(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光が供給されているときに入力した波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅して出力する光ファイバ増幅器であって、
複数本のＡｌ元素およびＥｒ元素が共添加された石英系の光ファイバが実質的に互いに縦続接続された光増幅用光ファイバと、前記光増幅用光ファイバを構成する複数本の光ファイバそれぞれに双方向から前記励起光を供給する複数の励起光供給手段とを備え、
前記光増幅用光ファイバのうち第１段目の光ファイバの波長１．５８μｍ帯の利得が＋１０ｄＢ以上であり、
前記光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれへの信号光入力強度が２ｄＢｍ以上であり、
前記光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれの波長１．５３μｍ帯の吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下である
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
前記励起光供給手段は、前記光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイバの間に設けられ、前記２つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する１つのファイバ型カプラを備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項３】
前記励起光供給手段は、前記光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイバの間に設けられ、前記２つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する１つの誘電体反射膜型カプラを備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記複数の光増幅用光ファイバのうち第１段目の光増幅用光ファイバに挿入されＡＳＥ光を除去するバンド除去フィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記バンド除去フィルタは、前記第１段目の光増幅用光ファイバ上に形成された長周期ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて信号光を光増幅する光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、波長１．５μｍ帯波長多重（ＷＤＭ）通信に用いられる光伝送システムにおいて重要な部品であり、その適用波長帯域の拡大は、ＷＤＭ通信の伝送容量を増大させる上で重要な課題である。また、このような光増幅器として、Ｅｒ（エルビウム）元素が添加された石英系光ファイバであるＥＤＦ（Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）を光増幅用光ファイバとして用いた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ  ：  Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ）の開発が進められている。
【０００３】
例えば、光ファイバ増幅器における適用波長域を拡大すべく、Ｅｒ３＋イオンの波長１．５８μｍ帯のエネルギレベル遷移を利用して波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅する光ファイバ増幅器の研究がなされている（小野浩孝、他、「１．５８μｍ帯Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器」、１９９７年春季電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−８６を参照）。
【０００４】
この研究によれば、Ｅｒ添加石英系光ファイバを用いた光ファイバ増幅器では波長１５７０ｎｍ〜１６００ｎｍの信号光波長帯域で平坦な利得特性が得られ、また、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバを用いた光ファイバ増幅器では波長１５６５ｎｍ〜１６００ｎｍの信号光波長帯域で平坦な利得特性が得られ、何れも広い帯域が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、通常要求される３０ｄＢ以上の利得で波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅するには、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバでは４０ｍで足りるのに対して、Ｅｒ添加石英系光ファイバでは２００ｍが必要とされる。したがって、Ｅｒ添加石英系光ファイバを用いた光ファイバ増幅器では、このＥｒ添加石英系光ファイバに対して通常の強度の励起光を双方向から供給したとしても、その励起光はＥｒ添加石英系光ファイバの中央付近までには到達せず、当該中央付近では逆に信号光を吸収する結果となる。それ故、このような信号光を吸収する領域をなくするためには、波長１．４８μｍ帯励起の場合、励起光の強度は１１３ｍＷ以上であることが必要とされ、励起効率が低いという問題点がある。
