(57)【要約】【課題】  希土類元素による光信号増幅と非線形ラマン効果による光信号増幅が同時に発生するようにする光ファイバを提供する。【解決手段】  希土類元素の第１元素がドープされたクラッドと、非線形ラマン現像を誘導するために第２元素が含まれたコアとを備え、前記コアに沿って進行するポンプ光は、前記クラッドの前記第１元素によって第１バンドに増幅され、前記第２元素によって第２バンドにラマン増幅される。【選択図】  図１
2006114858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素の第１元素がドープされたクラッドと、
非線形ラマン現像を誘導するために第２元素が含まれたコアとを備え、
前記コアに沿って進行するポンプ光は、前記クラッドの前記第１元素によって第１バンドに増幅され、前記第２元素によって第２バンドにラマン増幅されることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記第１バンドと前記第２バンドはお互い同一の帯域であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記第１バンドと前記第２バンドはお互い異なる帯域であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記第１元素は少なくとも前記コアに隣接した領域にドープされたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記光ファイバの組成物はシリカ、テルライト、フルオリド、硫化物系またはセレニド系であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記第１元素は、エルビウム、イッテルビウム、プラセオジミウム、ネオジム、ホルミウム、ツリウムまたはジスプロシウムであり、前記第２元素はガラスの組成を作るシリコン、ゲルマニウム、燐、硫黄、テルルまたはセレニウムであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記光ファイバの組成物がシリカの場合、ポンピング波長は１４８０〜１５００ｎｍ帯域の単一波長であり、エルビウムによる光増幅でＣバンド（１５３０〜１５７０ｎｍ）を、ゲルマニウムの非線形ラマン増幅でＬバンド（１５７０〜１６１０ｎｍ）をそれぞれ増幅することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記エルビウムは、前記コアに１０１５ｃｍ−３〜１０１７ｃｍ−３でドープされており、前記ゲルマニウムは１０〜３０ｍｏｌ％でドープされているため、コアとクラッドの屈折率差は０．０１５〜０．０３であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【請求項９】
長さが１〜１０ｋｍであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記光ファイバの組成物がテルライトの場合、前記所定のポンピング波長は１４７０〜１５００ｎｍ帯域の単一波長であり、エルビウムによる光増幅でＬバンド（１５７０〜１６１０ｎｍ）を、テルライトの非線形ラマン増幅でＵバンド（１６１０〜１７００ｎｍ）をそれぞれ増幅することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項１１】
希土類元素の第１元素が添加された光ファイバと、非線形ラマン増幅を誘発するための第２元素が添加された光ファイバをそれぞれ少なくとも一つずつ含んで直列組み合わせで連結され、
前記コアに沿って進行する所定波長のポンプ光は、前記第１元素によって第１バンドに増幅され、前記第２元素によって第２バンドにラマン増幅されることを特徴とする光ファイバ。
【請求項１２】
前記第１元素が添加された光ファイバは、エルビウムが添加されたシリカ光ファイバであり、
前記第２元素が添加された光ファイバは、ゲルマニウムが１０〜３０ｍｏｌ％添加されたシリカ光ファイバであり、
前記ポンプ光は、エルビウムによってＣバンドに増幅され、ＧｅによってＬバンドにラマン増幅されることを特徴とする請求項１１記載の光ファイバ。
