(57)【要約】【課題】パワー変換効率を維持しながら増幅用光ファイバの短尺化を図って信号劣化を低減する。【解決手段】励起光を出力する励起光源３，５と、前記励起光によって信号光を増幅して出力するＥｒが添加された増幅用光ファイバとしてのＥＤＦ２とを備える光増幅装置１において、ＥＤＦ２の両側に、前記ＥＤＦよりもＥｒの濃度が高い高濃度のＥＤＦ９，１０を接続し、ＥＤＦ２および高濃度ＥＤＦ９，１０によって必要な濃度条長積を得るようにし、全体としてのＥＤＦの長さを従来よりも短くしている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出力する励起光源と、前記励起光によって信号光を増幅して出力する希土類元素が添加された増幅用光ファイバとを備える光増幅装置において、
前記増幅用光ファイバの前記励起光が入力される側に、前記増幅用光ファイバよりも前記希土類元素の濃度が高い高濃度増幅用光ファイバを接続し、該高濃度増幅用光ファイバを介して、前記励起光を前記増幅用光ファイバに入力することを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記信号光の波長帯域がＬ−バンドであり、前記希土類元素がＥｒである請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記高濃度増幅用光ファイバのＥｒ濃度が、Ｃ−バンドにおいて、濃度消光が生じる濃度以上の高濃度である請求項２記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記増幅用光ファイバと前記高濃度増幅用光ファイバとが、溶融着接続される請求項１〜３のいずれかに記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記高濃度増幅用光ファイバが、前記増幅用光ファイバの両側にそれぞれ接続され、前方励起用および後方励起用の各励起光源からの励起光が、各高濃度増幅用光ファイバを介して前記増幅用光ファイバに入力される請求項１〜４のいずれかに記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信などに用いられる光信号を増幅する光増幅装置に関し、更に詳しくは、Ｌ−バンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅するのに好適な光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を増幅する光増幅装置として、エルビウム（Ｅｒｂｉｕｍ）を添加した光ファイバ（ＥＤＦ）を用いたＥＤＦＡ（ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）があり、光ファイバ通信の大容量化に伴って広帯域化が望まれており、従来のＣ−バンド（１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）だけでなく、Ｌバンド（１５６０ｎｍ〜１６００ｎｍ）用のＥＤＦＡも実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｌバンド用のＥＤＦＡは、単位長さ当たりの利得が小さいために、必要な利得を得るためには、長尺のＥＤＦを用いる必要があり、長尺であるために、分散や非線形光学効果などに起因する信号劣化が問題となっている。また、ＥＤＦ長の短尺化のためにＥｒ濃度を濃くすることが考えられるが、Ｅｒ濃度を濃くした場合に１０００ｐｐｍ以上になると、増幅効率の劣化が生じてしまう。
【０００４】
本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、パワー変換効率を劣化させることなく、増幅用光ファイバの短尺化を図って信号劣化を低減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【０００６】
すなわち、本発明の光増幅装置は、励起光を出力する励起光源と、前記励起光によって信号光を増幅して出力する希土類元素が添加された増幅用光ファイバとを備える光増幅装置において、前記増幅用光ファイバの前記励起光が入力される側に、前記増幅用光ファイバよりも前記希土類元素の濃度が高い高濃度増幅用光ファイバを接続し、該高濃度増幅用光ファイバを介して、前記励起光を前記増幅用光ファイバに入力するものである。
【０００７】
本発明によれば、増幅用光ファイバの励起光の入力側に、希土類元素の濃度が高い高濃度増幅用光ファイバを接続したので、増幅用光ファイバと高濃度増幅用光ファイバとによって、必要な濃度条長積を得ればよく、増幅用光ファイバのみで必要な濃度条長積を得る従来の増幅用光ファイバの長さに比べて、本発明の高濃度増幅用光ファイバと増幅用光ファイバとを合わせた全体の長さを短くすることができ、これによって、分散や非線形光学効果などに起因する信号劣化を抑制できる。