【０００６】
一方、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、所要の光ファイバ長が短く済み、吸収する領域が発生し難いので、励起光の強度は５３ｍＷで済むものの、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバは信頼性に欠けるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信頼性に優れたＥｒ添加石英系光ファイバを光増幅用光ファイバとして用いた光ファイバ増幅器であって、優れた励起効率で波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅することができる光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバ増幅器は、励起光が供給されているときに入力した波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅して出力する光ファイバ増幅器であって、複数本のＡｌ元素およびＥｒ元素が共添加された石英系の光ファイバが実質的に互いに縦続接続された光増幅用光ファイバと、光増幅用光ファイバを構成する複数本の光ファイバそれぞれに双方向から励起光を供給する複数の励起光供給手段とを備え、光増幅用光ファイバのうち第１段目の光ファイバの波長１．５８μｍ帯の利得が＋１０ｄＢ以上であり、光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれへの信号光入力強度が２ｄＢｍ以上であり、光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれの波長１．５３μｍ帯の吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下であることを特徴とする。
【０００９】
この光ファイバ増幅器によれば、互いに縦続接続された複数の光ファイバそれぞれに励起光供給手段により双方向から励起光が供給されて、従来以上に均一な反転分布が生じ、入力した波長１．５８μｍ帯の信号光は光増幅されて出力される。また、光増幅用光ファイバのうち第１段目の光ファイバの波長１．５８μｍ帯の利得が＋１０ｄＢ以上であり、光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれへの信号光入力強度が２ｄＢｍ以上であり、光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれの波長１．５３μｍ帯の吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下であるので、励起効率が優れる。
【００１０】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器では、励起光供給手段は、光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイバの間に設けられ、その２つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する１つのファイバ型カプラを備えることを特徴とする。また、本発明に係る光ファイバ増幅器では、励起光供給手段は、光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイバの間に設けられ、その２つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する１つの誘電体反射膜型カプラを備えることを特徴とする。これら何れの場合にも、カプラの挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器では、複数の光増幅用光ファイバのうち第１段目の光増幅用光ファイバに挿入されＡＳＥ光を除去するバンド除去フィルタを備えることを特徴とする。この場合には、逆方向ＡＳＥ光を除去することができ、雑音特性が改善される。特に、バンド除去フィルタは第１段目の光増幅用光ファイバ上に形成された長周期ファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