【請求項１３】
入力端から光信号の入力を受けて増幅して出力端へ伝達する請求項１〜１２のいずれかによる光ファイバと、
前記光ファイバにポンプ光を出力するための少なくとも一つの光源と、
前記光信号と前記光源からの前記ポンプ光とを結合するための少なくとも一つの結合器を含むことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１４】
前記光源と前記光結合器は、前記入力端と前記出力端にそれぞれ一つずつ存在することを特徴とする請求項１３記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１５】
前記入力端の結合器の前端には、入力端から入力される光信号をそのまま通過させ、その逆方向に入力される光を遮断する第１アイソレータをさらに含み、
前記出力端の結合器の後端には、出力される光信号をそのまま通過させ、その逆方向に入力される光を遮断する第２アイソレータをさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ及びこれを用いた光ファイバ増幅器に係り、より具体的には、クラッドに希土類元素をドープして希土類元素による光信号増幅を行ない、光ファイバコア内の組成物質の非線形性を用いたラマン効果による光増幅を同時に発生させる光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光ファイバ増幅器として、エルビウム添加光ファイバ増幅器、ラマン現像を用いた非線形ラマン光増幅器、半導体光増幅器などが開発されている。この中でも、ラマン光増幅器とエルビウム添加光ファイバ増幅器は、高出力半導体レーザダイオードの発展に伴い、波長多重光通信システムで最も重要な増幅器として広く研究されてきた。
【０００３】
エルビウム添加光ファイバ増幅器は、主にＣバンド光増幅器として用いられているが、その構造を異にしてＬバンド光増幅器としての光増幅も可能である。ところが、ＣバンドとＬバンドを同時に増幅する方式は、Ｃバンド増幅器とＬバンド増幅器をそれぞれ並列に連結すればよいが、この際、使用される光素子が多く、全体的にその構造が多少複雑であるという問題点がある。
【０００４】
ラマン光ファイバ増幅器は、利得領域がポンピングの波長によって異なるため、エルビウム添加光増幅器が増幅不可能な帯域を増幅することが可能である。また、ラマン光ファイバ増幅器は、多波長ポンピングで利得帯域幅を１００ｎｍ以上拡張すことが可能であり、伝送媒体自体を増幅媒体として使用する分散型ラマン増幅器(distributed type Raman amplifier)は、信号対雑音比が大幅改善されるという効果もある。しかし、長い長さの増幅用非線形光ファイバ媒体が必要であり、所望の光利得を得るためにはお互い異なる波長のＣバンド光増幅用高出力半導体レーザとＬバンド光増幅用高出力半導体レーザが多数必要であるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたもので、その目的は、希土類元素による光信号増幅と非線形ラマン効果による光信号増幅が同時に発生するようにする光ファイバを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、希土類元素（例えば、エルビウム）のクラッド内の濃度による利得特性を分析し、希土類による増幅帯域とラマン増幅帯域を光ポンプパワーと光ファイバの長さを調節して最適の利得平坦化を得た光ファイバを提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、単純な構造を有する光ファイバ及びこれを用いた光ファイバ増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、希土類元素の第１元素がドープされたクラッドと、非線形ラマン現像を誘導するために第２元素が含まれたコアとを備え、前記コアに沿って進行するポンプ光は、前記クラッドの前記第１元素によって第１バンドに増幅され、前記第２元素によって第２バンドにラマン増幅される、光ファイバが提供される。
【０００９】
