(57)【要約】【課題】簡単な構成によりＡＳＥ光を除去する光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】光増幅装置１０は、ＥＤＦ１４よりも出力側に、励起光が入力されない光ファイバ型フィルタ１７を備える。光ファイバ型フィルタ１７は、コアに３準位レーザ系の元素がドープされている。【選択図】図１
2004349410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定波長の励起光を発する励起光源と、該励起光源からの励起光が入力される希土類元素ドープファイバと、を備え、該励起光源からの励起光が該希土類元素ドープファイバの希土類元素の電子を励起させて該希土類元素ドープファイバに入力された信号光を誘導放出により増幅するように構成された光増幅装置であって、
上記希土類元素ドープファイバの出力光が入力される光ファイバ型フィルタをさらに備え、
上記光ファイバ型フィルタは、コアに３準位レーザ系の元素がドープされていることを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載された光増幅装置において、
上記３準位レーザ系の元素がエルビウムであることを特徴とする光増幅装置。
【請求項３】
希土類元素ドープファイバに入力して誘導放出により増幅した信号光を、コアに３準位レーザ系の元素がドープされ、且つ、該３準位レーザ系の元素の電子を励起させる励起光が入力されない光ファイバ型フィルタを介して伝送させることを特徴とする信号光の伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅装置及び信号光の伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長の異なる複数の信号を１本の光ファイバで同時に伝送する波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方法が採用され、それによって光信号の伝送容量の拡大が図られている。このＷＤＭ伝送方法では、Ｃ−バンド帯域（１５３０−１５６５ｎｍ）及びＬ−バンド帯域（１５６５−１６２５ｎｍ）の信号光が利用されており、これらの帯域での光信号の増幅には、コアにエルビウム（Ｅｒ）をドープした光ファイバ（以下、「ＥＤＦ」という）を増幅媒体とした光増幅装置（以下、「ＥＤＦＡ」という）が一般に用いられている。
【０００３】
ところで、ＥＤＦＡを用いてＬ−バンド帯域の信号光を増幅すると、Ｃ−バンド帯域の自然放出光（以下、「ＡＳＥ光」という）が発生してしまう。
【０００４】
ＡＳＥ光は、通信システムなどにおいては雑音であるため、ＥＤＦの出力光から除去されることが望ましい。非特許文献１には、ＡＳＥ光を除去する手段として、ＥＤＦの出力側に、エタロンフィルタ等の多層膜フィルタやファイバグレーティングなどの光フィルタを設けることが開示されている。
【０００５】
【非特許文献１】
著者  須藤  昭一  、発行名  エルビウム添加光ファイバ増幅器、発行国  日本、発行所（株）オプトロクニクス社、発行年月日  平成１１年１１月２１日、ｐ．１５３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光フィルタを用いてＡＳＥ光を除去する場合、光フィルタ内部で反射が生じるおそれがあり、それが通信システムなどに悪影響をもたらす危険性がある。
【０００７】
また、光フィルタは、損失を自在に設定することができないことから設計が困難であるのに加え、作製に際しては窯で焼く必要があることなどのために長時間を要する。従って、光フィルタの製造には、多大なコスト及び時間がかかる。
【０００８】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成によりＡＳＥ光を除去する光ファイバ増幅器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の光増幅装置は、一定波長の励起光を発する励起光源と、該励起光源からの励起光が入力される希土類元素ドープファイバと、を備え、該励起光源からの励起光が該希土類元素ドープファイバの希土類元素の電子を励起させて該希土類元素ドープファイバに入力された信号光を誘導放出により増幅するように構成された光増幅装置であり、上記希土類元素ドープファイバの出力光が入力される光ファイバ型フィルタをさらに備え、上記光ファイバ型フィルタは、コアに３準位レーザ系の元素がドープされていることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、希土類元素ドープファイバに入力して誘導放出により増幅された信号光は、コアに３準位レーザ系の元素がドープされ、且つ、３準位レーザ系の元素の電子を励起させる励起光が入力されない光ファイバ型フィルタを介して伝送される。