先ず、本発明をするに到った経緯および本発明の概要について述べる。光増幅用光ファイバとしても最も多用されているＡｌ添加石英系ＥＤＦを用いた光ファイバ増幅器において、波長１．５８μｍ帯（１５７０ｎｍ〜１６００ｎｍ程度）の信号光に対して平坦な利得特性を実現する為には、そのＥＤＦの長手方向について平均した反転分布を４０％程度とする必要がある。実際には、ＥＤＦの長手方向について励起光や信号光の強度は変化するので、反転分布も一定ではなく変動する。
【００１４】
もし、ＥＤＦの長手方向の何れかの領域において反転分布が３０％程度にまで低下していると、その領域では信号光は光増幅されるのではなく吸収を受け、その結果、「励起効率＝（信号光出力強度−信号光入力強度）／励起光入力強度」なる式で定義される励起効率が低下する。このような吸収域を生じさせない為には、ＥＤＦの長手方向について平均した反転分布を４０％程度とするだけでなく、できるかぎりＥＤＦの長手方向について反転分布を均一にすることが必要である。
【００１５】
図１は、ＥＤＦの長手方向について反転分布を示したグラフであり、図１（ａ）は１段構成のＥＤＦの場合の反転分布を、図１（ｂ）は３段構成のＥＤＦの場合の反転分布を、それぞれ示すものである。
【００１６】
図１（ａ）に示すように１段構成のＥＤＦの場合には、そのＥＤＦの入力端および出力端の何れか一方から励起光を供給する場合よりも、そのＥＤＦの入力端および出力端の双方から励起光を供給する場合の方が、そのＥＤＦにおける反転分布を均一にすることができる。しかし、このＥＤＦの入力端および出力端それぞれでは、励起光の強度が強いことから反転分布が高く、このＥＤＦの中央付近では、励起光の強度が弱いことから反転分布が低く吸収域となる危険がある。
【００１７】
一方、図１（ｂ）に示すように、３段構成のＥＤＦの場合であって各段のＥＤＦそれぞれに励起光を双方向から供給する場合には、反転分布を更に均一にすることができ、且つ、吸収域を生じさせないようにすることができる。このように、複数のＥＤＦを縦続接続するとともに各段のＥＤＦそれぞれに励起光を双方向から供給するのが有効である。
【００１８】
また、複数のＥＤＦを縦続接続する場合であっても、各段のＥＤＦそれぞれについては励起効率が最大となる最適長が存在する。すなわち、各段のＥＤＦが余りに短ければ励起光を吸収しきれず、逆に、各段のＥＤＦが余りに長ければ吸収域が生じる。図２は、信号光入力強度が−１０ｄＢｍ，−２ｄＢｍおよび＋２．１５ｄＢｍそれぞれの場合について、ＥＤＦ長手方向について平均した反転分布が４０％であるときの波長１．５８μｍ帯ＥＤＦ利得と励起効率との関係を示したグラフである。この図に示すように、ＥＤＦの最適長は、そのＥＤＦに入力する信号光の強度に依存する。
【００１９】
したがって、複数のＥＤＦを縦続接続する場合、第１段目のＥＤＦでは信号光入力強度が小さいので、励起効率が低くても励起光入力強度は小さくてよい。しかし、第２段目以降のＥＤＦ（特に、より後段のＥＤＦ）では、励起効率が問題となる。すなわち、波長１．５８μｍ帯の信号光を光増幅する光ファイバ増幅器の最も一般的な用途は２．５Ｇｂ／ｓ×３２波の光伝送であるが、この光伝送では、第１段目のＥＤＦへの総信号光入力強度は−１０ｄＢｍ〜−８ｄＢｍ程度である。また、雑音特性改善の為には、第１段目のＥＤＦは少なくとも１０ｄＢ程度の利得を有することが望ましく、この場合、第２段目以降のＥＤＦへの総信号光入力強度は＋２ｄＢｍ以上となる。また、図２より、信号光入力強度が大きいほどＥＤＦ最適長は短くなる傾向があり、信号光入力強度が＋２ｄＢｍ以上であれば、ＥＤＦの長手方向について反転分布の平均値が４０％であって平坦化された状態においては、波長１．５８μｍ帯の信号光に対する利得は１８ｄＢ以下となる。ところで、最も多用されるＡｌ添加石英系ＥＤＦでは、波長１．５８μｍ帯の信号光に対する利得が１８ｄＢ以下であることは、波長１．５３μｍ帯で見られる吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下であることに相当する。したがって、第２段目以降のＥＤＦの波長１．５３μｍ帯吸収条長積ピークは、Ａｌ添加石英系ＥＤＦでは５６０ｄＢ以下であることが望ましい。
【００２０】
次に、本発明に係る光ファイバ増幅器の第１〜第３の実施形態を、第１〜第２の比較例の構成とともに説明する。なお、これらの実施形態および比較例の何れにおいても、信号光入力強度を−１０ｄＢｍとし、信号光出力強度を＋２４ｄＢｍとする。また、光アイソレータおよびカプラそれぞれの挿入損失は０．５ｄＢ程度であり、ＥＤＦと通常の光ファイバとの融着損は０．２ｄＢ〜０．３ｄＢ程度であるので、１つのＥＤＦと次段のＥＤＦとの間の損失を２ｄＢとする。
【００２１】
図３は、第１の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥＤＦ１１１の１つのみを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ１２１、カプラ１３１、ＥＤＦ１１１、カプラ１３２および光アイソレータ１２２が縦続接続され、また、カプラ１３１には励起光源１４１が接続され、カプラ１３２には励起光源１４２が接続されている。