好ましくは、第１バンドと第２バンドはお互い同一または異なる帯域であり、前記第１元素は少なくとも前記コアに隣接した領域にドープされる。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、希土類元素の第１元素が添加された光ファイバと非線形ラマン増幅を誘発するための第２元素が添加された光ファイバをそれぞれ少なくとも一つずつ含んで直列組み合わせで連結され、前記コアに沿って進行する所定波長のポンプ光は、前記第１元素によって第１バンドに増幅され、第２元素によって第２バンドにラマン増幅される、光ファイバが提供される。
【００１１】
好ましくは、前記第１元素が添加された光ファイバはエルビウムが添加されたシリカ光ファイバであり、前記第２元素が添加された光ファイバはゲルマニウムが１０〜３０ｍｏｌ％添加されたシリカ光ファイバであり、前記ポンプ光は、エルビウムによってＣバンドに増幅され、ゲルマニウムによってＬバンドにラマン増幅される。
【００１２】
本発明の別の観点によれば、入力端から光信号の入力を受けて増幅して出力端へ伝達する光ファイバと、前記光ファイバにポンプ光を出力するための少なくとも一つの光源と、前記光信号と前記光源から出力される前記ポンプ光を結合させるための少なくとも一つの結合器を含む、ハイブリッド光ファイバ増幅器が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記光源と光結合器は、前記入力端と前記出力端にそれぞれ一つずつ存在する。
【００１４】
好ましくは、前記入力端の結合器の前端には、入力端から入力される光信号をそのまま通過させ、その逆方向に入力される光を遮断する第１アイソレータをさらに含み、前記出力端の結合器の後端には、出力される光信号をそのまま通過させ、その逆方向に入力される光を遮断する第２アイソレータをさらに含む。
【００１５】
本発明で使用された「光ファイバ」という用語は、その模様、媒質などを問わず、光を一定の方向に伝達する機能を行なうものであれば特に限定されない総称であって、光導波路、光導波管などを全て含む概念として理解されるべきである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、希土類元素による光信号増幅と非線形ラマン効果による光信号増幅が同時に発生するようにする光ファイバを提供することができ、広い利得帯域の光増幅器を実現することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、希土類をコアではなく隣接クラッドにドープすることにより、コアにおけるバックグラウンドの損失を軽減させることができるため、ラマン利得をさらに高めることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、従来から商業的に使用されてきたエルビウム添加光増幅器に比べてより簡単な構造でＣバンドとＬバンドを同時に増幅することが可能であり、従来のラマン増幅器がＣバンドとＬバンドを同時に増幅するために使用する高出力多波長ポンプレーザに比べて製作コストの面で競争力を持つことができる。
【００１９】
また、本発明によれば、従来から商業的に使用可能なエルビウム添加光ファイバと高濃度ゲルマニウム添加光ファイバをお互い連結して一つの波長にポンプする場合、容易にＣバンドとＬバンドを同時に増幅する光増幅器を実現することができ、容易に商用化することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例に係る光ファイバを説明する。但し、これらの実施例は様々な形に変形でき、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は当該技術分野で通常の知識を有する者に発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００２１】
