一方だけ設ける場合には、後方励起型光増幅装置１０Ｂから出力される波長分割多重光信号に含まれる複数の波長の光信号の利得特性が平坦になるように（それぞれの波長の光信号の強度が等しくなるように）特性を設定すればよい。
（Ｆ）第５実施形態
　図１１は第５実施形態の構成例を示している。なお、図１１において図１と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図１１に示す光増幅装置１０Ｃでは、図１と比較すると、励起光混合器１１７が追加されている。また、励起光混合器１１７の残留励起光の出力端１１７ｂ～１１７ｇには励起光減衰部１０２～１０７がそれぞれ接続されている。これ以外の構成は図１の場合と同様である。なお、励起光混合器１１７は、図９と同様に、励起光を増幅光ファイバ１２に導入する目的で使用するものを、第５実施形態では、残留励起光を導出して減衰する目的で使用する。
　図１２は、励起光混合器１１７の詳細な構成例を示している。この例では、励起光混合器１１７は光信号が出力される出力端１１７ａと、残留励起光が出力される出力端１１７ｂ～１１７ｇを有している。増幅光ファイバ１２のコア部１２ａを伝搬する光信号は、出力端１１７ａから出力され、アイソレータ１６に入力される。増幅光ファイバ１２の第１クラッド部１２ｂから出力された残留励起光は、出力端１１７ｂ～１１７ｇから出力される。また、図中に拡大してその断面を示すように、出力端１１７ａはシングルモードファイバによって構成され、出力端１１７ｂ～１１７ｇはマルチモードファイバによって構成されている。図１１の例では、出力端１１７ｆ～１１７ｇには、レーザダイオード２０からの残留励起光を減衰させるための励起光減衰部１０２～１０７がそれぞれ接続されている。
　図１３は、図１１に示す励起光減衰部１０２～１０７の構成例を示す側断面模式図である。なお、励起光減衰部１０２～１０７は同様の構成とされているので、ここでは、励起光減衰部１０２を例に挙げて説明する。図１３に示すように、励起光減衰部１０２は、出力端１１７ｂの終端部Ｅ１およびその近傍の光ファイバ被覆部を収容する溝１０２ｃが形成された放熱板１０２ｂと、高屈折率ポリマー１０２ｆと、溝１０２ｃを覆う蓋１０２ａとを有する。なお、出力端１１７ｂの終端部Ｅ１は、出力端１１７ｂの第２クラッドが除外されて露出されたベアファイバ部分である。
　放熱板１０２ｂは、溝１０２ｃの内部に収容された終端部Ｅ１から漏出する残留励起光を吸収するとともに熱に変換し、残留励起光に起因する熱を外部に放散する。なお、放熱板１０２ｂを形成する金属部材は、熱伝導性の高いものであって、例えば、アルミニウム、銅、鉄、および、ニッケルの少なくとも一つを含む金属部材である。その一例として、ステンレス鋼などがあげられる。
　放熱板１０２ｂに形成された溝１０２ｃは、終端部Ｅ１を収容する収容溝１０２ｄと、終端部Ｅ１の近傍に位置する光ファイバ被覆部を支持する支持溝１０２ｅとを有する。具体的には、支持溝１０２ｅは、放熱板１０２ｂの縁部に形成され、終端部Ｅ１を収容溝１０２ｄ内に収容した場合に、この終端部Ｅ１近傍の光ファイバ被覆部を支持する。一方、収容溝１０２ｄは、放熱板１０２ｂの縁の内側領域に形成され、少なくとも終端部Ｅ１を収容する。このような収容溝１０２ｄは、支持溝１０２ｅに比して底深、かつ、幅広に形成される。この場合、終端部Ｅ１は、収容溝１０２ｄの内壁に対して接触せずに収容できる。なお、収容溝１０２ｄの内壁は、光を吸収し易い色（例えば黒色）に着色されることが望ましい。これによって、放熱板１０２ｂは、終端部Ｅ１からの残留励起光を効率的に吸収できる。
　また、励起光減衰部１０２の高屈折率ポリマー１０２ｆは、収容溝１０２ｄに収容された終端部Ｅ１と支持溝１０２ｅに配置された光ファイバ被覆部とを覆うとともに、終端部Ｅ１を収容溝１０２ｄ内に固定し、かつ、光ファイバ被覆部を支持溝１０２ｅ内に固定する。また、高屈折率ポリマー１０２ｆは、終端部Ｅ１における出力端１１７ｂのクラッドに比して屈折率が高い。したがって、終端部Ｅ１を伝搬する残留励起光は、終端部Ｅ１から高屈折率ポリマー１０２ｆに伝搬する。この結果、残留励起光は、終端部Ｅ１から放射され、放熱板１０２ｂおよび蓋１０２ａに吸収される。
　蓋１０２ａは、例えばアルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材によって形成される。その一例として、ステンレス鋼などがあげられる。収容溝１０２ｄに対面する側の蓋１０２ａの表面は、光を吸収し易い色（例えば黒色）に着色されることが望ましい。これにより、蓋１０２ａは、終端部Ｅ１から除外した残留励起光を効率的に吸収できる。
　なお、励起光減衰部１０３～１０７も、励起光減衰部１０２と同様の構成とされている。
　つぎに、第５実施形態の動作について説明する。第５実施形態では、レーザダイオード２０から出力された励起光のうち、増幅光ファイバ１２で使用されずに残留励起光となったものについては、出力端１１７ｂ～１１７ｇを介して励起光減衰部１０２～１０７に入射され、熱に変換されて減衰される。このため、増幅光ファイバ１２から出力される残留励起光によって光アイソレータ１６等の光部品が発熱等することを防止できる。このように、第５実施形態では、増幅光ファイバ１２で使用されずに残留励起光となったものについては、出力端１１７ｆ～１１７ｇに接続された励起光減衰部１０２～１０７によって熱に変換することから、残留励起光によって、光アイソレータ１６等の光部品が発熱したり、損傷したりすることを防止できる。