【０００８】
本発明の一実施態様においては、前記信号光の波長帯域がＬ−バンドであり、前記希土類元素がＥｒである。
【０００９】
本発明によれば、単位長さ当たりの利得が小さいために長尺であるＬ−バンド用のＥＤＦＡにおいて、高濃度増幅用光ファイバを設けることによって、光増幅器に含まれるＥＤＦを短くして、または、設計上必要となるＥＤＦのトータル長を短くして信号劣化を抑制することができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記高濃度増幅用光ファイバのＥｒ濃度が、Ｃ−バンドにおいて、濃度消光が生じる濃度以上の高濃度である。
【００１１】
本発明によれば、高濃度増幅用光ファイバのＥｒ濃度が、Ｃ−バンドにおいて、濃度消光が生じる濃度、例えば、１０００ｐｐｍ以上の高濃度であっても、短尺かつＬ−バンドの信号光に対しては、パワー変換効率の劣化が少ないので、高濃度増幅用光ファイバの濃度条長積を選択することによって、パワー変換効率を劣化させることなく、ＥＤＦを短くできる。
【００１２】
なお、高濃度増幅用光ファイバの濃度条長積は、Ｌ―バンドにおいて、従来のＥＤＦとほぼ等しいパワー変換効率が得られる濃度条長積とするのが好ましい。
【００１３】
本発明の他の実施態様においては、前記増幅用光ファイバと前記高濃度増幅用光ファイバとが、溶融着接続されるものである。
【００１４】
本発明によれば、増幅用光ファイバと高濃度増幅用光ファイバとが溶融着接続されるので、低損失で安定な接続が得られる。
【００１５】
本発明の更に他の実施態様においては、前記高濃度増幅用光ファイバが、前記増幅用光ファイバの両側にそれぞれ接続され、前方励起用および後方励起用の各励起光源からの励起光が、各高濃度増幅用光ファイバを介して前記増幅用光ファイバに入力されるものである。
【００１６】
本発明によれば、前方および後方の双方向励起の各励起光源からの励起光がそれぞれ入力される増幅用光ファイバの両側に、高濃度増幅用光ファイバをそれぞれ接続したので、増幅用光ファイバとその両側の高濃度増幅用光ファイバとによって、必要な濃度条長積を得るようにすればよく、増幅用光ファイバと二つ高濃度増幅用光ファイバとを合わせた全体としての長さを、従来例に比べて一層短くすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る光増幅装置１の全体構成を示す図である。
【００１９】
この実施の形態の光増幅装置１は、Ｌ−バンド用の光増幅装置であり、増幅用光ファイバ２に対して信号光と同一方向から励起光を入射するための前方励起用の第１の励起光源３および第１の光合波器４を備えるとともに、信号光と逆方向から励起光を入射するための後方励起用の第２の励起光源５および第２の光合波器６を備える双方向励起型となっており、信号光の入力側および出力側には、それぞれ第１，第２のアイソレータ７，８が設けられている。
【００２０】
増幅用光ファイバ２は、例えば、エルビウム（Ｅｒ）ドープ光ファイバ（ＥＤＦ）であり、そのＥｒの濃度は、従来と同様の通常の濃度、例えば、１０００ｐｐｍ以下の濃度、この例では、９４０ｐｐｍである。第１，第２の励起光源３，５は、例えば、１．４８μｍの励起用レーザーダイオードである。
【００２１】
この実施の形態では、パワー変換効率を劣化させることなく、当該光増幅装置１のＥＤＦの短尺化を図って分散や非線形光学効果などによる信号の劣化を低減するものである。
【００２２】
ここで、実施の形態の詳細な説明に先立って本発明の概要について説明する。
【００２３】
本件発明者らは、増幅波長帯域Ｃ−バンドにおいては、濃度消光が生じてパワー変換効率が劣化してしまうようなＥｒの濃度、例えば、１０００ｐｐｍよりも高濃度にしても、Ｌ−バンドにおいては、パワー変換効率の劣化が少なく、特に、ＥＤＦの長さが短く、励起パワーが比較的大きい場合には、パワー変換効率が、Ｅｒ濃度が１０００ｐｐｍ以下の従来のＥＤＦとほぼ等しいという知見を得た。
【００２４】
以下、これについて、Ｅｒ濃度が、３６５０、４５００、１００００ｐｐｍの高濃度ＥＤＦおよび９４０ｐｐｍの従来（通常）のＥＤＦを具体例として、詳細に説明する。
【００２５】
図２および図３は、信号波長が１５５０ｎｍのＣ−バンドおよび信号波長が１６００ｎｍのＬ−バンドにおけるＥＤＦの濃度条長積（Ｅｒ濃度とファイバ長の積）（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｅｎｇｔｈ　ｐｒｏｄｕｃｔ）とパワー変換効率（Ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）との関係をそれぞれ示す特性図である。これらの図においては、信号パワーは＋５ｄＢｍ、励起パワーは１８５ｍＷである。