図１は本発明の好適な実施例に係る光ファイバの概略構成図である。図１を参照すると、光ファイバ１は、クラッド２０と、クラッド２０の屈折率より大きい屈折率を有するコア１０とを含んでなり、クラッド２０には希土類元素の第１元素がドープされ、コア１０には非線形ラマン現象を誘導するために第２元素が含まれる。光ファイバの組成物はシリカ、テルライト、フルオリド、または硫化物系を用いることができる。好ましくは、第１元素（希土類元素）はエルビウム、イッテルビウム、プラセオジミウム、ネオジム、ホルミウム、ツリウムまたはジスプロシウムであり、ラマン増幅に使用される第２元素はガラスの組成を作るシリコン、ゲルマニウム、燐、硫黄、テルルまたはセレニウムである。また、第１元素及び第２元素それぞれは１種以上の元素を添加して用いることも可能である。
【００２２】
コア１０に沿って進行するポンプ光は、クラッド２０の第１元素によって第１バンドに増幅され、第２元素によって第２バンドにラマン増幅される。第１バンドと第２バンドはお互い同一または異なる帯域である。ポンプ光は、コア２０に沿って進行し、その光の消滅波(evanescent wave)によって、クラッド２０にドープされたエルビウムが励起される。コア２に沿って進行するポンプ光は、コア１０内のゲルマニウムによりラマン散乱が起こり、この波長帯域を通過する入力チャネルはラマン光増幅される。
【００２３】
例えば、シリカ元素を用いる光ファイバの場合、１４８０〜１５００ｎｍ帯域の波長にポンプし、第１元素としてはエルビウム、第２元素としてはゲルマニウムを用いて実現可能である。シリカ元素で光ファイバを製造し、コア部分にはゲルマニウム元素をドープし、クラッド部分にはエルビウム元素をドープする。この光ファイバはエルビウムによる光増幅でＣバンド（１５３０〜１５７０ｎｍ）を、ゲルマニウムの非線形ラマン増幅でＬバンド（１５７０〜１６１０ｎｍ）をそれぞれ増幅することができる。したがって、１５３０〜１６１０ｎｍの帯域が平坦化された光利得を得ることができる。この際、クラッド２０にはエルビウムを１０１５ｃｍ−３〜１０１７ｃｍ−３程度ドープし、コア１０にはゲルマニウムを１０〜３０ｍｏｌ％程度ドープする。
【００２４】
典型的なエルビウム添加光ファイバ増幅器は、Ｃバンド光信号を３０ｄＢ以上増幅するのに１０ｃｍ程度の光ファイバが必要となり、ラマン増幅器は、同一条件の光信号を増幅するのに数ｋｍ程度の光ファイバが必要となる。
【００２５】
したがって、前述した本発明のように、エルビウムによってＣバンドを増幅し、ラマン光利得によってＬバンドを増幅する光ファイバを構成する場合、ラマン光増幅をＬバンドで得るためには少なくとも数ｋｍの光ファイバ長が必要となる。したがって、シリカ光ファイバ内のエルビウムの濃度は同一長さの数ｋｍ内でＣバンド帯域光増幅を得なければならないので、その濃度を既存の一般的に使用されるエルビウム添加光ファイバの数百分の１程度（１０１５〜１０１７ｃｍ−３）でドープされるように実現することが好ましい。また、ゲルマニウム濃度が１０ｍｏｌ％〜３０ｍｏｌ％の間にあると、コアとクラッド間の屈折率差は０．０１５〜０．０３程度になり、１〜１０ｋｍの長さで十分ラマン光増幅を得ることができる。もし１．４９５μｍの波長で動作する高出力レーザダイオードでこの光ファイバをポンプすると、Ｃバンド内の光信号はクラッドのエルビウムによって光増幅され、エルビウムによって吸収されずに残ったポンプ光はコアで非線形現像によるラマン光増幅に用いられるため、Ｌバンドの光信号はポンプ光のラマン遷移に該当する１．５９μｍ帯域で光増幅が起こる。
【００２６】
一方、Ｃバンド帯域とＬバンド帯域にわたって得られる利得の大きさは、クラッド内のエルビウムの濃度とコア内のゲルマニウムの濃度、光ファイバの構造、光ファイバの長さ、光損失、ポンプパワーによって異なる。利得平坦化のために光ファイバの長さとポンプパワーを調節すると、５ｄＢ内で利得平坦化を得ることができる。したがって、光ファイバコア内の最適のエルビウム濃度はＣバンドとＬバンドとの間の平坦化利得を得るために最適の濃度値を持たなければならない。エルビウム濃度があまり大きくなると、全てのＣバンド光信号は励起されていないエルビウムイオンによって吸収され、Ｌバンド光信号はポンプ光のパワーが低くて増幅が起こらない。好ましくは、エルビウムはクラッドに１０１５〜１０１７ｃｍ−３の濃度範囲内でドープされる。エルビウムの濃度があまり低くなると、Ｌバンドの光信号がＣバンドの光信号に比べてさらに大きく増幅される。
【００２７】
