(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で生じる増幅された自然放出光の波長帯を含む吸収波長帯を有する希土類添加光ファイバとを備え、
前記希土類添加光ファイバで増幅された信号光が、前記半導体光増幅器に入力され、かつ、前記半導体光増幅器で生じた増幅された自然放出光が、前記希土類添加光ファイバに励起光として入力されるように、前記半導体光増幅器と前記希土類添加光ファイバとが光学的に接続されており、
励起光源が設けられていないことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記半導体光増幅器の一端と前記希土類添加光ファイバの一端とを接続する第１光ファイバを備えることを特徴とする、請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの側に接続された第１波長選択光カプラ、及び、前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの反対側に接続された第３波長選択光カプラのいずれか一方と、
前記半導体光増幅器の前記第１光ファイバの側に接続された第２波長選択光カプラと、
前記第１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子及び前記第３波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子のいずれか一方と、前記第２波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子と接続する第２光ファイバとを備えることを特徴とする、請求項２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの側に接続された第１波長選択光カプラと、
前記半導体光増幅器の前記第１光ファイバの反対側に接続された第４波長選択光カプラと、
前記第１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子と前記第４波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子とを接続する第３光ファイバとを備えることを特徴とする、請求項２に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの側に接続された第１波長選択光カプラと、
前記半導体光増幅器の前記第１光ファイバの側に接続された第２波長選択光カプラと、
前記希土類添加光ファイバの前記第１波長選択光カプラと反対側に接続された第３波長選択光カプラと、
前記半導体光増幅器の前記第２波長選択光カプラと反対側に接続された第４波長選択光カプラと、
前記第１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子及び前記３波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子のいずれか一方と、前記第２波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子と接続する第２光ファイバと、
前記第３波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子及び前記１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子のいずれか一方と、前記第４波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子とを接続する第３光ファイバと、
前記第２光ファイバに介装された第１光アイソレータと、
前記第３光ファイバに介装された第２光アイソレータとを備えることを特徴とする、請求項２に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記自然放出光の中心波長は、前記信号光の波長よりも短いことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信において、例えば数十ｋｍを超える長距離光伝送を行なう場合、光ファイバでのパワー損失及び波形劣化を補償するために、再生中継器が用いられる。
再生中継器としては、従来、光信号を電気信号に変換してから、信号再生を行ない、再生した電気信号によって、再度、光変調するものが用いられている。
しかし、このような再生中継器では、コスト及び消費電力が大きくなる。
【０００３】
そこで、図９に示すように、光信号のまま波形を整形しながら、光信号を増幅する光増幅器が開発されている。なお、この光増幅器を、光再生中継器、光再生増幅器、光再生中継増幅器ともいう。
このような光増幅器では、キャリア寿命を短くすることで高速に利得飽和を生じさせ、マークレベルの信号のノイズによる強度揺らぎを抑えるようにしている。
【０００４】
このような光増幅器としては、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ；Semiconductor Optical Amplifier）に外部からレーザ光を導入することでキャリア寿命を短くするものがある。以下、これを第１の技術という。
また、例えば、ＳＯＡの長さを長くし、ＳＯＡで発生する増幅された自然放出（ＡＳＥ；Amplified Spontaneous Emission）光によってキャリア寿命を短くするものもある。以下、これを第２の技術という。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Tsurusawa, et.al., “NOVEL SCHEME FOR REDUCING THE PATTERN EFFECT IN 40 Gbps SOA BASED ALL-OPTICAL SWITCH UTILIZING TRANSPARENT CW ASSIST LIGHT”, 2001 International Conference On Indium Phosphide and Related Materials, Conference Proceeding 13th IPRM, 14-18, May 2001 Nara, Japan, pp.174-177, WP-12
【非特許文献２】R. Gutierrez-Castrejon, et.al., “Modeling and Measurement of Longitudinal Gain Dynamics in Saturated Semiconductor Optical Amplifiers of Different Length”, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.36, NO.12, DECEMBER 2000, pp.1476-1484
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、第１の技術では、ＳＯＡのほかに、ＳＯＡを励起するレーザも必要になり、能動素子が多くなる。このため、素子を駆動するための装置や温度を制御する装置が別途必要となり、装置の構成が複雑化する。また、レーザのパワーは光増幅に使用されないため、装置全体の効率が低い。
また、第２の技術では、能動素子がＳＯＡのみであり、装置の構成はシンプルであるが、ＳＯＡで発生する高強度のＡＳＥ光は、信号光の増幅には使用されないため、その分だけ効率が低下することになる。
【０００７】
そこで、装置構成を複雑にすることなく、光増幅器の効率を向上させることができるようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本光増幅器は、半導体光増幅器と、半導体光増幅器で生じる増幅された自然放出光の波長帯を含む吸収波長帯を有する希土類添加光ファイバとを備え、希土類添加光ファイバで増幅された信号光が、半導体光増幅器に入力され、かつ、半導体光増幅器で生じた増幅された自然放出光が、希土類添加光ファイバに励起光として入力されるように、半導体光増幅器と希土類添加光ファイバとが光学的に接続されており、励起光源が設けられていないことを要件とする。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本光増幅器によれば、装置構成を複雑にすることなく、効率を向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態にかかる光増幅器の構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態にかかる光増幅器に備えられるＳＯＡを説明するための模式図である。
【図３】第１実施形態にかかる光増幅器に備えられるＳＯＡの波長−利得特性を示す図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態にかかる光増幅器に備えられるＳＯＡによる波形整形効果を説明するための図である。
【図５】第１実施形態にかかる光増幅器に備えられるエルビウム添加光ファイバの吸収スペクトル、及び、ＳＯＡから出力されるＡＳＥ光のパワースペクトルを示す図である。