　なお、以上では、励起光混合器１１７は、６つの残留励起光の出力端１１７ｂ～１１７ｇを有するようにしたが、これ以外の数であってもよいことは言うまでもない。
（Ｇ）変形実施形態
　なお、以上の各実施形態では、波長帯域が１５３０～１５６０ｎｍであるＣ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号に対しては、増幅光ファイバ１２の長さを略８ｍ以下、より望ましくは、略１．８～３．８ｍの範囲に設定することにより、光信号を構成する各波長に対して所定のゲインを有することができる。この場合、吸収条長積は、主要なドーパントとしてのエルビウムについては、１５３５ｎｍ近傍のコアを伝搬する信号光の波長に関して、条長が８ｍの場合が略３００ｄＢとなり、１．８～３．８ｍの場合が略３０～１５０ｄＢの範囲となる。なお、エルビウムに対してエネルギー伝達現象を利用してエルビウムの準位間で反転分布を形成させるために添加されるイッテルビウムについては、９１５ｎｍ近傍の励起光に関して、条長が８ｍのときのイッテルビウムのコアにおける吸収条長積は、略３１００ｄＢとなり、また、１．８～３．８ｍのときのコアにおける吸収条長積は略１８０～１５００ｄＢの範囲となる。従って、ドーパントの濃度が異なる場合には、前述した吸収条長積となるように増幅光ファイバ１２の長さを設定することで、前述の場合と同様の増幅特性を得ることができる。なお、増幅光ファイバ１２の吸収条長積または長さを設定する際には、従来の構成で、最もゲインが低くなると想定される波長（例えば、Ｃ－Ｂａｎｄの場合では１５３０ｎｍ）において所望のゲイン（例えば、３０ｄＢ）が得られるように設定すればよい。従来の構成で、最もゲインが低い波長において、所望のゲインを確保できれば、利得等化器２２を通過後にも、他の波長に対しては所望のゲインを確保できるからである。あるいは、所望利得が得られる波長域が最も広くなるように短波長側の利得と長波長側の利得のバランスが取れる長さ（または吸収条長積）に設定してもよい。また、ここで、イッテルビウムの吸収条長積は、前述のようにコアにおける値（コアを伝搬する励起光についての値）で設定しても良いし、次のようにクラッド伝搬光についての値で設定してもよい。クラッド伝搬光についての値は、前述と同様、９１５ｎｍ近傍の励起光に関して、条長が８ｍのときが略２０ｄＢとなり、また、１．８ｍ～３．８ｍのときは略０．９～９．５ｄＢの範囲となる。なお、本実施形態では、励起光の波長を９１５ｎｍとしたが、イッテルビウムの吸収波長特性は９１０～９６０ｎｍ程度の範囲においてほぼ平坦であるため、この波長範囲内の励起光についても同様に扱うことができる。
　また、以上の各実施形態では、コア部１２ａにエルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を用いる場合を例に挙げて説明したが、ツリウム（Ｔｍ：Thulium）、ネオジム（Ｎｄ：Neodymium）、プラセオジウム（Ｐｒ：Praseodymium）等の希土類元素、あるいは、希土類元素と同様の増幅作用を有する他の物質を添加したりしてもよい。この場合、以上の各実施形態とは、増幅帯域は異なるが、本発明と同様の効果を得ることができる。
　また、以上の各実施形態では、利得等化器２２を用いるようにしたが、増幅光ファイバ１２によるゲインが略平坦である場合には、利得等化器２２を省略する構成としてもよい。あるいは、利得等化器２２を光増幅装置１０には含まれない独立した構成としてもよい。また、以上の各実施形態では、利得等化器２２を光アイソレータ１６と光カプラ１４の間に設けるようにしたが、例えば、光カプラ１４の後段に設けるようにしてもよい。また、ＥＹＤＦを中心としてＥＹＤＦより入力側に利得等化器２２を設置することや、ＥＹＤＦを２分してその中段に利得等化器２２を設置してさらなる高出力化を実現する構成も考えられる。
　また、図６に示す実施形態では、図１に示す第１実施形態を光増幅装置として用いる場合を例に挙げて説明したが、図７，９，１０，１１に示す光増幅装置として用いてもよいことは言うまでもない。
　また、以上の各実施形態では、主に、Ｃ－Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を増幅する場合を例に挙げて説明したが、吸収条長積を調整することにより、これ以外の波長分割多重光信号（例えば、Ｓ－Ｂａｎｄその他）にも対応可能であることはいうまでもない。
　また、以上の各実施形態では、光増幅装置１０をブースタアンプのみの構成としたが、例えば、雑音指数としてのＮＦ（Noise Figure）を改善するために、例えば、ブースタアンプの前段に設けたプリアンプによって増幅した後に、ブースタアンプによってさらに増幅するようにしてもよい。
　１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　光増幅装置
　１１　入力ポート（入力部）
　１２　増幅光ファイバ（ダブルクラッド型の光ファイバ）
　１２ａ　コア部
　１２ｂ　第１クラッド部
　１２ｃ　第２クラッド部
　１３，１４　カプラ
　１５，１６　光アイソレータ
　１７　励起光混合器
　１８，１９　フォトダイオード
　２０　レーザダイオード（レーザ光源）
　２１　制御回路