一方、光ファイバの組成物がテルライトの場合、１４７０〜１５００ｎｍ帯域の単一波長にポンプすることができ、テルライトによる光増幅でＬバンド（１５７０〜１６１０ｎｍ）を、ゲルマニウムの非線形ラマン増幅でＵバンド（１６１０〜１７００ｎｍ）をそれぞれ増幅するように構成可能である。
【００２８】
他の例として、エルビウムによってＣバンドを増幅すると同時に、ラマンによってＣバンドを増幅することも可能である。この場合、Ｃバンド帯域の光信号は、より大きい利得を得ることができ、高い出力を得ることができる。この際、Ｃバンド帯域にＳＲＳ(stimulated Raman scattering)を起こすための光ポンピング波長は、１４３０〜１４５０ｎｍ帯域にあればよい。この場合、このポンプ波長に対してエルビウムの吸収があってエルビウムによる増幅も可能になる。
【００２９】
図２及び図３は図１の光ファイバの断面図の一例である。図２を参照すると、光ファイバ１の断面は、コア１０、クラッド２０、及びクラッド内の希土類元素である第１元素のドーピング領域２５を備える。コア１０に沿って進行するポンプ光は、コア１０内のゲルマニウムによりラマン散乱がポンプから１００ｎｍ程度離れたところで起こり、この波長地域を通過する入力チャネルはラマン光増幅される。希土類元素、例えばエルビウムのドーピング領域２５は、図２に示すように、コア１０と直ちに隣接しているクラッド２０領域にリングタイプを有することができる。
【００３０】
一方、このドーピング領域２５の位置に応じてエルビウムによる光増幅特性が非常に敏感に変わる。例えば、エルビウムドーピング領域２５がコアの中心にある場合、光ファイバの製造時、コア１０における光損失を大きくしてラマン光増幅特性を減衰させることができる。また、希土類元素による利得とラマンによる光利得を同一にするために、ラマン増幅のために必要な光ファイバの長さに該当するだけ希土類元素の濃度を低く保つことが好ましい。ところが、希土類元素をクラッド２０領域にドープさせると、ドーピングの際に発生する追加的な光損失がクラッド２０領域でなされるので、全体的に光損失を減らすことができ、エルビウムの濃度をコアにドープする場合よりやや大きくすることができるため、濃度調節の敏感度を多少減らすことができるという利点がある。
【００３１】
図２のドーピング領域２５は、コア１０に直ちに隣接してリングタイプに形成されており、その厚さＤは好ましくは１〜５μｍであり、クラッド２０にドープされる希土類元素の濃度は１０１５〜１０１７ｃｍ−３の範囲である。図２では、エルビウムのドーピング領域はコアに隣接したクラッド２０領域で表示されているが、クラッド２０全体にエルビウムをドープする場合も可能である。クラッド２０内の希土類ドーピング領域２５のドーピング濃度などは希土類による光増幅特性とラマンによる光増幅特性に密接に影響を及ぼす。
【００３２】
また、ドーピング領域２５がコアから離れた程度（図３のＡ）によって光増幅特性が敏感に変わり、光ファイバのバックグラウンドの損失値も変わる。図３のドーピング領域２５とコア１０は、距離Ａだけ離隔している。一方、ドーピング領域２５の屈折率は周辺のクラッド２０と同一にあるいは１０−３程度の誤差範囲をもって調節される。
【００３３】
図４は図１の光ファイバを用いた光ファイバ増幅器の概略構成図である。
【００３４】
光ファイバ増幅器１００は、第１及び第２アイソレータ１４０、１５０と、光ファイバ１１０と、第１及び第２結合器１２０、１３０と、第１及び第２光源１６０、１７０とを含んで構成される。
【００３５】
第１アイソレータ１４０は、光ファイバ増幅器に入力された光信号はそのまま通過させ、その逆方向に入力される光は遮断する役割を行い、第２アイソレータ１５０は、第２結合器１３０を介して入力された光は通過させ、逆方向に入力される光信号は遮断する役割を行う。第１及び第２アイソレータ１４０、１５０は、必ずしも含まれなければならない構成要素ではない。
【００３６】
光ファイバ１１０は、コアとクラッドを含んでなり、クラッドには希土類元素によって第１バンドに光増幅する第１元素が添加され、コアには非線形ラマン光増幅によって第２バンドに光増幅する第２元素が添加される。
【００３７】
第１及び第２光源１６０、１７０は、例えば１４８０〜１５００ｎｍ帯域の単一波長に光をポンプして光ファイバ１１０へ出力するレーザダイオードである。
【００３８】