【図６】第１実施形態にかかる光増幅器に備えられるエルビウム添加光ファイバの励起光パワーに対する利得をファイバ長毎に示す図である。
【図７】第２実施形態にかかる光増幅器の構成を示す模式図である。
【図８】第２実施形態にかかる光増幅器に備えられる波長選択光カプラを説明するための模式図である。
【図９】光信号のまま波形を整形しながら、光信号を増幅する光増幅器を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面により、本実施形態にかかる光増幅器について説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態にかかる光増幅器について、図１〜図６を参照しながら説明する。
本実施形態の光増幅器は、例えば光ファイバ通信において用いられ、光信号の波形を整形しながら、光信号を増幅する光増幅器である。なお、この光増幅器を、光再生中継器、光再生増幅器、光再生中継増幅器、光増幅装置ともいう。
【００１２】
本光増幅器は、図１に示すように、ＳＯＡ１００を備え、図２に示すように、所望のビットレートに応じてＳＯＡ１００の長さを長くすることで、ＳＯＡ１００で発生するＡＳＥ光によってキャリア寿命を短くしている。そして、キャリア寿命を短くすることで高速に利得飽和を生じさせ、マークレベルの信号のノイズによる強度揺らぎを抑えるようにしている。なお、図２では、信号光６００及びＡＳＥ光５１０は、ＳＯＡ１００の信号入力側から信号出力側へ向けて増幅されている様子を示しており、ＡＳＥ光５００は、ＳＯＡ１００の信号出力側から信号入力側へ向けて増幅されている様子を示している。
【００１３】
このように、本光増幅器では、図１に示すように、ＥＤＦ２００を励起するレーザを設けないため、能動素子がＳＯＡ１００のみである。このため、ＳＯＡ１００以外の素子を駆動するための装置や温度を制御する装置を別途設ける必要がなく、装置構成をシンプルにすることができる。
また、本光増幅器では、所望のビットレートが得られるようにしながらＳＯＡ１００の長さをできるだけ短くすることで、ＳＯＡ１００の駆動電流を低くして、効率、即ち、外部量子効率を向上させるようにしている。
【００１４】
一方、ＳＯＡ１００の長さを短くし、ＳＯＡ１００の駆動電流を低くすることで、ＳＯＡ１００によって得られる利得が低下する。
そこで、図１に示すように、ＳＯＡ１００の前段、即ち、ＳＯＡ１００の信号光入力端側に希土類添加光ファイバ２００を設け、この希土類添加光ファイバ２００によって得られる利得によって、ＳＯＡ１００による利得の低下を補うようにしている。
【００１５】
そして、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光５００（５１０）は高強度であるため、キャリア寿命を短くするために用いるだけでなく、さらに、希土類添加光ファイバ２００に導いて、希土類添加光ファイバ２００を励起する励起光としても用いるようにしている。
これにより、希土類添加光ファイバ２００の励起光源を設ける必要がなくなり、能動素子をＳＯＡ１００のみとすることができるため、効率が低下しないようにすることができる。
【００１６】
このように、本光増幅器では、希土類添加光ファイバ２００を駆動するための装置や温度を制御する装置を別途設ける必要がないため、装置構成をシンプルにすることができる。
このように構成される光増幅器では、希土類添加光ファイバ２００側から光信号（信号光）６００が入力され、希土類添加光ファイバ２００で増幅され、増幅された光信号（信号光）６００がＳＯＡ１００において波形整形及び増幅されて、出力されることになる。
【００１７】
なお、希土類添加光ファイバ２００はＳＯＡ１００の前段に設ける必要がある。なぜならば、ＳＯＡ出力後の光信号強度はＳＯＡの飽和レベルであることが再生増幅器の動作条件であるが、装置入力時の信号強度をＳＯＡのみで飽和に十分なほどの増幅を行なうためにはＳＯＡ利得を大きくすることが必要であり、このために長い素子で駆動電流を多くすることが必要になるため、外部量子効率が低下してしまうからである。また、ＳＯＡの飽和出力レベルの光信号を、希土類添加光ファイバで増幅するためには、高強度の励起光が必要であるが、ＳＯＡからのＡＳＥ光はそのためには不十分であり、ＳＯＡ１００の後段にＥＤＦ２００を設けても利得が得られないからである。
【００１８】
以下、本実施形態にかかる光増幅器の構成について、より具体的に説明する。
なお、本実施形態では、ＳＯＡ１００の両端から出力されるＡＳＥ光５００、５１０のうち、一端から出力されるＡＳＥ光５００のみを希土類添加光ファイバ２００へ導いて励起光として用いるようにした場合を例に挙げて説明する。
本光増幅器は、図１に示すように、ＳＯＡ１００と、希土類添加光ファイバ２００とを備える。なお、希土類添加光ファイバを希土類ドープファイバともいう。
【００１９】
そして、ＳＯＡ１００と希土類添加光ファイバ２００とが光学的に接続されている。これにより、希土類添加光ファイバ２００で増幅された信号光６００が、ＳＯＡ１００に入力され、かつ、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光５００が、希土類添加光ファイバ２００に励起光として入力されるようになっている。
本実施形態では、ＳＯＡ１００と希土類添加光ファイバ２００とは光ファイバ８００によって直接接続されている。つまり、本光増幅器は、ＳＯＡ１００の信号入力端（一端）と希土類添加光ファイバ２００の信号出力端（一端）とを接続する光ファイバ（第１光ファイバ）８００を備える。これにより、１本の光ファイバ８００を用いて、希土類添加光ファイバ２００で増幅された信号光６００を、ＳＯＡ１００へ導くとともに、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光５００を、希土類添加光ファイバ２００へ導くようになっている。
【００２０】
なお、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光５００、５１０は、ＳＯＡ１００の両端から出力される。このため、図１では、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されるＡＳＥ光に符号５００を付し、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されるＡＳＥ光に符号５１０を付している。本実施形態では、ＡＳＥ光５００のみが励起光として用いられるため、以下、特別な場合を除き、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光をＡＳＥ光５００として説明する。
【００２１】
また、本実施形態では、本光増幅器の使用波長帯、即ち、本光増幅器によって増幅される信号光６００の波長帯は、１５５０ｎｍ帯、例えば約１５３０ｎｍ〜約１５６０ｎｍの波長帯である。ここでは、信号光６００の波長は約１５４０ｎｍである。
また、本実施形態では、ＳＯＡ１００は、量子ドット活性層を備える量子ドットＳＯＡである。具体的には、本光増幅器は、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドット活性層を備える量子ドットＳＯＡ１００を備える。
【００２２】
ここで、ＳＯＡ１００の素子長は約６ｍｍである。このため、４０Ｇｂｉｔ／ｓ以下のビットレートの信号光に対応することが可能である。ここでは、この長さ約６ｍｍのＳＯＡ１００を約１Ａの駆動電流で駆動することによって、信号光６００の波長帯、ここでは波長１５４０ｎｍの信号光６００において、図３に示すように、約１５ｄＢの利得が得られるようになっている。また、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、約１５ｄＢｍの信号光出力時に波形整形効果が得られる。
【００２３】
また、ＳＯＡ１００のフォトルミネッセンスによる発光波長中心は、約１．５μｍである。また、ＳＯＡ１００で生じるＡＳＥ光５００のパワースペクトルは、図５に示すようになっている。つまり、ＳＯＡ１００は、図５に示すように、中心波長が約１４６０ｎｍの波長帯を有するＡＳＥ光５００を発生する。
また、本実施形態では、希土類添加光ファイバ２００は、希土類としてエルビウム（Ｅｒ）を添加したシリカ系シングルモードファイバ、即ち、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ；Erbium-doped fiber）である。なお、これをエルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦＡ；Erbium-doped fiber amplifier）ともいう。ここで、Ｅｒ濃度は約２５ｐｐｍ、ファイバ長は約２３ｍである。また、ＥＤＦ２００の吸収スペクトルは、図５に示すようになっている。つまり、ＥＤＦ２００は、図５に示すように、中心波長が約１５３０ｎｍの吸収波長帯を有する。
【００２４】