【００２２】
光アイソレータ１２１および１２２それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源１４１および１４２それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力する。カプラ１３１は、励起光源１４１から出力された励起光をＥＤＦ１１１に順方向に供給し、カプラ１３２は、励起光源１４２から出力された励起光をＥＤＦ１１１に逆方向に供給する。
【００２３】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ１２１およびカプラ１３１を順次に経てＥＤＦ１１１に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ１１１により光増幅され、そして、カプラ１３２および光アイソレータ１２２を順次に経て出力端から出力される。ここで、ＥＤＦ１１１の利得は３４ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ１１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、ＥＤＦ１１１から出力される信号光の強度は２４ｄＢｍである。
【００２４】
図４は、第２の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥＤＦ２１１および２１２の２つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ２２１、カプラ２３１、ＥＤＦ２１１、カプラ２３２、光アイソレータ２２２、カプラ２３３、ＥＤＦ２１２、カプラ２３４および光アイソレータ２２３が縦続接続されている。また、カプラ２３１には励起光源２４１が接続され、カプラ２３２には励起光源２４２が接続され、カプラ２３３には励起光源２４３が接続され、カプラ２３４には励起光源２４４が接続されている。
【００２５】
光アイソレータ２２１〜２２３それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源２４１〜２４４それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力する。カプラ２３１は、励起光源２４１から出力された励起光をＥＤＦ２１１に順方向に供給し、カプラ２３２は、励起光源２４２から出力された励起光をＥＤＦ２１１に逆方向に供給する。カプラ２３３は、励起光源２４３から出力された励起光をＥＤＦ２１２に順方向に供給し、カプラ２３４は、励起光源２４４から出力された励起光をＥＤＦ２１２に逆方向に供給する。
【００２６】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ２２１およびカプラ２３１を順次に経てＥＤＦ２１１に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ２１１により光増幅され、その後さらにカプラ２３２、光アイソレータ２２２およびカプラ２３３を順次に経てＥＤＦ２１２に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ２１２により光増幅され、そして、カプラ２３４および光アイソレータ２２３を順次に経て出力端から出力される。
【００２７】
ここで、ＥＤＦ２１１の利得は１４ｄＢであり、ＥＤＦ２１２の利得は２２ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ２１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、ＥＤＦ２１１から出力される信号光の強度は４ｄＢｍである。ＥＤＦ２１２に入力する信号光の強度は２ｄＢｍであり、ＥＤＦ２１２から出力される信号光の強度は２４ｄＢｍである。
【００２８】
図５は、第１の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥＤＦ３１１および３１２の２つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ３２１、カプラ３３１、ＥＤＦ３１１、カプラ３３２、光アイソレータ３２２、カプラ３３３、ＥＤＦ３１２、カプラ３３４および光アイソレータ３２３が縦続接続されている。また、カプラ３３１には励起光源３４１が接続され、カプラ３３２には励起光源３４２が接続され、カプラ３３３には励起光源３４３が接続され、カプラ３３４には励起光源３４４が接続されている。
【００２９】