第１結合器１２０は、第１アイソレータ１４０を通過して進行する光信号と第１光源１６０から出力された光とを結合して光ファイバ１１０に入力し、第２結合器１３０は、光信号は通過させ、第２光源１７０から入力される光は光ファイバ１１０に逆方向に入力する機能を行なう。
【００３９】
一方、本実施例では、光源とＷＤＭ結合器がそれぞれ２つずつ用いられる構造をもっているが、これに対する変形により光ファイバ１１０の両側のうち一方にのみ光源とＷＤＭ結合器をそれぞれ１つずつ採用する構造を持つように構成することも可能である。
【００４０】
（コンピュータシミュレーション）
次に、図４の光ファイバ増幅器のコンピュータシミュレーションを施した結果を説明する。コンピュータシミュレーションを施した構造は、光ファイバ５ｋｍを１．４９５μｍ波長のポンプレーザで両方向にポンプする。使用された光ファイバの長さはＣバンド光増幅器で使用される長さに比べて十分長く、分散型エルビウム添加型光ファイバ増幅器に比べては短い。コンピュータシミュレーションのために使用された光ファイバの変数は、コア直径５．２μｍ、遮断波長１．４１μｍと固定した。
【００４１】
そして、クラッド領域にはエルビウムがドープされているドーピング領域があり、コア領域に直ちに隣接してリングタイプでドープされており、その厚さは約２．６μｍとした。このような値はエルビウムによる光増幅特性とラマンによる光増幅特性に密接に影響を及ぼす。
【００４２】
また、エルビウムのドーピング領域がコアから離れた程度によって光増幅特性に敏感に変わり、光ファイバのバックグラウンド損失値も変わる。コアとクラッドの屈折率差は０．０１５である。この際、ラマン利得係数はゲルマニウムの濃度と有効コア断面積によって決定される。光ファイバのコアに隣接したクラッド内のエルビウム濃度はＣバンドとＬバンドとの間の平坦な利得を得るために最適の濃度値を持たなければならない。エルビウムの濃度があまり大きくなると、全てのＣバンド光信号は励起されていないエルビウムイオンによって吸収され、Ｌバンド光信号はポンプ光のパワーが低くて増幅が起こらない。エルビウムの濃度があまる低くなると、Ｌバンド光信号がＣバンド光信号に比べてさらに大きく増幅される。
【００４３】
コンピュータシミュレーションで使用された光ファイバのバックグラウンド損失は、現在、エルビウムをコアではないクラッドに入れて製作するため、エルビウム添加によるＯＨボンド(bond)に伴う損失の増加がクラッドで主になされるので、コアにドープする場合よりは全体光損失値が向上する。入力光信号源とポンプレーザダイオードは、ＷＤＭカプラによって、図４に示すように、光ファイバに連結された。また、ポンプレーザダイオードの波長は、Ｃバンド光増幅とＬバンドラマン光増幅を同時に行えるようにするため、最適の波長である１．４９５μｍと固定させた。
【００４４】
図５は図４の光増幅器構造のコンピュータシミュレーションで−２５ｄＢｍの均一入力光信号を入れたときの出力を波長軸に対して示すグラフである。使用されたポンプパワーは順方向・逆方向それぞれ４５０ｍＷであり、エルビウムの濃度は３×１０１６ｃｍ−３であり、ゲルマニウムの濃度は１０ｍｏｌ％であり、光ファイバの長さを変化させたときの利得の変化を計算した。この結果から分かるように、３つのピークが１．５３、１．５６、１．６０μｍで現れる。１番目のピークは、クラッドのエルビウムによる直接遷移ピークであり、３番目のピークは、ラマンによる利得ピークである。２番目のピークはエルビウムによって増幅された光信号がラマンによってさらに増加して発生したものである。光ファイバの長さを増加させる場合、その利得値は全体的に段々増加すると同時に、２番目のピークである１．５６μｍ帯域が段々増加している。
【００４５】
これは長い光ファイバの長さでポンプエネルギーの長さによる枯渇で低く反転されたエルビウムイオンの利得遷移によって起こる。したがって、光ファイバの長さを調節して２番目のピークを一番目のピークに合わせることが利得平坦化のために好ましい。言い換えれば、２番目のピークは、エルビウムイオンの光ファイバ内の数とも関係があるため（エエルビウムイオンが多ければ、利得遷移も短い長さで発生する）、光ファイバ内でエルビウムの濃度に応じて最適の光ファイバの長さを調節すればよい。