このとき、光ファイバ型フィルタでは、コアにドープされた元素によって光が吸収される。図５は、コアにエルビウムをドープした光ファイバ型フィルタに、波長範囲が７００〜１７００ｎｍの光を入力した際の損失スペクトルを示す。図５より、この光ファイバ型フィルタでは、１５３０ｎｍ付近の光の損失量が非常に大きく、１５７０ｎｍよりも長波長側の光はほとんど損失されないことがわかる。よって、この光ファイバ型フィルタは、Ｃ−バンド帯域の光は吸収するが、Ｌ−バンド帯域の光は吸収しない。従って、希土類元素ドープファイバの後段に光ファイバ型フィルタが接続された簡易な構成であるものの、光ファイバ型フィルタに入力された希土類元素ドープファイバの出力光のうち吸収の大きなＣ−バンド帯域のＡＳＥ光が吸収されて除去される。
【００１１】
具体的には、例えば、希土類元素ドープファイバがＥＤＦである場合、ＥＤＦに信号光を入力すると、Ｌ−バンド帯域の信号光は増幅されるが、Ｃ−バンド帯域のＡＳＥ光が発生する。ＡＳＥ光は、通信システムでは雑音となるため、除去されることが望ましい。上記のように、３準位レーザ系の元素をコアにドープした光ファイバ型フィルタは、Ｃ−バンド帯域の光を吸収するため、ＥＤＦで増幅された信号光を光ファイバ型フィルタに入力すると、Ｌ−バンド帯域の信号光は透過し、ＡＳＥ光は吸収される。従って、本発明の光増幅装置からの出力光、すなわち、本発明の光伝送方法を用いて伝送される信号光に含まれるＡＳＥ光が低く抑えられる。
【００１２】
また、光ファイバ型フィルタ内の希土類元素の濃度及びファイバ長を調整すると、ＡＳＥ光の損失を変更することができる。光ファイバ型フィルタ内の希土類元素の濃度が増加する、または、光ファイバ型フィルタが長尺化すると、ＡＳＥ光の損失は増加する。逆に光ファイバ型フィルタ内の希土類元素の濃度が減少する、または、光ファイバ型フィルタが短尺化すると、ＡＳＥ光の損失は減少する。従って、光ファイバ型フィルタを、希土類元素の濃度及びファイバ長の異なる光ファイバ型フィルタと交換すると、ＡＳＥ光の損失を変更することができる。
【００１３】
また、光ファイバ型フィルタの希土類元素の濃度を増加させた場合、ＡＳＥ光の吸収特性を維持しつつもファイバ長の短尺化を図ることができ、しかも、光ファイバ型フィルタは、光ファイバであるため束ねることができ、狭いスペースに収容することができる。その結果、光増幅装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１４】
なお、ここで、３準位レーザ系の元素とは、誘導放出現象に関与するエネルギー準位を３つ持つ元素を意味し、レーザ下準位と基底状態が一致しているのが特徴である。具体的には、３準位レーザ系の元素の電子は、励起光により基底状態から高励起状態へ励起され、その後、高励起状態からレーザ上準位へ無輻射遷移し、レーザ上準位から誘導放出過程を経てレーザ下準位、すなわち、基底状態へもどる。３準位レーザ系の具体的な元素としては例えばエルビウムを挙げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る光増幅装置１０を示す。
【００１７】
この光増幅装置１０は、信号入力端１１から信号出力端１９に向かって、ＷＤＭ信号光の伝搬路が構成され、信号入力端１１側から順に第１アイソレーター１２、第１ＷＤＭカプラ１３、ＥＤＦ１４、第２ＷＤＭカプラ１５、第２アイソレーター１６、光ファイバ型フィルタ１７及びＴａｐカプラ１８が光信号パスを介して直列に接続されている。また、第１ＷＤＭカプラ１３には、励起光源としてレーザーダイオード（以下、「励起ＬＤ」という）１３ａが光信号パスを介して接続されている。さらに、Ｔａｐカプラ１８には、フォトダイオード１８ａが光信号パスを介して接続されている。
【００１８】
第１及び第２アイソレーター１２，１６は、光が信号入力端側１１へと逆向きに伝搬されるのを阻止する。
【００１９】
第１ＷＤＭカプラ１３は、励起ＬＤ１３ａからの励起光と信号入力端１１からのＷＤＭ信号光とを合波する。
【００２０】
励起ＬＤ１３ａは、ＥＤＦ１４のエルビウムの電子を励起状態にする波長０．９８μｍあるいは１．４８μｍのレーザー光を発する。
【００２１】
ＥＤＦ１４は、コアにエルビウムがドープされた光ファイバであり、励起光によりエルビウムの電子が励起されると誘導放出により光を増幅する。