　２２　利得等化器
　２３　出力ポート（出力部）
　５０　光伝送システム
　６０　波長多重光信号送信装置（光送信装置）
　７０　送信側光伝送路
　８０　受信側光伝送路
　９０　波長多重光信号受信装置（光受信装置）
　１００　励起光減衰部（減衰部）
　１０２～１０７　励起光減衰部（減衰部）

Claims (11)

  1. 　波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置において、
    　前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、
    　マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、
    　クラッド部に前記マルチモードレーザ光が入力され、希土類元素が添加されたコア部に前記波長分割多重光信号が入力され、前記マルチモードレーザ光による誘導放出によって前記波長分割多重光信号に含まれる複数の波長の光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、
    　前記ダブルクラッド型の光ファイバによる増幅後の前記波長分割多重光信号の利得特性を平坦化する利得等化器と、
    　増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、
    　を有することを特徴とする光増幅装置。
  2. 　前記ダブルクラッド型の光ファイバから出力される残留励起光を減衰させる減衰部を有することを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
  3. 　前記コア部には、前記希土類元素として、エルビウムとイッテルビウムが共添加されていることを特徴とする請求項２記載の光増幅装置。
  4. 　前記ダブルクラッド型の光ファイバは、当該光ファイバの条長と吸収係数の所定波長帯におけるピーク値との積で表される吸収条長積が、前記波長分割多重光信号を構成する全ての波長に対して所定の利得を有する吸収条長積に設定されていることを特徴とする請求項３記載の光増幅装置。
  5. 　前記波長多重光信号は、１５２８～１５７０ｎｍの波長帯域内にあることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
  6. 　前記マルチモードレーザ光は、９１０～９６０ｎｍの波長範囲内にあることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
  7. 　前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記エルビウムの前記コア部における吸収条長積が１５３５ｎｍ近傍の波長について略３００ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
  8. 　前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記エルビウムの前記コア部における吸収条長積が１５３５ｎｍ近傍の波長について略３０～１５０ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする請求項７記載の光増幅装置。
  9. 　前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記イッテルビウムの前記クラッド部における吸収条長積が９１５ｎｍ近傍の波長について略２０ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
  10. 　前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記イッテルビウムの前記クラッド部における吸収条長積が９１５ｎｍ近傍の波長について略０．９～９．５ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
  11. 　波長分割多重光信号を送信する光送信装置と、
    　前記光送信装置から送信された波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置であって、前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、クラッド部に前記マルチモードレーザ光が入力され、希土類元素が添加されたコア部に前記波長分割多重光信号が入力され、前記マルチモードレーザ光による誘導放出によって前記波長分割多重光信号に含まれる複数の波長の光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、前記ダブルクラッド型の光ファイバによる増幅後の前記波長分割多重光信号の利得特性を平坦化する利得等化器と、増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、を有することを特徴とする光増幅装置と、
    　前記光増幅装置によって増幅された前記波長分割多重光信号を受信する光受信装置と、
    　を有することを特徴とする光伝送システム。
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