【００４６】
図６は図４の構造でポンプパワーを調節して得られた利得変化を示すグラフである。光ファイバの長さは４．５ｋｍと固定されており、エルビウムの濃度は３×１０１６ｃｍ−３であり、ゲルマニウムの濃度は１０ｍｏｌ％である。ポンプパワーを増加させるにつれて、ラマン利得の増加によって３番目のピーク（１．６０μｍ）が段々増加している。また、ポンプパワーの増加と共に２番目のピークも弱くラマン利得を得て増加している。したがって、２番目のピークは光ファイバの長さを調節することにより制御することができ、３番目のピークはポンプパワーを調節することにより１番目のピークに合わせることが可能である。
【００４７】
図７ａ及び図７ｂは図５の光ファイバ増幅器でクラッド内のエルビウムの濃度を変化させたときに最適の光ファイバの長さとポンピングエネルギーに対して利得レベル（Ｇａｉｎ）とノイズ特性（ＮＦ）を示すグラフである。
【００４８】
図７ａは、エルビウムドープト領域が、コアと直ちに隣接したクラッド、すなわちコアの中心から２．６〜５．２μｍまでの場合、エルビウムの濃度を変化させたときの結果である。エルビウムの濃度が８×１０１６ｃｍ−３のとき、最適の光ファイバの長さと両方向ポンプパワーは利得平坦化のためにそれぞれ２ｋｍと１．０９Ｗであった。この条件で、平均利得は３２ｄＢが、ノイズは５．５〜７．９ｄＢが得られた。光ファイバの全長にわたって吸収されずに残ったポンプパワーは２５０ｍＷである。このような高濃度のエルビウムが添加された光ファイバの場合、２番目のピークを１番目の大きさに合わせるために短い長さの光ファイバを使用しなければならず、それによる非線形ラマン利得の不足で３番目の大きさの利得平坦化のために高いパワーポンプが要求された。
【００４９】
エルビウムの濃度が３×１０１６ｃｍ−３であったとき、最適の光ファイバの長さとポンプパワーはそれぞれ４．８ｋｂと５１０ｍＷであり、平均利得は２４ｄＢ、ノイズは６．０〜８．５ｄＢの間にあった。吸収されずに残ったポンプパワーは６７ｍＷであった。低濃度エルビウム添加光ファイバの場合、長い光ファイバが使用されるため、少ないポンプパワーでも利得平坦化が得られる。結果として、高濃度エルビウム添加光ファイバは、高い利得と低いノイズ特性を有するが、要求されるポンプパワーが非常に高くて非効率的である。これに対し、低濃度エルビウム添加光ファイバはたとえ長い長さが要求されるが、低いポンプパワーを用いるために効率的である。ゲルマニウムの濃度をさらに調節すると、光ファイバの長さを効率的に減らすことができ、ポンプパワーも減少させることができて、より効率的な増幅器の構成が可能である。
【００５０】
図７ｂはエルビウムドープト領域が、コアと直ちに隣接したクラッドではなく、やや離れている場合、エルビウムの濃度に応じて最適の利得平坦化を得ることが可能な条件（ポンプパワー、光ファイバの長さ調節）で得られたコンピュータシミュレーション結果である。但し、図７ａ及び図７ｂは両方とも、エルビウムがドープされている断面積を同一にした。
【００５１】
図７ｂの場合、エルビウムドープト領域は、コアの中心から２．８〜５．３μｍであり、エルビウムの濃度を変化させたときの結果である。全体的に図７ａの場合より利得が小さく、ノイズが多少大きくなったことが分かる。但し、ここで、コンピュータシミュレーション結果は、図７ａと図７ｂの場合の両方とも、光ファイバのバックグラウンド損失を１．０ｄＢ／ｋｍにしたため（実際には両者の間には差異がある）、実際製作時の結果とやや異なる可能性がある。ところが、コアに直接エルビウムとゲルマニウムを同時に入れた場合、コアにおけるＯＨ ｌｏｓｓによる損失が大きく増加する反面、クラッドにエルビウムを入れて別に分離する場合、製作時の光損失を大きく減らすことができるという利点がある。
【００５２】
以上、分散型エルビウム−ゲルマニウム(distributed type Er-Ge)添加光ファイバとそれの光増幅器とそのコンピュータシミュレーション結果を説明した。本発明の他の実施例によれば、前述したように光ファイバ全体にエルビウムを弱く分布させてドープするのではなく、分布されたエルビウムをいずれか一方あるいは局部的に集めてその一部分にのみエルビウムドーピング濃度を大きくする場合も、前述と同様の結果を得ることができる。