【００２２】
第２ＷＤＭカプラ１５は、励起ＬＤ１３ａからの励起光が光ファイバ型フィルタ１７へ入力することを阻止する。
【００２３】
光ファイバ型フィルタ１７は、エルビウムがドープされた光ファイバであるが、第２ＷＤＭカプラ１５により、エルビウムの電子を励起状態にするような励起光が入力されず、そのため、Ｃ−バンド帯域の光を選択的に吸収する光フィルタとして機能する。
【００２４】
Ｔａｐカプラ１８は、光ファイバ型フィルタ１７からの出力光を信号出力端１９とフォトダイオード１８ａとに分波する。
【００２５】
フォトダイオード１８ａは、Ｔａｐカプラ１８からの出力光の一部を電気信号に変換し、その電気信号をモニタ装置に送る。
【００２６】
この光増幅装置１０では、信号入力端１１からＬ−バンド帯域の信号光を含む信号光が入力される。
【００２７】
信号入力端１１からの信号光は、第１アイソレーター１２を介して第１ＷＤＭカプラ１３に入力される。一方、第１ＷＤＭカプラ１３には、励起ＬＤ１３ａからの励起光が入力される。そして、第１ＷＤＭカプラ１３で、ＷＤＭ信号光と励起光が合波される。
【００２８】
第１ＷＤＭカプラ１３からの信号光と励起光との合波は、ＥＤＦ１４に入力される。このとき、励起光によってＥＤＦ１４内のエルビウムの電子が励起状態となって反転分布状態となり、そこに信号光が併せて入力されることにより励起状態の電子が刺激されて基底状態に遷移し、そのとき信号光と同波且つ同位相の光が放出されることにより、結果として、信号光が増幅される。すなわち、誘導放出により信号光が増幅される。
【００２９】
ＥＤＦ１４からの出力光は、第２ＷＤＭカプラ１５へ入力される。ＥＤＦ１４内のエルビウムの電子は、励起光により過渡的且つ瞬間的に励起されるため、励起光が入力した直後に励起状態となり、その後すぐに、無輻射遷移過程、誘導放出過程を経て基底状態へ戻り、また励起光により励起状態となり、以下同一の過程を繰り返す。このとき、ＥＤＦ１４を透過してしまう励起光が存在する虞がある。そこで、第２ＷＤＭカプラ１５は、このような励起に使われなかった励起光を分波して、第２アイソレーター１６に入力されることを阻止する。
【００３０】
第２アイソレーター１６からの出力光は、光ファイバ型フィルタ１７に入力される。このとき、第２アイソレーター１６からの出力光には、Ｌ−バンド帯域の信号光とＣ−バンド帯域のＡＳＥ光とが含まれる。しかしながら、光ファイバ型フィルタ１７には、コアに３準位系のエルビウムがドープされており、また、エルビウムがＣ−バンド帯域の光を吸収するため、Ｌ−バンド帯域の信号光は透過し、ＡＳＥ光は吸収される。
【００３１】
光ファイバ型フィルタ１７からの出力光は、Ｔａｐカプラ１８を介して信号出力端１９から出力される。このとき、Ｔａｐカプラ１８への入力光の一部がフォトダイオード１８ａへ入力され、電気信号に変換され、モニタ装置に入力される。
【００３２】
なお、第１及び第２アイソレーター１２，１６は、光が信号入力端１１へと逆向きに伝搬されることを阻止するとともに、発振を抑止することにより、効率がよく且つ大きな利得を得ることができる。
【００３３】
以上の光増幅装置１０によれば、ＥＤＦ１４に入力して誘導放出により増幅された信号光が、コアにエルビウムがドープされ、且つ、エルビウムを励起させる励起光が入力されない光ファイバ型フィルタ１７を介して伝送される。このとき、光ファイバ型フィルタ１７では、エルビウムの電子を励起するために必要なエネルギーと等しいエネルギーを持つ光、つまり、Ｃ−バンド帯域の光が吸収される。従って、ＥＤＦ１４の後段に光ファイバ型フィルタが接続された簡易な構成であるものの、光ファイが型フィルタ１７に入力されたＥＤＦ１４の出力光のうちＣ−バンド帯域のＡＳＥ光が吸収されて除去されることとなる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、光増幅装置１０は前方向励起型としたが、特にこれに限定されるものではなく、光増幅装置１０は、後方向励起型のものであっても、また、双方向励起型のものであってもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、光ファイバ型フィルタ１７の実用例として、コアにエルビウムをドープした光ファイバ型フィルタを挙げたが、特にこれに限定されるものではなく、上記のように３準位レーザ系の元素をドープした他の光ファイバ型フィルタを用いることもできる。
【００３６】
【実施例】
次に、具体的に実施した実験例について説明する。
【００３７】
（実験）
＜実験例１＞