光アイソレータ３２１〜３２３それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源３４１〜３４４それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力する。カプラ３３１は、励起光源３４１から出力された励起光をＥＤＦ３１１に順方向に供給し、カプラ３３２は、励起光源３４２から出力された励起光をＥＤＦ３１１に逆方向に供給する。カプラ３３３は、励起光源３４３から出力された励起光をＥＤＦ３１２に順方向に供給し、カプラ３３４は、励起光源３４４から出力された励起光をＥＤＦ３１２に逆方向に供給する。
【００３０】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ３２１およびカプラ３３１を順次に経てＥＤＦ３１１に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ３１１により光増幅され、その後さらにカプラ３３２、光アイソレータ３２２およびカプラ３３３を順次に経てＥＤＦ３１２に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ３１２により光増幅され、そして、カプラ３３４および光アイソレータ３２３を順次に経て出力端から出力される。
【００３１】
ここで、ＥＤＦ３１１の利得は２０ｄＢであり、ＥＤＦ３１２の利得は１６ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ３１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、ＥＤＦ３１１から出力される信号光の強度は１０ｄＢｍである。ＥＤＦ３１２に入力する信号光の強度は８ｄＢｍであり、ＥＤＦ３１２から出力される信号光の強度は２４ｄＢｍである。
【００３２】
図６は、第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥＤＦ４１１〜４１３の３つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ４２１、カプラ４３１、ＥＤＦ４１１、カプラ４３２、光アイソレータ４２２、カプラ４３３、ＥＤＦ４１２、カプラ４３４、光アイソレータ４２３、カプラ４３５、ＥＤＦ４１３、カプラ４３６および光アイソレータ４２４が縦続接続されている。また、カプラ４３１には励起光源４４１が接続され、カプラ４３２には励起光源４４２が接続され、カプラ４３３には励起光源４４３が接続され、カプラ４３４には励起光源４４４が接続され、カプラ４３５には励起光源４４５が接続され、カプラ４３６には励起光源４４６が接続されている。
【００３３】
光アイソレータ４２１〜４２４それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源４４１〜４４６それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力する。カプラ４３１は、励起光源４４１から出力された励起光をＥＤＦ４１１に順方向に供給し、カプラ４３２は、励起光源４４２から出力された励起光をＥＤＦ４１１に逆方向に供給する。カプラ４３３は、励起光源４４３から出力された励起光をＥＤＦ４１２に順方向に供給し、カプラ４３４は、励起光源４４４から出力された励起光をＥＤＦ４１２に逆方向に供給する。カプラ４３５は、励起光源４４５から出力された励起光をＥＤＦ４１３に順方向に供給し、カプラ４３６は、励起光源４４６から出力された励起光をＥＤＦ４１３に逆方向に供給する。
【００３４】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ４２１およびカプラ４３１を順次に経てＥＤＦ４１１に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ４１１により光増幅される。その後、信号光は、カプラ４３２、光アイソレータ４２２およびカプラ４３３を順次に経てＥＤＦ４１２に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ４１２により光増幅される。その後さらに、信号光は、カプラ４３４、光アイソレータ４２３およびカプラ４３５を順次に経てＥＤＦ４１３に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ４１３により光増幅される。そして、カプラ４３６および光アイソレータ４２４を順次に経て出力端から出力される。
【００３５】
ここで、ＥＤＦ４１１の利得は１４ｄＢであり、ＥＤＦ４１２の利得は１８ｄＢであり、ＥＤＦ４１３の利得は６ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ４１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、ＥＤＦ４１１から出力される信号光の強度は４ｄＢｍである。ＥＤＦ４１２に入力する信号光の強度は２ｄＢｍであり、ＥＤＦ４１２から出力される信号光の強度は２０ｄＢｍである。ＥＤＦ４１３に入力する信号光の強度は１８ｄＢｍであり、ＥＤＦ４１３から出力される信号光の強度は２４ｄＢｍである。