【００５３】
例えば、２つの光ファイバの前端、光ファイバの中間または光ファイバの後端のコアにエルビウムが高濃度で（例えば、前述した実施例より１００倍以上の）添加された光ファイバと、１０〜２０ｍｏｌ％程度のゲルマニウムが添加された２つの光ファイバとを互いに連結して光増幅器を構成する場合、一波長のポンプ光源でＣバンドとＬバンドを同時に増幅することが可能である。
【００５４】
図８ａ〜図８ｃは、Ｅｒ添加光ファイバと高濃度Ｇｅ添加光ファイバをお互い直列に連結して光増幅器を構成し、一波長のポンピングソースでＣバンドとＬバンドを同時に増幅することが可能な光ファイバ構成の図式図である。図８ａはエルビウム添加光ファイバを光増幅器の前端に２５ｍ長さで構成し、 後端の高濃度Ｇｅ添加光ファイバ４ｋｍと直列連結した場合である。図８ｂはＧｅが高濃度でドープされた光ファイバ４ｋｍを前端に構成し、後端にエルビウム添加光ファイバ２５ｍを直列連結した場合である。図８ｃは高濃度Ｇｅ添加光ファイバ４ｋｍ中間にエルビウム添加光ファイバ２５ｍを連結して構成した場合である。このような光ファイバの組み合わせを図４の光増幅器の構造で、図面符号１１０に該当する光ファイバから構成すると、例えばＣバンドとＬバンドの同時増幅が可能である。
【００５５】
図９は図８の３つの光ファイバ構成に対して得られたコンピュータシミュレーションの結果である。光利得の場合、図８ａと図８ｃが殆ど同様であるが、図８ｂの場合はＣバンドの利得が多少小さかった。雑音指数の場合、図８ａの場合が最もよく、図８ｂの場合が最も低かった。図８ｃの場合は図８ａと図８ｂの中間程度の分布を示している。
【００５６】
以上、本発明を具体的な実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、本発明の技術的思想から逸脱することなく、当該技術分野で通常の知識を有する者によってその変形または改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の好適な実施例に係る光ファイバの概略構成図である。
【図２】図１の光ファイバの一例を示す断面図である。
【図３】図１の光ファイバの他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の好適な実施例に係る光ファイバ増幅器の概略構成図である。
【図５】本発明の好適な実施例に係る光ファイバ増幅器のコンピュータシミュレーションで光ファイバの長さを変化させたときの利得の変化を計算した結果を示すグラフである。
【図６】本発明の好適な実施例に係る光ファイバでポンプパワーを調節して得られた利得の変化を示すグラフである。
【図７ａ】図５の光ファイバ増幅器でクラッド内のエルビウム濃度を変化させたときに最適の光ファイバの長さとポンピングエネルギーに対して利得レベルとノイズの特性を示すグラフである。
【図７ｂ】図５の光ファイバ増幅器でクラッド内のエルビウム濃度を変化させたときに最適の光ファイバの長さとポンピングエネルギーに対して利得レベルとノイズの特性を示すグラフである。
【図８】エルビウム添加光ファイバとゲルマニウムドープト光ファイバをお互い直列に連結して光増幅器を構成し、一波長のポンピングソースでＣバンドとＬバンドを同時に増幅することが可能な光ファイバ構成の図式図である。
【図９】図８ａ〜図８ｃの３種の光ファイバの構成に対してコンピュータシミュレーションによって得られた利得と雑音指数（ノイズ）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０    コア
２０    区ランド
１００    光ファイバ増幅器
１１０    光ファイバ
１２０    第１結合器
１３０    第２結合器
１４０    第１アイソレータ
１５０    第２アイソレータ
１６０    第１光源
１７０    第２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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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