特に、本実施形態では、ＥＤＦ２００は、ＳＯＡ１００で生じるＡＳＥ光５００の波長帯を含む吸収波長帯を有する。つまり、ＳＯＡ１００で生じるＡＳＥ光５００の波長帯と、ＥＤＦ２００の吸収波長帯とが、少なくとも部分的に一致している。少なくとも、ＡＳＥ光５００の波長帯のうち、中心波長（ここでは約１４６０ｎｍ）を含む波長帯と、ＥＤＦ２００の吸収波長帯とが、一致しているのが好ましい。これにより、ＥＤＦ２００に入力されたＡＳＥ光５００は、ＥＤＦ２００中で概ね吸収され、希土類イオンを励起して反転分布を生じさせる。つまり、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光５００を、ＥＤＦ２００を励起するための励起光として用いることができる。
【００２５】
本実施形態のように、１５５０ｎｍ帯の信号光６００をＥＤＦ２００によって増幅する場合、信号光６００の波長帯、即ち、１５５０ｎｍ帯よりも短波長側の波長帯、ここでは、１４８０ｎｍ帯が励起光の波長帯となる。ここでは、ＳＯＡ１００で生じるＡＳＥ光５００の波長帯と、ＥＤＦ２００の吸収波長帯とは、少なくとも励起光の波長帯である１４８０ｎｍ帯、即ち、１４４０〜１５００ｎｍの波長帯で一致している。また、ＳＯＡ１００で生じるＡＳＥ光５００の１４８０ｎｍ帯、即ち、１４４０〜１５００ｎｍの波長帯の全強度（全パワー）は、約４０ｍＷ（３ｄＢの結合損を含む）である。これは、図５に示すＳＯＡのＡＳＥパワースペクトルにおける１４８０ｎｍ帯、即ち、１４４０〜１５００ｎｍの波長帯のＡＳＥ強度と波長１４８０ｎｍの値で規格化したＥＤＦの吸収スペクトルとの重なり積分値である。このため、約４０ｍＷのＡＳＥ光５００が、ＥＤＦ２００の励起光として用いられる。
【００２６】
本実施形態では、励起光の波長帯における波長１４８０ｎｍの値で規格化したＥＤＦの吸収スペクトルとＳＯＡのＡＳＥパワースペクトルとの重なり積分値が、１４８０ｎｍのレーザ光で励起する場合にＥＤＦが利得を生じるのに最低限必要な励起光パワーの値以上であるという条件を満たしていれば良い。なお、最低限必要な励起光パワーは４ｍＷ程度である。
【００２７】
励起光の波長帯におけるＡＳＥ光５００の全パワー、即ち、励起光パワーが、このような条件を満たすようになっていれば、ＡＳＥ光５００によってＥＤＦ２００を励起して、ＥＤＦ２００によって利得を生じさせることができる。
本実施形態では、励起光の波長帯である１４８０ｎｍ帯、即ち、１４４０〜１５００ｎｍの波長帯におけるＡＳＥ光５００の全パワーは約４０ｍＷ（３ｄＢの結合損を含む）であり、上述の条件を満たすため、約４０ｍＷのＡＳＥ光５００を用いてＥＤＦ２００を励起して、ＥＤＦ２００によって利得を生じさせることができる。
【００２８】
なお、上述の条件を満たしていれば、励起光の波長帯は、１４４０〜１５００ｎｍの波長帯に限られるものではない。つまり、励起光の波長帯は、励起光として用いることができる波長帯であって、上述の条件を満たすものであれば良い。
本実施形態のように、ファイバ長約２３ｍのＥＤＦ２００を、約４０ｍＷのＡＳＥ光５００で励起すると、ＡＳＥ光５００の波長帯よりも長波長側の信号光６００の波長帯、ここでは波長１５４０ｎｍの信号光において、図６中、実線Ｂで示すように、約１５ｄＢの利得が得られる。なお、図６は、ＥＤＦ２００の励起光パワーに対する利得特性を示しており、実線Ａはファイバ長１７ｍの場合、実線Ｂはファイバ長２３ｍの場合、実線Ｃはファイバ長５０ｍの場合、実線Ｄはファイバ長１００ｍの場合をそれぞれ示している。
【００２９】
したがって、ＳＯＡ１００とＥＤＦ２００とによって、信号光６００の波長帯、ここでは波長１５４０ｎｍの信号光において、合計約３０ｄＢの利得が得られる。このため、本光増幅器に−１５ｄＢｍ程度の信号光６００を入力することで、約３０ｄＢの小信号利得が得られ、１５ｄＢｍ程度の波形整形された信号光６００が出力されることになる。
ところで、光増幅器の効率をあらわす指標として、外部量子効率がある。
【００３０】
外部量子効率ηは、注入した電子１個が光子に変換されて出力される割合で、次式（１）によって表される。
【００３１】
【数１】
0005392073.tif 000002
【００３２】
ここで、Ｐｏｕｔは出力光パワー、Ｐｉｎは入力光パワー、ｈはプランク定数、νは光の周波数、Ｉは注入電流、ｅは素電荷である。
ところで、光波形整形素子としての機能を有する光増幅器では、動作時の光出力は、光増幅器の飽和出力（３ｄＢ飽和出力）に対して約４〜５ｄＢ小さい値で、光増幅器の駆動条件によって決まっている。このため、出力光パワーＰｏｕｔは、光増幅器の駆動条件によって決まる。注入電流Ｉは素子の駆動電流である。一般に、光増幅器の飽和出力（したがって光増幅器の光出力）を決めるのは、光増幅器への注入電流密度である。例えば、ＳＯＡの飽和出力を同一にする場合、注入電流は素子長が長いＳＯＡほど大きくなる。つまり、素子長が長いＳＯＡほど注入電流を大きくしないと同一の飽和出力を得ることができない。このため、同一の出力光パワーＰｏｕｔを得るのに、素子長の長いＳＯＡほど注入電流Ｉを大きくしなければならないため、外部量子効率ηが低下することになるが、利得は大きくなる。また、光増幅器を評価するパラメータとしては、外部量子効率と利得がある。このため、光増幅器の外部量子効率を比較するためには、出力光パワーＰｏｕｔを同一にし、利得を同一にした条件下で比較することになる。
【００３３】
例えば、約３０ｄＢの利得（信号利得）が得られ、約１５ｄＢｍの光出力（出力信号強度）が得られるように光増幅器を構成した場合の光増幅器の外部量子効率を求めると、以下のようになる。
まず、従来の光波形整形機能を有する光増幅器で、素子長の長いＳＯＡを用いるものでは、波長１５４０ｎｍにおいて、約３０ｄＢの利得を得て、かつ、約１５ｄＢｍの出力を得るには、素子長を約１０ｎｍとし、約１．８Ａの駆動電流で駆動することが必要になる。この場合、Ｐｏｕｔ＝１５ｄＢｍ≒３２ｍＷ、Ｐｉｎ≒０ｍＷ、Ｉ＝１．８Ａ、ｈν／ｅ＝０．８ｅＶとなるから、上記式（１）により、光増幅器の外部量子効率ηは約２．２％となる。
【００３４】
これに対し、本実施形態の光増幅器、即ち、ＳＯＡ１００の一端から出力されるＡＳＥ光５００をＥＤＦ２００の励起光として使用する光増幅器では、波長１５４０ｎｍにおいて、素子長約６ｍｍのＳＯＡ１００を約１Ａの駆動電流で駆動することで、約１５ｄＢの利得が得られる。また、ＳＯＡ１００から出力されるＡＳＥ光５００の１４４０〜１５００ｎｍの波長帯の全強度は約４０ｍＷ（３ｄＢの結合損を含む）であり、この約４０ｍＷのＡＳＥ光５００が、ＥＤＦ２００の励起光として用いられる。そして、ファイバ長約２３ｍのＥＤＦ２００によって、図６に示すように、約１５ｄＢの利得が得られる。このため、ＥＤＦ２００とＳＯＡ１００とによって合計約３０ｄＢの利得が得られる。この場合、Ｐｏｕｔ＝１５ｄＢｍ≒３２ｍＷ、Ｐｉｎ≒０ｍＷ、Ｉ＝１Ａ、ｈν／ｅ＝０．８ｅＶとなるから、上記式（１）により、光増幅器の外部量子効率ηは約４．０％となる。
【００３５】
このように、従来の光増幅器の外部量子効率は約２．２％であるのに対し、本実施形態の光増幅器の外部量子効率は約４．０％であり、従来の光増幅器と比較して、本実施形態の光増幅器では効率が向上することがわかる。
ところで、本光増幅器は、さらに、図１に示すように、光アイソレータ（第４光アイソレータ）３００と、信号光６００の波長帯、即ち、１５５０ｎｍ帯の光のみを通過させるバンドパスフィルタ４００とを備える。
【００３６】
ここでは、光アイソレータ３００とバンドパスフィルタ４００とは、ＳＯＡ１００とＥＤＦ２００とを挟むように配置されている。つまり、信号光６００の入力側から、光アイソレータ３００、ＥＤＦ２００、ＳＯＡ１００、バンドパスフィルタ４００の順に配置されている。
このように、本実施形態では、ＥＤＦ２００の信号入力端、即ち、ＳＯＡ１００が接続されている側と反対側の端部に信号光を導く経路中に光アイソレータ３００が設けられている。光アイソレータ３００は、ＥＤＦ２００が設けられている側へ向けて光を通すように設けられている。これにより、ＥＤＦ２００によって吸収されずに透過したＡＳＥ光５００は、光アイソレータ３００で遮断され、装置外には出力されないようになっている。
【００３７】
また、本実施形態では、ＳＯＡ１００から出力される信号光６００を取り出す経路中にバンドパスフィルタ４００が設けられている。つまり、ＳＯＡ１００の信号出力端、即ち、ＥＤＦ２００が接続されている側と反対側の端部に、信号光の波長帯の光のみを通過させるバンドパスフィルタ４００が設けられている。これにより、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されたＡＳＥ光５１０は、バンドパスフィルタ４００で遮断され、装置外には出力されないようになっている。
【００３８】
そして、光アイソレータ３００と、ＥＤＦ２００と、ＳＯＡ１００と、バンドパスフィルタ４００とが光学的に接続されている。これにより、信号光６００が、光アイソレータ３００、ＥＤＦ２００、ＳＯＡ１００、バンドパスフィルタ４００の順に導かれるようになっている。
本実施形態では、上述のように、ＳＯＡ１００とＥＤＦ２００とは光ファイバ８００によって直接接続されている。つまり、本光増幅器は、ＳＯＡ１００の信号入力端とＥＤＦ２００の信号出力端とを接続する光ファイバ（第１光ファイバ）８００を備える。
【００３９】
また、本実施形態では、光アイソレータ３００とＥＤＦ２００とは光ファイバ８１０によって直接接続されている。つまり、光アイソレータ３００の信号出力端とＥＤＦ２００の信号入力端とを接続する光ファイバ（第４光ファイバ）８１０を備える。