【００２６】
図２に示されるように、Ｃ−バンドにおいては、高濃度のＥＤＦのパワー変換効率は、従来のＥＤＦに比べて低くなっていることが分かる。
【００２７】
これに対して、図３に示されるように、Ｌバンドにおいては、高濃度のＥＤＦおよび従来のＥＤＦのパワー変換効率は、濃度条長積５ｋｐｐｍ・ｍにおいては、ほぼ等しくなっている。すなわち、高濃度のＥＤＦでは、その長さが短い場合には、従来のＥＤＦと比べて、パワー変換効率の大きな劣化がないことが分かる。
【００２８】
図４〜図７は、Ｌ−バンドにおいて、濃度条長積が、５、１０、２０、３０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率（Ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と励起パワー（Ｐｕｍｐ　ｐｏｗｅｒ）との関係を示し、また、表１〜３には、Ｅｒ濃度が、３６５０、４５００、１００００ｐｐｍの高濃度ＥＤＦと従来のＥＤＦとのパワー変換効率の差を、濃度条長積および励起パワーを変化させた場合についてそれぞれ示している。なお、このときの信号パワーは、＋５ｄＢｍである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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励起パワーが小さくなるにつれて、また、Ｅｒ濃度および濃度条長積が大きくなるにつれて、高濃度ＥＤＦと従来のＥＤＦとのパワー変換効率の差が大きくなっている。しかし、濃度条長積５ｋｐｐｍ・ｍ以下では、励起パワーが１２０ｍＷ以上であれば、いずれの高濃度ＥＤＦにおいてもパワー変換効率の差は、２％以下となっている。
【００３２】
図８〜図１１は、Ｌ−バンドにおいて、濃度条長積が、５、１０、２０、３０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率（Ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と信号パワー（Ｓｉｇｎａｌ　ｐｏｗｅｒ）との関係をそれぞ示している。このときの励起パワーは、１８５ｍＷである。
【００３３】
濃度条長積が、５ｋｐｐｍ・ｍの場合、すなわち、図８の場合には、全てのＥＤＦの特性がほぼ一直線上に重なっている。このことから信号パワーに対する依存性は、小さいと考えられる。濃度条長積が、１０ｋｐｐｍ・ｍ以上では、Ｅｒ濃度３６５０ｐｐｍのＥＤＦを除いて、従来のＥＤＦよりもパワー変換効率が低くなっているが、形状は類似している。
【００３４】
以上のように、Ｌ−バンドにおいて、高濃度のＥＤＦは、その長さが短く、励起パワーが比較的大きい場合には、パワー変換効率が従来のＥＤＦとほぼ等しい。
【００３５】
そこで、本発明では、比較的低濃度の従来のＥＤＦの励起光が入射される部分に、高濃度のＥＤＦを接続することで、必要とされる濃度条長積を、従来のＥＤＦと高濃度ＥＤＦとで得るように構成し、これによって、比較的低濃度の従来のＥＤＦのみで必要な濃度条長積を得る従来例に比べて、全体としてのＥＤＦの長さを短くするものである。
【００３６】
すなわち、この実施の形態では、図１に示されるように、比較的低濃度の従来の増幅用光ファイバ２の両端Ａ，Ｂには、増幅用光ファイバ２よりもＥｒ濃度が高い、例えば、１００００ｐｐｍの高濃度のＥＤＦからなる高濃度増幅用光ファイバ９，１０を、溶融着接続しており、両高濃度増幅用光ファイバ９，１０を介して励起光を、従来と同様の低濃度の増幅用光ファイバ２に入射させるようにしている。
【００３７】
ここで、高濃度増幅用光ファイバ９，１０のＥｒ濃度は、増幅波長帯域Ｃ−バンドにおいては、濃度消光が生じてパワー変換効率が劣化してしまうようなＥｒの濃度、例えば、１０００ｐｐｍよりも高濃度であることが好ましい。
【００３８】
また、高濃度増幅用光ファイバ９，１０の濃度条長積は、上述の図３に示されるように、従来のＥＤＦのパワー変換効率とほぼ等しい５ｋｐｐｍ・ｍ以下にするのが好ましいが、パワー変換効率を多少犠牲にしても信号劣化を抑制する場合には、例えば、５ｋｐｐｍ・ｍを越えてもよい。
【００３９】
さらに、濃度条長積５ｋｐｐｍ・ｍ以下では、励起パワーが１２０ｍＷ以上であれば、上述のように、高濃度ＥＤＦと従来のＥＤＦのパワー変換効率の差が小さいので、励起パワーは、１２０ｍＷ以上であるのが好ましい。
【００４０】
従来では、比較的低濃度、例えば、９４０ｐｐｍのＥＤＦのみによって必要な濃度条長積を得る必要があり、ＥＤＦの濃度条長積が、例えば、６０ｋｐｐｍ・ｍ必要であるとすると、ＥＤＦの長さは、６３．８ｍ必要である。
【００４１】