【００３６】
図７は、第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、光増幅用光ファイバとしてＡｌ元素が添加された石英系のＥＤＦ５１１〜５１３の３つを有し、入力端から出力端へ順に光アイソレータ５２１、カプラ５３１、ＥＤＦ５１１、カプラ５３２、光アイソレータ５２２、カプラ５３３、ＥＤＦ５１２、カプラ５３４、ＥＤＦ５１３、カプラ５３５および光アイソレータ５２３が縦続接続されている。また、カプラ５３１には励起光源５４１が接続され、カプラ５３２には励起光源５４２が接続され、カプラ５３３には励起光源５４３が接続され、カプラ５３４には励起光源５４４および５４５が接続され、カプラ５３５には励起光源５４６が接続されている。
【００３７】
光アイソレータ５２１〜５２３それぞれは、入力端側から出力端側への方向に光を透過させるが、その逆の方向には光を透過させず、雑音特性を劣化させる逆方向ＡＳＥ光を除去する。励起光源５４１〜５４６それぞれは、波長１．４８μｍ帯の励起光を出力する。カプラ５３１は、励起光源５４１から出力された励起光をＥＤＦ５１１に順方向に供給し、カプラ５３２は、励起光源５４２から出力された励起光をＥＤＦ５１１に逆方向に供給する。カプラ５３３は、励起光源５４３から出力された励起光をＥＤＦ５１２に順方向に供給し、カプラ５３４は、励起光源５４４から出力された励起光をＥＤＦ５１２に逆方向に供給するとともに、励起光源５４５から出力された励起光をＥＤＦ５１３に順方向に供給し、カプラ５３５は、励起光源５４６から出力された励起光をＥＤＦ５１３に逆方向に供給する。
【００３８】
なお、前述の第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器では、第２段目のＥＤＦと第３段目のＥＤＦとの間には１つの光アイソレータと２つのカプラが設けられたいたのに対して、この第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器では、ＥＤＦ５１２とＥＤＦ５１３との間には１つのカプラ５３４のみが設けられている。このカプラ５３４は、上述したように、２つの励起光源５４４および５４５それぞれから出力された励起光を入力し、一方の励起光をＥＤＦ５１２に供給し、他方の励起光をＥＤＦ５１３に供給するものである。このようなカプラとして、例えば、ファイバ型カプラや誘電体反射膜型カプラが好適に用いられる。
【００３９】
この光ファイバ増幅器においては、入力端に入力した信号光は、光アイソレータ５２１およびカプラ５３１を順次に経てＥＤＦ５１１に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ５１１により光増幅される。その後、信号光は、カプラ５３２、光アイソレータ５２２およびカプラ５３３を順次に経てＥＤＦ５１２に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ５１２により光増幅される。その後さらに、信号光は、カプラ５３４を経てＥＤＦ５１３に入力し、励起光が供給されて反転分布が生じているＥＤＦ５１３により光増幅される。そして、カプラ５３５および光アイソレータ５２３を順次に経て出力端から出力される。
【００４０】
ここで、ＥＤＦ５１１の利得は１４ｄＢであり、ＥＤＦ５１２の利得は１８ｄＢであり、ＥＤＦ５１３の利得は５ｄＢである。すなわち、ＥＤＦ５１１に入力する信号光の強度は−１０ｄＢｍであり、ＥＤＦ５１１から出力される信号光の強度は４ｄＢｍである。ＥＤＦ５１２に入力する信号光の強度は２ｄＢｍであり、ＥＤＦ５１２から出力される信号光の強度は２０ｄＢｍである。ＥＤＦ５１３に入力する信号光の強度は１９ｄＢｍであり、ＥＤＦ５１３から出力される信号光の強度は２４ｄＢｍである。
【００４１】
次に、第１〜第２の比較例および第１〜第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器を比較する。図８は、第１〜第２の比較例および第１〜第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器それぞれの励起効率および所要励起光強度を比較する図表である。この図表に示す励起効率は、図２に示す実測結果とシミュレーションとに基づくものである。
【００４２】
第１の比較例の場合（図３）はＥＤＦが１段構成のものであるのに対して、第２の比較例の場合（図４）はＥＤＦが２段構成のものである。図表に示すように、ＥＤＦが１段構成の場合よりも２段構成の場合の方が全体の所要励起光の強度は大幅に低減されることが判る。
【００４３】