さらに、本実施形態では、ＳＯＡ１００とバンドパスフィルタ４００とは光ファイバ８２０によって直接接続されている。つまり、ＳＯＡ１００の信号出力端とバンドパスフィルタ４００の信号入力端とを接続する光ファイバ（第５光ファイバ）８２０を備える。
【００４０】
そして、本実施形態では、このように構成される光増幅器の入力側及び出力側のそれぞれに、入力側光ファイバ８３０及び出力側光ファイバ８４０が接続されている。
このようにして、信号光６００が、入力側光ファイバ８３０、光アイソレータ３００、光ファイバ８１０、ＥＤＦ２００、光ファイバ８００、ＳＯＡ１００、光ファイバ８２０、バンドパスフィルタ４００、出力側光ファイバ８４０の順に導かれるようになっている。
【００４１】
つまり、信号光６００は、入力側光ファイバ８３０を介して光アイソレータ３００の信号入力端に入力され、光アイソレータ３００を通過し、光ファイバ８１０を介して、ＥＤＦ２００の信号入力端に入力される。次に、ＥＤＦ２００に入力された信号光６００は、ＥＤＦ２００によって増幅され、ＥＤＦ２００の信号出力端から出力される。その後、ＥＤＦ２００の信号出力端から出力された信号光６００は、光ファイバ８００を介して、ＳＯＡ１００の信号入力端に入力され、ＳＯＡ１００を通過する際に波形整形及び増幅され、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力される。そして、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力された信号光６００は、光ファイバ８２０を介して、バンドパスフィルタ４００の信号入力端に入力され、バンドパスフィルタ４００を通過して、信号光成分のみが取り出されるようになっている。
【００４２】
したがって、本実施形態にかかる光増幅器によれば、装置構成を複雑にすることなく、効率を向上させることができるという利点がある。つまり、光増幅器を上述のように構成することで、外部量子効率を向上させることができるという利点がある。
［第２実施形態］
第２実施形態にかかる光増幅器について、図７、図８を参照しながら説明する。
【００４３】
本実施形態では、上述の第１実施形態（図１参照）のものに対し、主に、ＳＯＡ１００の両端から出力されるＡＳＥ光５００、５１０を、ＥＤＦ２００へ導いて励起光として用いるようにしている点が異なる。
本光増幅器は、図７に示すように、ＳＯＡ１００と、ＥＤＦ２００とを備える。
そして、ＳＯＡ１００とＥＤＦ２００とが光学的に接続されている。これにより、ＥＤＦ２００で増幅された信号光が、ＳＯＡ１００に入力され、かつ、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光５００が、ＥＤＦ２００に励起光として入力されるようになっている。
【００４４】
本実施形態では、ＳＯＡ１００とＥＤＦ２００とは光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０によって接続されている。つまり、本光増幅器は、ＳＯＡ１００の信号入力端（一端）とＥＤＦ２００の信号出力端（一端）とを接続する光ファイバ（第１光ファイバ）９００、９１０、９２０、９３０を備える。
また、本実施形態では、光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０には、光アイソレータ（第３光アイソレータ）３２０が介装されている。つまり、本光増幅器は、光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０に介装された光アイソレータ３２０を備える。光アイソレータ３２０は、ＳＯＡ１００が設けられている側へ向けて光を通すように設けられている。つまり、アイソレータ３２０は、後述の波長選択光カプラ７１０からの光を通すように設けられている。これにより、後述の波長選択光カプラ７２０によって選択された１５００ｎｍよりも長波長のＡＳＥ光５００は、光アイソレータ３２０で遮断されるようになっている。
【００４５】
さらに、本実施形態では、ＥＤＦ２００と光アイソレータ３２０との間の光ファイバ（第１光ファイバ）９００、９１０に波長選択光カプラ（第１波長選択光カプラ）７１０が介装されている。つまり、波長選択光カプラ７１０は、ＥＤＦ２００の第１光ファイバ９００、９１０の側に接続されている。このように、本光増幅器は、光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０のＥＤＦ２００の側の部分９００、９１０に介装された波長選択光カプラ７１０を備える。このように、本光増幅器は、光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０に介装され、後述の波長選択光カプラ７２０に対してＥＤＦ２００の側に設けられた波長選択光カプラ７１０を備える。
【００４６】
また、本実施形態では、光アイソレータ３２０とＳＯＡ１００との間の光ファイバ（第１光ファイバ）９２０、９３０に波長選択光カプラ（第２波長選択光カプラ）７２０が介装されている。つまり、波長選択光カプラ７２０は、ＳＯＡ１００の第１光ファイバ９２０、９３０の側に接続されている。このように、本光増幅器は、光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０のＳＯＡ１００の側の部分９２０、９３０に介装された波長選択光カプラ７２０を備える。このように、本光増幅器は、光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０に介装され、波長選択光カプラ７１０に対してＳＯＡ１００の側に設けられた波長選択光カプラ７２０を備える。
【００４７】
そして、本実施形態では、波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３と、波長選択光カプラ７２０の第３端子７２３とに、光ファイバ（第２光ファイバ）９４０、９５０が接続されている。つまり、波長選択光カプラ７１０のＳＯＡ１００の側の他の端子７１３に光ファイバ９４０が接続されており、波長選択光カプラ７２０のＥＤＦ２００の側の他の端子７２３に光ファイバ９５０が接続されている。このように、本光増幅器は、波長選択光カプラ７１０のＳＯＡ１００の側の他の端子７１３と、波長選択光カプラ７２０のＥＤＦ２００の側の他の端子７２３とを接続する光ファイバ９４０、９５０を備える。
【００４８】
また、本実施形態では、光ファイバ９４０、９５０には、光アイソレータ（第１光アイソレータ）３３０が介装されている。つまり、本光増幅器は、光ファイバ９４０、９５０に介装された光アイソレータ３３０を備える。光アイソレータ３３０は、ＥＤＦ２００が設けられている側へ向けて光を通すように設けられている。つまり、アイソレータ３３０は、波長選択光カプラ７２０からの光を通すように設けられている。これにより、ＥＤＦ２００によって吸収されずに透過したＡＳＥ光５１０は、光アイソレータ３３０で遮断されるようになっている。
【００４９】
ここで、波長選択光カプラ７１０は、図８に示すように、一方の側に１つの端子７１１を有し、他方の側に２つの端子７１２、７１３を有する。なお、一方の側の１つの端子を第１端子といい、他方の側の２つの端子をそれぞれ第２端子、第３端子という。
ここでは、波長選択光カプラ７１０は、第１端子７１１に光が入力されると、約１５００ｎｍよりも長波長の光と、約１５００ｎｍ以下の波長の光とに分離する。そして、約１５００ｎｍよりも長波長の光を第２端子７１２から出力し、約１５００ｎｍ以下の波長の光を第３端子７１３から出力するようになっている。
【００５０】
逆に、第２端子７１２に約１５００ｎｍよりも長波長の光が入力され、第３端子７１３に約１５００ｎｍ以下の波長の光が入力されると、これらの光のスペクトルが合成された光を第１端子７１１から出力するようになっている。
ここでは、波長選択光カプラ７１０は、例えば誘電体多層膜からなる。
なお、本実施形態では、信号光６００の波長帯は、１５５０ｎｍ帯、例えば、約１５３０ｎｍ〜約１５６０ｎｍの波長帯であるため、約１５００ｎｍよりも長波長の光が入出力される第２端子７１２を、信号波長端子ともいう。また、約１５００ｎｍよりも長波長の光を、信号波長成分ともいう。また、本実施形態では、励起光の波長帯は、１４８０ｎｍ帯、例えば、約１４４０ｎｍ〜約１５００ｎｍの波長帯であるため、約１５００ｎｍ以下の波長の光が入出力される第３端子７１３を、励起波長端子、あるいは、他の波長端子ともいう。また、約１５００ｎｍ以下の波長の光を、他の波長成分ともいう。
【００５１】
ここでは、波長選択光カプラ７１０の第１端子７１１は、図７に示すように、光ファイバ９００を介して、ＥＤＦ２００の信号出力端に接続されている。また、波長選択光カプラ７１０の第２端子７１２は、光ファイバ９１０、光アイソレータ３２０、光ファイバ９２０、波長選択光カプラ７２０、光ファイバ９３０を介して、ＳＯＡ１００の信号入力端に接続されている。さらに、波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３は、光ファイバ９４０、光アイソレータ３３０、光ファイバ９５０、波長選択光カプラ７２０、光ファイバ９３０を介して、ＳＯＡ１００の信号入力端に接続されている。
【００５２】