上記実施形態と同様の構成の光増幅装置と、そのものと光ファイバ型フィルタを有さないことを除いて同一構成の光増幅装置と、を準備し、それぞれにＷＤＭ信号光を入力して出力光をモニタした。
【００３８】
図２は信号光の増幅スペクトルを示す。なお、図２の破線が、光ファイバ型フィルタを有さない光増幅装置のものの結果を示し、実線が、光ファイバ型フィルタを有するものの結果を示す。
【００３９】
図２より、光ファイバ型フィルタを有さない光増幅装置では、ＥＤＦにより増幅された信号光がＣ−バンド帯域にＡＳＥ光を含んだまま出力されているのに対し、光ファイバ型フィルタを有する光増幅装置では、Ｌ−バンド帯域の信号光は影響を受けずにＣ−バンド帯域のＡＳＥ光が吸収されて除去されているのが分かる。
【００４０】
＜実験例２＞
エルビウムの濃度が５４０ｐｐｍの光ファイバ型フィルタに、波長１５５０ｎｍ、パワー１０ｄＢｍの信号光を入力したときの挿入損失、つまり、ＡＳＥ光の吸収性能を、光ファイバ型フィルタのファイバ長を１０〜１００ｍの範囲で変量して調べた。
【００４１】
図３は、光ファイバ型フィルタのファイバ長と挿入損失との関係を示す。ここで、パワーとは、入力光の波長あたりのパワーを意味する。
【００４２】
図３より、光ファイバ型フィルタのエルビウムの濃度及び入力パワーが一定の場合、光ファイバ型フィルタが長尺化するに従って挿入損失が大きくなることが分かる。特に、ファイバ長が７０ｍ以上において、その傾向が著しくなっている。
【００４３】
＜実験例３＞
ファイバ長が７０ｍで、エルビウムの濃度が５４０ｐｐｍの光ファイバ型フィルタに６〜１１．４ｄＢｍの範囲で９水準のパワーの入力光を入力し、それぞれの挿入損失の波長依存性を調べた。
【００４４】
図４は、光ファイバ型フィルタへの入力光の波長と挿入損失との関係を示す。
【００４５】
図４より、全体的な傾向として、Ｃ−バンド帯域の挿入損失が大きいことが分かる。また、光ファイバ型フィルタへの入力光のパワーが小さい程、大きな挿入損失が得られることが分かる。
【００４６】
また、図を示していないが、エルビウムの濃度が３０００ｐｐｍである光ファイバ型フィルタを用いた場合、ファイバ長が１０ｍ程度の光ファイバ型フィルタを用いると、図４と同等のＡＳＥ光の損失を得ることができた。
【００４７】
なお、実験例１〜３で用いた信号光は、単色の信号光であってもＷＤＭ信号光であっても構わない。
【００４８】
また、実験例１〜３で用いた光ファイバ型フィルタのエルビウムの濃度は、制限を設けられていないが、実用的には３０００ｐｐｍ以下である。
【００４９】
（考察）
上記実験例１〜３より、光ファイバ型フィルタは、Ｃ−バンド帯域に存在するＡＳＥ光を除去することができることが分かる。
【００５０】
また、上記実験例２及び３より、光ファイバ型フィルタによるＡＳＥ光の吸収特性は、エルビウムの濃度及びファイバ長に一意的に定まるため自在に設定可能であることが分かる。従って、光ファイバ型フィルタの製造に際しては、簡易にＡＳＥ光の吸収特性の設定等を行うことができ、コスト及び時間がかからない。
【００５１】
さらに、上記実験例２より、光ファイバ型フィルタのエルビウムの濃度を増加させれば、ＡＳＥ光の吸収特性を低下させることなくファイバ長を短尺化することができ、光増幅装置のコンパクト化を図ることができることが分かる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明品の光ファイバ増幅装置は、簡単な構成によりＡＳＥ光を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】信号光の波長と信号光の光出力との関係を示すグラフ図である。
【図３】ＡＳＥ光の損失と光ファイバ型フィルタのファイバ長との関係を示すグラフ図である。
【図４】入力光の波長とＡＳＥ光の損失との関係を示すグラフ図である。
【図５】入力光の波長と入力光の損失との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０  光増幅装置
１１  信号光入力端
１２  第１アイソレーター
１３  第１ＷＤＭカプラ
１３ａ  励起ＬＤ
１４  ＥＤＦ
１５  第２ＷＤＭカプラ
１６  第２アイソレーター
１７  光ファイバ型フィルタ
１８  Ｔａｐカプラ
１８ａ  フォトダイオード
１９  信号光出力端
【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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