第１の実施形態（図５）は、第２の比較例の場合（図４）と同様にＥＤＦが２段構成のものである。しかし、両者は、第１段目のＥＤＦおよび第２段目のＥＤＦの長さの比が互いに異なり、第１段目のＥＤＦおよび第２段目のＥＤＦそれぞれの利得も互いに異なるので、励起効率も互いに異なる。すなわち、第１の実施形態の場合（図５）は、第２の比較例の場合（図４）と比較すると、第１段目のＥＤＦ３１１の利得が大きく、第２段目のＥＤＦ３１２に入力する信号光の強度が大きくなって、全体の所要励起光の強度が小さくなっている。また、第１の実施形態の場合（図５）は、第２段目のＥＤＦ３１２の利得が１６ｄＢであり、第２段目のＥＤＦ３１２の吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下であるので、所要励起光強度の低減に有効である。
【００４４】
第２の実施形態（図６）はＥＤＦが３段構成のものである。この第２の実施形態の場合（図６）は、ＥＤＦが２段構成である第１の実施形態の場合（図５）と比較すると、全体の所要励起光の強度が却って増大している。これは、第１段目のＥＤＦ４１１と第２段目のＥＤＦ４１２との間および第２段目のＥＤＦ４１２と第３段目のＥＤＦ４１３との間それぞれに設けられた２つのカプラおよび１つの光アイソレータの挿入損失が２ｄＢあるからである。
【００４５】
第３の実施形態（図７）は、第２の実施形態の場合（図５）と同様にＥＤＦが３段構成のものである。しかし、第３の実施形態の場合（図７）では、第２段目のＥＤＦ５１２と第３段目のＥＤＦ５１３との間に、光アイソレータが設けられていない点、および、１つのカプラ５３４のみが設けられている点で、第２の実施形態の場合（図６）と異なる。したがって、第３の実施形態の場合（図７）では、第２段目のＥＤＦ５１２と第３段目のＥＤＦ５１３との間の損失は１ｄＢに低減され、第２の実施形態の場合（図６）と比較して、全体の所要励起光の強度が低減される。なお、光ファイバ増幅器の雑音特性を劣化させる逆方向ＡＳＥ光は、信号光の強度が小さい第１段目のＥＤＦおよび第２段目のＥＤＦの辺りでのみ支配的であるので、第２段目のＥＤＦと第３段目のＥＤＦとの間に光アイソレータを設けなくとも支障はない。
【００４６】
また、第１の実施形態（図５）と第３の実施形態（図７）とを比較すると、全体の所要励起光の強度は大差ないので、これのみを見ればＥＤＦを３段構成とすることのメリットはない。しかし、励起光の発生からＥＤＦへの供給までのを考慮すると、ＥＤＦを２段構成とする場合よりも３段構成とする場合の方が有利である。
【００４７】
すなわち、ＥＤＦが２段構成である第１の実施形態の場合（図５）では、第２段目のＥＤＦ３１２が必要とする励起光の強度は４０８．１ｍＷであるから、ＥＤＦ３１２に順方向および逆方向それぞれから強度２００ｍＷ以上の励起光を供給する必要がある。しかし、波長１．４８μｍ帯のレーザ光を出力する励起光源として一般に用いられている半導体レーザ光源の強度は高々１５０ｍＷ程度であり、１つの励起光源から出力された励起光をＥＤＦ３１２に供給するのみでは、所要励起光強度に達し得ない。
【００４８】
また、例えば、２つの励起光源から出力された励起光を偏波多重等により合波してＥＤＦ３１２に順方向から供給するとともに、他の２つの励起光源から出力された励起光も偏波多重等により合波してＥＤＦ３１２に逆方向から供給することも考えられる。しかし、この場合、偏波多重カプラは１ｄＢ程度の損失を有し、また、カプラ３３１〜３３４それぞれも１ｄＢ程度の損失を有するので、仮に出力強度１５０ｍＷの励起光源を４つ用いて励起光をＥＤＦ３１２に供給したとしても、ＥＤＦ３１２に供給することができる励起光の強度は３８０ｍＷにまで減衰する。このような構成で、必要とする強度４０８．１ｍＷの励起光をＥＤＦ３１２に供給するには、出力強度１６１ｍＷ以上の波長１．４８μｍのレーザ光を出力することができる半導体レーザ光源を用いることが必要であるが、これは非現実的である。
【００４９】
これに対して、第３の実施形態の場合（図７）では、第２段目のＥＤＦ５１２が必要とする励起光の強度は１９７ｍＷであり、第３段目のＥＤＦ５１３が必要とする励起光の強度は２３６．６ｍＷであり、したがって、各ＥＤＦそれぞれについて、１つの励起光源から出力された励起光を順方向から供給するとともに、他の１つの励起光源から出力された励起光を逆方向から供給すればよい。出力強度１５０ｍＷの励起光源を用いれば、カプラ５３１〜５３５それぞれの損失１ｄＢを考慮しても、各ＥＤＦそれぞれに強度２３８ｍＷの励起光の供給が可能であり、第３段目のＥＤＦ５１３が必要とする励起光の強度を満たすことができる。
【００５０】
図９は、第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器のＥＤＦにおける信号光、励起光およびＡＳＥ光それぞれの変化を説明する図である。この図において、信号光の強度変化は符号Ｓで示され、順方向励起光の強度変化は符号ＦＰで示され、逆方向励起光の強度変化は符号ＢＰで示され、順方向ＡＳＥ光の強度変化は符号ＦＡで示され、逆方向ＡＳＥ光の強度変化は符号ＢＡで示されている。
【００５１】