このため、本実施形態では、波長選択光カプラ７１０の第１端子７１１に、ＥＤＦ２００によって増幅された信号光、及び、ＥＤＦ２００によって吸収されずに透過したＡＳＥ光５１０のスペクトルが合成された光が入力される。そして、波長選択光カプラ７１０の第２端子７１２から、約１５００ｎｍよりも長波長の光、即ち、ＥＤＦ２００によって増幅された信号光６００が出力される。また、波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３から、約１５００ｎｍ以下の波長の光、即ち、ＥＤＦ２００によって吸収されずに透過したＡＳＥ光５１０が出力される。
【００５３】
また、本実施形態では、波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３に、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されたＡＳＥ光５００のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光が入力される。そして、波長選択光カプラ７１０の第１端子７１１から、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されたＡＳＥ光５００のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光が出力される。これにより、約１５００ｎｍ以下の波長のＡＳＥ光５００が、ＥＤＦ２００の信号出力端に導かれることになる。なお、約１５００ｎｍ以下の波長のＡＳＥ光５００は、１５５０ｎｍ帯の信号光６００をＥＤＦ２００によって増幅する場合の励起光の波長帯を含み、かつ、ＥＤＦ２００の吸収波長帯に含まれる。
【００５４】
また、波長選択光カプラ７２０は、上述の波長選択光カプラ７１０と同様に構成されている。
ここでは、波長選択光カプラ７２０の第１端子７２１は、光ファイバ９３０を介して、ＳＯＡ１００の信号入力端に接続されている。また、波長選択光カプラ７２０の第２端子７２２は、光ファイバ９２０、光アイソレータ３２０、光ファイバ９１０、波長選択光カプラ７１０、光ファイバ９００を介して、ＥＤＦ２００の信号出力端に接続されている。さらに、波長選択光カプラ７２０の第３端子７２３は、光ファイバ９５０、光アイソレータ３３０、光ファイバ９４０、波長選択光カプラ７１０、光ファイバ９００を介して、ＥＤＦ２００の信号出力端に接続されている。
【００５５】
このため、本実施形態では、波長選択光カプラ７２０の第２端子７２２に、約１５００ｎｍよりも長波長の光、即ち、ＥＤＦ２００によって増幅された信号光６００が入力される。そして、波長選択光カプラ７２０の第１端子７２１から、約１５００ｎｍよりも長波長の光、即ち、ＥＤＦ２００によって増幅された信号光６００が出力される。
また、本実施形態では、波長選択光カプラ７２０の第１端子７２１に、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されたＡＳＥ光５００が入力される。そして、波長選択光カプラ７２０の第２端子７２２から、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されたＡＳＥ光５００のうち、約１５００ｎｍよりも長波長の光が出力される。また、波長選択光カプラ７２０の第３端子７２３から、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されたＡＳＥ光５００のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光が出力される。
【００５６】
上述のようにして、光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０を用いて、約１５００ｎｍよりも長波長の光、即ち、ＥＤＦ２００で増幅された信号光６００を、ＳＯＡ１００へ導くようになっている。
一方、光ファイバ９３０、９５０、９４０、９００を用いて、約１５００ｎｍ以下の波長の光、即ち、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されたＡＳＥ光５００を、ＥＤＦ２００へ導くようになっている。
【００５７】
ところで、本光増幅器は、上述の第１実施形態と同様に、さらに、図７に示すように、光アイソレータ（第４光アイソレータ）３００と、信号光６００の波長帯の光のみを通過させるバンドパスフィルタ４００とを備える。
そして、光アイソレータ３００と、ＥＤＦ２００と、ＳＯＡ１００と、バンドパスフィルタ４００とが光学的に接続されている。これにより、信号光６００が、光アイソレータ３００、ＥＤＦ２００、ＳＯＡ１００、バンドパスフィルタ４００の順に導かれるようになっている。
【００５８】
本実施形態では、上述のように、ＳＯＡ１００とＥＤＦ２００とは光ファイバ９００、９１０、９２０、９３０によって接続されている。つまり、本光増幅器は、ＳＯＡ１００の信号入力端とＥＤＦ２００の信号出力端とを接続する光ファイバ（第１光ファイバ）９００、９１０、９２０、９３０を備える。
また、本実施形態では、光アイソレータ３００とＥＤＦ２００とは光ファイバ９６０、９７０によって接続されている。つまり、光アイソレータ３００の信号出力端とＥＤＦ２００の信号入力端とを接続する光ファイバ（第４光ファイバ）９６０、９７０を備える。
【００５９】
さらに、本実施形態では、ＳＯＡ１００とバンドパスフィルタ４００とは光ファイバ９８０、９９０によって接続されている。つまり、ＳＯＡ１００の信号出力端とバンドパスフィルタ４００の信号入力端とを接続する光ファイバ（第５光ファイバ）９８０，９９０を備える。
また、本実施形態では、光アイソレータ３００とＥＤＦ２００との間の光ファイバ９６０、９７０に波長選択光カプラ（第３波長選択光カプラ）７００が介装されている。つまり、波長選択光カプラ７００は、ＥＤＦ２００の第１光ファイバ９００、９１０の反対側に接続されている。このように、本光増幅器は、光ファイバ９６０、９７０に介装された波長選択光カプラ７００を備える。このように、本光増幅器は、ＥＤＦ２００の信号入力端（他端）に接続された波長選択光カプラ７００を備える。
【００６０】
また、本実施形態では、ＳＯＡ１００とバンドパスフィルタ４００との間の光ファイバ９８０、９９０に波長選択光カプラ（第４波長選択光カプラ）７３０が介装されている。つまり、波長選択光カプラ７３０は、ＳＯＡ１００の第１光ファイバ９２０、９３０の反対側に接続されている。このように、本光増幅器は、光ファイバ９８０、９９０に介装された波長選択光カプラ７３０を備える。このように、本光増幅器は、ＳＯＡ１００の信号出力端（他端）に接続された波長選択光カプラ７３０を備える。
【００６１】
そして、本実施形態では、波長選択光カプラ７００の第３端子７０３と、波長選択光カプラ７３０の第３端子７３３とに、光ファイバ（第３光ファイバ）１０００、１０１０が接続されている。つまり、波長選択光カプラ７００の光アイソレータ３００の側の他の端子７０３に光ファイバ１０００が接続されており、波長選択光カプラ７３０のバンドパスフィルタ４００の側の他の端子７３３に光ファイバ１０１０が接続されている。このように、本光増幅器は、波長選択光カプラ７００の光アイソレータ３００の側の他の端子７０３と、波長選択光カプラ７３０のバンドパスフィルタ４００の側の他の端子７３３とを接続する光ファイバ１０００、１０１０を備える。
【００６２】
また、本実施形態では、光ファイバ１０００、１０１０には、光アイソレータ（第２光アイソレータ）３１０が介装されている。つまり、本光増幅器は、光ファイバ１０００、１０１０に介装された光アイソレータ３１０を備える。光アイソレータ３１０は、ＥＤＦ２００が設けられている側へ向けて光を通すように設けられている。つまり、アイソレータ３１０は、波長選択光カプラ７３０からの光を通すように設けられている。これにより、ＥＤＦ２００によって吸収されずに透過したＡＳＥ光５００は、光アイソレータ３１０で遮断されるようになっている。
【００６３】
ここで、波長選択光カプラ７００は、上述の波長選択光カプラ７１０と同様に構成されている。
ここでは、波長選択光カプラ７００の第２端子７０２は、光ファイバ９６０を介して、光アイソレータ３００の信号出力端に接続されている。また、波長選択光カプラ７００の第３端子７０３は、光ファイバ１０００、光アイソレータ３１０、光ファイバ１０１０、波長選択光カプラ７３０、光ファイバ９８０を介して、ＳＯＡ１００の信号出力端に接続されている。さらに、波長選択光カプラ７００の第１端子７０１は、光ファイバ９７０を介して、ＥＤＦ２００の信号入力端に接続されている。
【００６４】