これに対して、この実施の形態では、Ｅｒ濃度が９４０ｐｐｍのＥＤＦである従来と同様の比較的低濃度の増幅用光ファイバ２と、その両側のＥｒ濃度が１００００ｐｐｍの高濃度増幅用光ファイバ９，１０とによって、必要な濃度条長積６０ｋｐｐｍ・ｍを得ればよく、各高濃度増幅用光ファイバ９，１０の濃度条長積を、例えば、５ｋｐｐｍ・ｍとすると、両側の高濃度増幅用光ファイバ９，１０の長さが、それぞれ０．５ｍ、増幅用光ファイバ２の長さが、５３．２ｍとなって、全体のＥＤＦの長さは、５４．２ｍとなり、従来の６３．８ｍに比べて、大幅に短くできる。
【００４２】
このように、従来に比べて、Ｌ−バンドＥＤＦＡにおけるＥＤＦの短尺化を図ることができるので、分散や非線形光学効果などの信号劣化を抑制することができる。
【００４３】
また、この実施の形態では、高濃度増幅用光ファイバ９，１０を、増幅用光ファイバ２に対して、溶融着接続しているので、コア径や非屈折率差を低損失で溶融着接続できるように設計しておくことによって、増幅用光ファイバ２および高濃度増幅用光ファイバ９，１０内での損失が低減でき、増幅効率や雑音特性が向上する。
【００４４】
上述の実施の形態では、パワー変換効率を、従来と等しくするように、増幅用光ファイバ２および高濃度増幅用光ファイバ９，１０の長さを選定したけれども、増幅用光ファイバの短尺化に重点を置く場合には、高濃度増幅用光ファイバ９，１０を長くし、パワー変換効率を犠牲にすることによって、一層の短尺化を図るようにしてもよい。
【００４５】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、双方向励起型の光増幅装置に適用して説明したけれども、本発明は、前方励起型または後方励起型のいずれの光増幅装置にも適用できるものであり、増幅用光ファイバの励起光が入力される側に、高濃度増幅用光ファイバを接続すればよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、増幅用光ファイバの励起光の入力側に、前記増幅用光ファイバよりも希土類元素の濃度が高い高濃度増幅用光ファイバを接続したので、増幅用光ファイバと高濃度増幅用光ファイバとによって、必要な濃度条長積を得ればよく、増幅用光ファイバのみで必要な濃度条長積を得る従来例に比べて、増幅用光ファイバの長さを短くすることができ、これによって、分散や非線形光学効果などの信号劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る光増幅装置の構成図である。
【図２】信号波長が１５５０ｎｍのＣ−バンドにおけるＥＤＦの濃度条長積とパワー変換効率との関係を示す特性図である。
【図３】信号波長が１６００ｎｍのＬ−バンドにおけるＥＤＦの濃度条長積とパワー変換効率との関係を示す特性図である。
【図４】濃度条長積が、５ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と励起パワーとの関係を示す特性図である。
【図５】濃度条長積が、１０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と励起パワーとの関係を示す特性図である。
【図６】濃度条長積が、２０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と励起パワーとの関係を示す特性図である。
【図７】濃度条長積が、３０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と励起パワーとの関係を示す特性図である。
【図８】濃度条長積が、５ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と信号パワーとの関係を示す特性図である。
【図９】濃度条長積が、１０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と信号パワーとの関係を示す特性図である。
【図１０】濃度条長積が、２０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と信号パワーとの関係を示す特性図である。
【図１１】濃度条長積が、３０ｋｐｐｍ・ｍのときのパワー変換効率と信号パワーとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
２　　　　　　増幅用光ファイバ
３，５　　　　第１，第２の励起光源
４，６　　　　第１，第２の光合波器
９，１０　　　第１，第２の高濃度増幅用光ファイバ
【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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【図１１】
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