第２の実施形態の場合（図６）のように、第１段目のＥＤＦ４１１と第２段目のＥＤＦ４１２との間および第２段目のＥＤＦ４１２と第３段目のＥＤＦ４１３との間それぞれに光アイソレータ４２２，４２３を設けて逆方向ＡＳＥ光を遮断しても、信号光入力強度が小さい第１段目のＥＤＦ４１１中では逆方向ＡＳＥ光を無視することはできない。この第１段目のＥＤＦ４１１では反転分布が高いので、波長１．５３μｍ〜１．５６μｍ帯のＡＳＥ光が支配的である。ここに光アイソレータを挿入すると、更に２ｄＢの挿入損失が付加されることになるので、所要励起光強度は更に増加する。
【００５２】
そこで、第１段目のＥＤＦ４１１の中途にバンド除去フィルタを挿入するのが好適である。また、バンド除去フィルタとＥＤＦ４１１との融着損０．２ｄＢ〜０．３ｄＢを回避するために、ＥＤＦ４１１上に直接に長周期ファイバグレーティングを形成して、この長周期ファイバグレーティングをバンド除去フィルタとするのが更に好適である。図１０は、このバンド除去フィルタの透過ロス特性を説明する図である。この図に示すように、挿入されるべきバンド除去フィルタは、逆方向ＡＳＥ光を遮断するとともに、信号光波長域１．５８μｍ帯および励起光波長域１．４８μｍ帯の光を透過させるものであることが必要である。
【００５３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。上記実施形態では、全体利得が３４ｄＢであってＥＤＦが２段構成または３段構成である光ファイバ増幅器について説明したが、これに限られるものではない。例えば、更に大きな全体利得を有する光ファイバ増幅器にあっては、ＥＤＦを４段構成または５段構成等とするのが好適である。
【００５４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、複数本のＡｌ元素およびＥｒ元素が共添加された石英系の光ファイバが縦続接続された光増幅用光ファイバに励起光供給手段により双方向から励起光が供給されて、従来以上に均一な反転分布が生じ、入力した波長１．５８μｍ帯の信号光は光増幅されて出力される。また、光増幅用光ファイバのうち第２段目以降の光ファイバそれぞれの吸収条長積ピークが５６０ｄＢ以下であるので励起効率が優れる。
【００５５】
また、励起光供給手段が、光増幅用光ファイバのうちの互いに縦続接続された２つの光ファイバの間に設けられ、その２つの光ファイバそれぞれに励起光を供給する１つのファイバ型カプラまたは１つの誘電体反射膜型カプラを備える場合には、カプラの挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【００５６】
また、光増幅用光ファイバのうち第１段目の光ファイバに挿入されＡＳＥ光を除去するバンド除去フィルタを備える場合には、逆方向ＡＳＥ光を除去することができ、雑音特性が改善される。特に、バンド除去フィルタは第１段目の光ファイバ上に形成された長周期ファイバグレーティングであるのが好適であり、この場合には、挿入損失は低減され、励起効率は更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＤＦの長手方向について反転分布を示したグラフである。
【図２】ＥＤＦ長手方向について平均した反転分布が４０％であるときの波長１．５８μｍ帯ＥＤＦ利得と励起効率との関係を示すグラフである。
【図３】第１の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。
【図４】第２の比較例として示す光ファイバ増幅器の構成図である。
【図５】第１の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
【図７】第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
【図８】第１〜第２の比較例および第１〜第３の実施形態に係る光ファイバ増幅器それぞれの励起効率および所要励起光強度を比較する図表である。
【図９】第２の実施形態に係る光ファイバ増幅器のＥＤＦにおける信号光、励起光およびＡＳＥ光それぞれの変化を説明する図である。
【図１０】バンド除去フィルタの透過ロス特性を説明する図である。
【符号の説明】
１１１…ＥＤＦ、１２１，１２２…光アイソレータ、１３１，１３２…カプラ、１４１，１４２…励起光源、２１１，２１２…ＥＤＦ、２２１〜２２３…光アイソレータ、２３１〜２３４…カプラ、２４１〜２４４…励起光源、３１１，３１２…ＥＤＦ、３２１〜３２３…光アイソレータ、３３１〜３３４…カプラ、３４１〜３４４…励起光源、４１１〜４１３…ＥＤＦ、４２１〜４２４…光アイソレータ、４３１〜４３６…カプラ、４４１〜４４６…励起光源、５１１〜５１３…ＥＤＦ、５２１〜５２３…光アイソレータ、５３１〜５３５…カプラ、５４１〜５４６…励起光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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