このため、本実施形態では、波長選択光カプラ７００の第２端子７０２に、１５５０ｎｍ帯の信号光６００、ここでは波長１５４０ｎｍの信号光６００が入力される。また、波長選択光カプラ７００の第３端子７０３に、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されたＡＳＥ光５１０のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光が入力される。そして、波長選択光カプラ７００の第１端子７０１から、１５５０ｎｍ帯の信号光６００、及び、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されたＡＳＥ光５００のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光のスペクトルが合成された光が出力される。これにより、１５５０ｎｍ帯の信号光６００、及び、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されたＡＳＥ光５１０のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光が、ＥＤＦ２００の信号入力端に導かれることになる。なお、約１５００ｎｍ以下の波長のＡＳＥ光５１０は、１５５０ｎｍ帯の信号光６００をＥＤＦ２００によって増幅する場合の励起光の波長帯を含み、かつ、ＥＤＦ２００の吸収波長帯に含まれる。
【００６５】
また、本実施形態では、波長選択光カプラ７００の第１端子７０１に、ＥＤＦ２００によって吸収されずに透過したＡＳＥ光５００が入力される。そして、波長選択光カプラ７００の第２端子７０２から、ＡＳＥ光５００のうち、約１５００ｎｍよりも長波長の光が出力される。また、波長選択光カプラ７００の第３端子７０３から、ＡＳＥ光５００のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光が出力される。
【００６６】
また、波長選択光カプラ７３０は、上述の波長選択光カプラ７１０と同様に構成されている。
ここでは、波長選択光カプラ７３０の第１端子７３１は、光ファイバ９８０を介して、ＳＯＡ１００の信号出力端に接続されている。また、波長選択光カプラ７３０の第２端子７３２は、光ファイバ９９０を介して、バンドパスフィルタ４００の信号入力端に接続されている。さらに、波長選択光カプラ７３０の第３端子７３３は、光ファイバ１０１０、光アイソレータ３１０、光ファイバ１０００、波長選択光カプラ７００、光ファイバ９７０を介して、ＥＤＦ２００の信号入力端に接続されている。
【００６７】
このため、本実施形態では、波長選択光カプラ７３０の第１端子７３１に、ＳＯＡ１００によって増幅された１５５０ｎｍ帯の信号光６００、及び、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されたＡＳＥ光５１０が入力される。そして、波長選択光カプラ７３０の第２端子７３２から、約１５００ｎｍよりも長波長の光、即ち、ＳＯＡ１００によって増幅された１５５０ｎｍ帯の信号光６００、及び、約１５００ｎｍよりも長波長のＡＳＥ光５１０が出力される。また、波長選択光カプラ７３０の第３端子７３３から、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されたＡＳＥ光５１０のうち、約１５００ｎｍ以下の波長の光が出力される。
【００６８】
なお、本実施形態では、ＳＯＡ１００の両端に、それぞれ、波長選択光カプラ７２０、７３０の第１端子７２１、７３１が光学的に接続されていることになる。また、ＥＤＦ２００の両端に、それぞれ、波長長選択カプラ７００、７１０の第１端子７０１、７１１が光学的に接続されていることになる。
このようにして、光ファイバ９８０、１０１０、１０００、９７０を用いて、約１５００ｎｍ以下の波長の光、即ち、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されたＡＳＥ光５１０を、ＥＤＦ２００へ導くようになっている。
【００６９】
そして、本実施形態では、このように構成される光増幅器の入力側及び出力側のそれぞれに、入力側光ファイバ１０２０及び出力側光ファイバ１０３０が接続されている。
このように構成することで、信号光６００が、入力側光ファイバ１０２０、光アイソレータ３００、光ファイバ９６０、波長選択光カプラ７００、光ファイバ９７０、ＥＤＦ２００、光ファイバ９００、波長選択光カプラ７１０、光ファイバ９１０、光アイソレータ３２０、光ファイバ９２０、波長選択光カプラ７２０、光ファイバ９３０、ＳＯＡ１００、光ファイバ９８０、波長選択光カプラ７３０、光ファイバ９９０、バンドパスフィルタ４００、出力側光ファイバ１０３０の順に導かれるようになっている。
【００７０】
つまり、信号光６００は、入力側光ファイバ１０２０を介して光アイソレータ３００の信号入力端に入力され、光アイソレータ３００を通過し、光ファイバ９６０を介して、波長選択光カプラ７００の第２端子７０２に入力される。そして、波長選択光カプラ７００の第２端子７０２に入力された信号光６００は、波長選択光カプラ７００を通過し、波長選択光カプラ７００の第１端子７０１から出力され、光ファイバ９７０を介して、ＥＤＦ２００の信号入力端に入力される。次に、ＥＤＦ２００に入力された信号光６００は、ＥＤＦ２００によって増幅され、ＥＤＦ２００の信号出力端から出力される。その後、ＥＤＦ２００の信号出力端から出力された信号光６００は、光ファイバ９００を介して、波長選択光カプラ７１０の第１端子７１１に入力され、波長選択光カプラ７１０、光ファイバ９１０、光アイソレータ３２０及び光ファイバ９２０を通過し、波長選択光カプラ７２０の第２端子７２２に入力される。波長選択光カプラ７２０の第２端子７２２に入力された信号光６００は、波長選択光カプラ７２０を通過し、その第１端子７２１から出力され、光ファイバ９３０を介して、ＳＯＡ１００の信号入力端に入力される。ＳＯＡ１００に入力された信号光６００は、ＳＯＡ１００を通過する際に波形整形及び増幅され、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力される。ＳＯＡ１００の信号出力端から出力された信号光６００は、光ファイバ９８０を介して、波長選択光カプラ７３０の第１端子７３１に入力され、これを通過し、第２端子７３２から出力され、バンドパスフィルタ４００の信号入力端に入力される。ここでは、波長選択光カプラ７３０の第２端子７３２からは約１５００ｎｍよりも長波長の光が出力され、これもバンドパスフィルタ４００の信号入力端に入力される。そして、バンドパスフィルタ４００を通過する際にフィルタリングされて、信号光成分のみが取り出されるようになっている。
【００７１】
また、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されるＡＳＥ光５００は、光ファイバ９３０を介して、波長選択光カプラ７２０の第１端子７２１に入力される。そして、約１５００ｎｍよりも長波長のＡＳＥ光５００は、波長選択光カプラ７２０の第２端子７２２から出力され、光ファイバ９２０を介して、光アイソレータ３２０に導かれ、遮断される。また、約１５００ｎｍ以下の波長のＡＳＥ光５００は、波長選択光カプラ７２０の第３端子７２３から出力され、光ファイバ９５０を介して、光アイソレータ３３０に導かれ、これを通過し、光ファイバ９４０を介して、波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３に入力される。波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３から入力された約１５００ｎｍ以下の波長のＡＳＥ光５００は、波長選択光カプラ７１０を通過し、光ファイバ９００を介して、ＥＤＦ２００の信号出力端に入力される。
【００７２】
一方、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されるＡＳＥ光５１０は、光ファイバ９８０を介して、波長選択光カプラ７３０の第１端子７３１に入力される。そして、約１５００ｎｍよりも長波長のＡＳＥ光５１０は、波長選択光カプラ７３０の第２端子７３２から出力され、光ファイバ９９０を介して、バンドパスフィルタ４００に導かれ、遮断される。また、約１５００ｎｍ以下の波長のＡＳＥ光５１０は、波長選択光カプラ７３０の第３端子７３３から出力され、光ファイバ１０１０を介して、光アイソレータ３１０に導かれ、これを通過し、光ファイバ１０００を介して、波長選択光カプラ７００の第３端子７０３に入力される。波長選択光カプラ７００の第３端子７０３から入力された約１５００ｎｍ以下の波長のＡＳＥ光５１０は、波長選択光カプラ７００を通過し、光ファイバ９７０を介して、ＥＤＦ２００の信号入力端に入力される。
【００７３】
このようにして、ＥＤＦ２００に入力されるＡＳＥ光５００、５１０は、いずれも、約１５００ｎｍ以下の波長の光であり、ＥＤＦ２００の吸収波長帯に含まれており、１５５０ｎｍ帯の信号光６００をＥＤＦ２００によって増幅する場合の励起光の波長帯を含む。このため、ＥＤＦ２００に入力されたＡＳＥ光５００、５１０は、ＥＤＦ２００中で概ね吸収され、希土類イオンを励起して反転分布を生じさせる。つまり、ＳＯＡ１００で生じたＡＳＥ光５００、５１０は、ＥＤＦ２００を励起するための励起光として用いられる。
【００７４】
また、ＥＤＦ２００によって吸収されずに透過したＡＳＥ光５００、５１０は、それぞれ、光アイソレータ３１０、３３０で遮断されるため、装置内で周回することはなく、装置外に出力されることもない。
ところで、上述のように、本実施形態では、ＳＯＡ１００の両端から出力されるＡＳＥ光５００、５１０を、ＥＤＦ２００へ導いて励起光として用いるようにしている。この場合、ＳＯＡ１００によって得られる利得は、より小さくても良くなる。この結果、ＳＯＡ１００の素子長を短くして、より効率を向上させることができる。
【００７５】
そこで、本実施形態では、ＳＯＡ１００の素子長を約５ｍｍとしている。この場合も、４０Ｇｂｉｔ／ｓ以下のビットレートの信号光に対応することが可能である。
本実施形態では、この長さ約５ｍｍのＳＯＡ１００を約０．８３Ａの駆動電流で駆動することによって、信号光６００の波長帯、ここでは波長１５４０ｎｍの信号光６００において、図３に示すように、約１２ｄＢの利得が得られるようになっている。また、上述の第１実施形態の場合と同様に、約１５ｄＢｍの信号光出力時に波形整形効果が得られる（図４参照）。
【００７６】
このように、ＳＯＡ１００の両端から出力されるＡＳＥ光５００、５１０をＥＤＦ２００の励起光として使用する光増幅器では、素子長約５ｍｍのＳＯＡ１００を約０．８３Ａの駆動電流で駆動することで、波長１５４０ｎｍの信号光６００において、約１２ｄＢの利得が得られる。
本実施形態において、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されるＡＳＥ光５００の１４４０〜１５００ｎｍの波長帯の全強度は約３０ｍＷ（３ｄＢの結合損を含む）である。また、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されるＡＳＥ光５１０の１４４０〜１５００ｎｍの波長帯の全強度は約３０ｍＷ（３ｄＢの結合損を含む）である。このため、ＳＯＡ１００の両端から出力されるＡＳＥ光５００、５１０の１４４０〜１５００ｎｍの波長帯の全強度は約６０ｍＷ（３ｄＢの結合損を含む）である。したがって、約６０ｍＷのＡＳＥ光５００、５１０が、ＥＤＦ２００の励起光として用いられる。
【００７７】
そして、ファイバ長約２３ｍのＥＤＦ２００を、約６０ｍＷのＡＳＥ光５００、５１０で励起すると、ＡＳＥ光５００、５１０の波長帯よりも長波長側の信号光６００の波長帯、ここでは波長１５４０ｎｍの信号光において、図６中、実線Ｂで示すように、約１８ｄＢの利得が得られる。
このため、ＥＤＦ２００とＳＯＡ１００とによって、信号光６００の波長帯、ここでは波長１５４０ｎｍの信号光において、合計約３０ｄＢの利得が得られる。このため、本光増幅器に−１５ｄＢｍ程度の信号光６００を入力することで、約３０ｄＢの小信号利得が得られ、１５ｄＢｍ程度の波形整形された信号光が出力されることになる。
【００７８】
この場合、Ｐｏｕｔ＝１５ｄＢｍ≒３２ｍＷ、Ｐｉｎ≒０ｍＷ、Ｉ＝０．８３Ａ、ｈν／ｅ＝０．８ｅＶとなるから、上記式（１）により、光増幅器の外部量子効率ηは約４．８％となる。
このように、上述の第１実施形態で説明したように従来の光増幅器の外部量子効率は約２．２％であるのに対し、本実施形態の光増幅器の外部量子効率は約４．８％であり、従来の光増幅器と比較して、本実施形態の光増幅器では効率が向上することがわかる。
【００７９】
したがって、本実施形態にかかる光増幅器によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、装置構成を複雑にすることなく、効率を向上させることができるという利点がある。つまり、光増幅器を上述のように構成することで、外部量子効率を向上させることができるという利点がある。
［その他］
なお、上述の各実施形態では、光増幅器を、入力側に光アイソレータ３００を備え、出力側にバンドパスフィルタ４００を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではない。例えば、光通信システム内の別の場所、例えば本光増幅器の外部の入力側に光アイソレータが設けられている場合には、本光増幅器の内部に光アイソレータが含まれていなくても良い。つまり、上述の各実施形態の光増幅器は、光アイソレータを備えないものとして構成することもできる。また、例えば、光通信システム内の別の場所、例えば本光増幅器の外部の出力側にバンドパスフィルタが設けられている場合には、本光増幅器の内部にバンドパスフィルタが含まれていなくても良い。つまり、上述の各実施形態の光増幅器は、バンドパスフィルタを備えないものとして構成することもできる。
【００８０】
また、上述の第１実施形態の光増幅器において、ＥＤＦ２００とＳＯＡ１００とを接続する光ファイバ８００に、光アイソレータを介装しても良い。この場合、光アイソレータとしては、ＥＤＦ２００からＳＯＡ１００へ向かう順方向の光（信号光）を通過させ、かつ、信号光の波長帯以外の帯域の逆方向の光（ＡＳＥ光５００）を選択的に通過させる光アイソレータを用いるのが好ましい。つまり、上述の第１実施形態の光増幅器は、光ファイバ（第１光ファイバ）に介装され、順方向の光を通過させ、かつ、信号光の波長帯以外の帯域の逆方向の光を選択的に通過させる光アイソレータ（第５光アイソレータ）を備えるものとして構成しても良い。これにより、信号波長帯のＡＳＥ光がＥＤＦ２００で増幅されることがなくなるため、効率、即ち、外部変換効率をより向上させることができる。
【００８１】
また、上述の第２実施形態では、ＳＯＡ１００とＥＤＦ２００とを接続する光ファイバ（第１光ファイバ）９００、９１０、９２０、９３０に光アイソレータ（第３アイソレータ）３２０が介装されているが、これは設けなくても良い。但し、ＥＤＦ２００で、信号波長帯のＡＳＥ光、ここでは、１５００ｎｍよりも長波長のＡＳＥ光が増幅されることになり、ＥＤＦ２００の利得が信号波長帯のＡＳＥ光の増幅に使われてしまうことになる。このため、効率、即ち、外部変換効率を向上させるという点では、光アイソレータ３２０が挿入されていることが望ましい。
【００８２】
また、上述の第２実施形態では、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されるＡＳＥ光５１０をＥＤＦ２００の信号入力端に入力するとともに、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されるＡＳＥ光５００をＥＤＦ２００の信号出力端に入力するようにしているが、これに限られるものではない。
例えば、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されるＡＳＥ光５１０をＥＤＦ２００の信号出力端に入力するとともに、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されるＡＳＥ光５００をＥＤＦ２００の信号入力端に入力するようにしても良い。この場合、上述の第２実施形態の構成において、波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３に接続される光ファイバ９４０の一端を、波長選択光カプラ７００の第３端子７０３に接続し、波長選択光カプラ７００の第３端子７０３に接続される光ファイバ１０００の一端を、波長選択光カプラ７１０の第３端子７１３に接続すれば良い。この場合も上述の第２実施形態の場合と同様の効果が得られる。この構成を上述の第２実施形態の変形例という。
【００８３】
また、例えば、ＳＯＡ１００から出力されるＡＳＥ光５００、５１０のうち、いずれか一方のみをＥＤＦ２００に入力するようにしても良い。この場合、構成は単純化するが、効率、即ち、外部量子効率は低下する。
つまり、ＳＯＡ１００の信号出力端から出力されるＡＳＥ光５１０をＥＤＦ２００の信号出力端に入力するだけにしても良い。この場合、上述の第２実施形態の変形例の構成において、波長選択光カプラ７００、７２０、光ファイバ９４０、９５０、光アイソレータ３１０、３３０を設けないで良いことになる。
【００８４】
また、ＳＯＡ１００の信号入力端から出力されるＡＳＥ光５００をＥＤＦ２００の信号入力端又は信号出力端に入力するだけにしても良い。ＥＤＦ２００の信号入力端に入力するだけの場合、上述の第２実施形態の変形例の構成において、波長選択光カプラ７１０、７３０、光ファイバ１０００、１０１０、光アイソレータ３１０、３３０を設けないで良いことになり、ＥＤＦ２００の信号出力端に入力するだけの場合、上述の第２実施形態の構成において、波長選択光カプラ７００、７３０、光ファイバ１０００、１０１０、光アイソレータ３１０、３３０を設けないで良いことになる。
【００８５】
また、上述の各実施形態では、各素子を光ファイバによって接続しているが、これに限られるものではなく、ＳＯＡ１００から出力されるＡＳＥ光を用いてＥＤＦ２００を励起しうるように光路（光経路）が設けられていれば良い。例えば、これらの光ファイバの一部又は全部を、空間的な光路、例えばシリカや半導体からなる光導波路に置き換えて、各素子を光学的に接続するようにしても良い。但し、光ファイバを用いるのが最も損失が小さい。特に、希土類添加光ファイバを用いる場合には、これとの親和性に優れるため、光ファイバを用いるのが好ましい。
【００８６】
また、上述の各実施形態では、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドット活性層を備え、１５５０ｎｍ帯に利得を有するＳＯＡを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、活性層は、量子井戸構造を用いた量子井戸活性層でも良いし、バルク構造を用いたバルク活性層でも良い。これらの場合も同等の効果が得られる。但し、量子ドットを用いた場合、活性層の体積が小さくなり、飽和出力が大きくなり、大きなＡＳＥ光を生じるため、波形整形効果が大きく、また、希土類添加光ファイバの励起に十分な励起光パワーが得られるという利点がある。また、例えば、ＧａＡｓ基板などの他の半導体基板上に形成されたＳＯＡを用いることもできる。さらに、波長帯は１５５０ｎｍ帯に限られるものではなく、例えば１３００ｎｍ帯、１４００ｎｍ帯、１０００ｎｍ帯などの他の波長帯に利得を有するＳＯＡを用いることもできる。
【００８７】
また、上述の各実施形態では、希土類としてＥｒ（エルビウム）を添加したエルビウム添加光ファイバを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。使用波長帯に応じて、ＳＯＡの波長帯を変更し、希土類として他の元素を添加した希土類添加光ファイバを用いることもでき、この場合も同様の効果が得られる。例えば、１３００ｎｍ帯で動作する光増幅器とする場合、Ｐｒ（プラセオジム）を添加したプラセオジム添加光ファイバを用いれば良い。また、例えば、１４００ｎｍ帯で動作する光増幅器とする場合、Ｔｍ（ツリウム）を添加したツリウム添加光ファイバを用いれば良い。さらに、例えば、１０００ｎｍ帯で動作する光増幅器とする場合、Ｙｂ（イッテルビウム）を添加したイッテルビウム添加光ファイバを用いれば良い。このように、上述の各実施形態の光増幅器では、希土類添加光ファイバは、エルビウム添加光ファイバ、プラセオジム添加光ファイバ、ツリウム添加光ファイバ、イッテルビウム添加光ファイバのいずれかであれば良い。なお、上述の各実施形態のものに対して使用波長帯を変える場合、励起光の波長帯も変わることになる。
【００８８】
また、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の各実施形態及びその変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で生じる増幅された自然放出光の波長帯を含む吸収波長帯を有する希土類添加光ファイバとを備え、
前記希土類添加光ファイバで増幅された信号光が、前記半導体光増幅器に入力され、かつ、前記半導体光増幅器で生じた増幅された自然放出光が、前記希土類添加光ファイバに励起光として入力されるように、前記半導体光増幅器と前記希土類添加光ファイバとが光学的に接続されていることを特徴とする光増幅器。
【００８９】
（付記２）
前記半導体光増幅器の一端と前記希土類添加光ファイバの一端とを接続する第１光ファイバを備えることを特徴とする、付記１に記載の光増幅器。
（付記３）
前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの側に接続された第１波長選択光カプラ、及び、前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの反対側に接続された第３波長選択光カプラのいずれか一方と、
前記半導体光増幅器の前記第１光ファイバの側に接続された第２波長選択光カプラと、
前記第１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子及び前記第３波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子のいずれか一方と、前記第２波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子と接続する第２光ファイバとを備えることを特徴とする、付記２に記載の光増幅器。
【００９０】
（付記４）
前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの側に接続された第１波長選択光カプラと、
前記半導体光増幅器の前記第１光ファイバの反対側に接続された第４波長選択光カプラと、
前記第１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子と前記第４波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子とを接続する第３光ファイバとを備えることを特徴とする、付記２に記載の光増幅器。
【００９１】
（付記５）
前記希土類添加光ファイバの前記第１光ファイバの側に接続された第１波長選択光カプラと、
前記半導体光増幅器の前記第１光ファイバの側に接続された第２波長選択光カプラと、
前記希土類添加光ファイバの前記第１波長選択光カプラと反対側に接続された第３波長選択光カプラと、
前記半導体光増幅器の前記第２波長選択光カプラと反対側に接続された第４波長選択光カプラと、
前記第１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子及び前記３波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子のいずれか一方と、前記第２波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子と接続する第２光ファイバと、
前記第３波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子及び前記１波長選択光カプラの前記希土類添加光ファイバの反対側の他の端子のいずれか一方と、前記第４波長選択光カプラの前記半導体光増幅器の反対側の他の端子とを接続する第３光ファイバと、
前記第２光ファイバに介装された第１光アイソレータと、
前記第３光ファイバに介装された第２光アイソレータとを備えることを特徴とする、付記２に記載の光増幅器。
【００９２】
（付記６）
前記第１光ファイバに介装された第３光アイソレータを備えることを特徴とする、付記２〜５のいずれか１項に記載の光増幅器。
（付記７）
第４光アイソレータと、
前記信号光の波長帯の光のみを通過させるバンドパスフィルタとを備え、
前記信号光が、前記第４光アイソレータ、前記希土類添加光ファイバ、前記半導体光増幅器、前記バンドパスフィルタの順に導かれるように、前記第４光アイソレータと、前記希土類添加光ファイバと、前記半導体光増幅器と、前記バンドパスフィルタとが光学的に接続されていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の光増幅器。
【００９３】
（付記８）
前記半導体光増幅器の一端と前記希土類添加光ファイバの一端とを接続する第１光ファイバと、
前記第４光アイソレータと前記希土類添加光ファイバとを接続する第４光ファイバと、
前記半導体光増幅器と前記バンドパスフィルタとを接続する第５光ファイバとを備えることを特徴とする、付記７に記載の光増幅器。
【００９４】
（付記９）
前記第１光ファイバに介装され、順方向の光を通過させ、かつ、前記信号光の波長帯以外の帯域の逆方向の光を選択的に通過させる第５光アイソレータを備えることを特徴とする、付記２に記載の光増幅器。
（付記１０）
前記半導体光増幅器が、量子ドット活性層を備えることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の光増幅器。
【００９５】
（付記１１）
前記希土類添加光ファイバが、エルビウム添加光ファイバ、プラセオジム添加光ファイバ、ツリウム添加光ファイバ、イッテルビウム添加光ファイバのいずれかであることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の光増幅器。
【符号の説明】
【００９６】
１００  ＳＯＡ
２００  希土類添加光ファイバ
３００  光アイソレータ（第４光アイソレータ）
３１０  光アイソレータ（第２光アイソレータ）
３２０  光アイソレータ（第３光アイソレータ）
３３０  光アイソレータ（第１光アイソレータ）
４００  バンドパスフィルタ
５００、５１０  ＡＳＥ光
６００  信号光
７００  波長選択光カプラ（第３波長選択光カプラ）
７０１  第１端子
７０２  第２端子
７０３  第３端子
７１０  波長選択光カプラ（第１波長選択光カプラ）
７１１  第１端子
７１２  第２端子
７１３  第３端子
７２０  波長選択光カプラ（第２波長選択光カプラ）
７２１  第１端子
７２２  第２端子
７２３  第３端子
７３０  波長選択光カプラ（第４波長選択光カプラ）
７３１  第１端子
７３２  第２端子
７３３  第３端子
８００  光ファイバ（第１光ファイバ）
８１０  光ファイバ（第４光ファイバ）
８２０  光ファイバ（第５光ファイバ）
８３０  入力側光ファイバ
８４０  出力側光ファイバ
９００、９１０、９２０、９３０  光ファイバ（第１光ファイバ）
９４０、９５０  光ファイバ（第２光ファイバ）
９６０、９７０  光ファイバ（第４光ファイバ）
９８０，９９０  光ファイバ（第５光ファイバ）
１０００、１０１０  光ファイバ（第３光ファイバ）
【図１】
0005392073.tif 000003
【図２】
0005392073.tif 000004
【図３】
0005392073.tif 000005
【図５】
0005392073.tif 000006
【図６】
0005392073.tif 000007
【図７】
0005392073.tif 000008
【図８】
0005392073.tif 000009
【図９】
0005392073.tif 000010
【図４】
0005392073.tif 000011