(57)【要約】【課題】特性の安定した光ファイバ増幅器を得る。【解決手段】前方より（１）励起光を入力し、短波長通過カプラ２により信号光と該励起光を合波する。ＥＤＦ３は、信号光を増幅させ、狭帯域カプラ４は、信号光と通過帯域内の励起光を合波する。分岐カプラ５は、入力された光をある比率に分岐する。本光ファイバ増幅器によれば、入力された光（１）を、所定の比率に分岐する分岐カプラ５と、信号光を増幅させるために励起光を出力する励起ＬＤ６とを有して構成される。これにより、波長多重伝送に適用される多波長一括増幅用光ファイバ増幅器において、入力信号数の変化においても雑音指数の劣化を防ぐ安定した光ファイバ増幅器を得ることができる。【選択図】　　　　図１
2004022905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方より励起光を入力し信号光と該励起光を合波するカプラである短波長通過カプラと、
前記信号光を増幅させるＥＤＦと、
前記信号光と通過帯域内の前記励起光とを合波するカプラである狭帯域カプラと、
入力された光を所定の比率に分岐する分岐カプラと、
前記信号光を増幅させるために前記励起光を出力する励起ＬＤとを有して構成されたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
前記励起ＬＤは、１．４８μｍ帯の励起光を出力するものであ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ＬＤは、電流値によって中心波長が変動することを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記ＥＤＦは、増幅媒体であるエルビウムを添加した光ファイバであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
高出力時と低出力時に前記ＥＤＦへ入力される前方励起と後方励起の比率を変え、高出力時の出力を劣化させることなく低出力時における励起パワー低下による雑音指数劣化の回避を図っていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
前記ＥＤＦに入力される前方側には前記短波長通過カプラを用い、後方側には前記狭帯域カプラを用いて励起波長を変化させることにより、励起パワーの前記比率を変化させていることを特徴とする請求項５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、光ファイバ増幅器に関し、たとえば、インターネット接続網において適用される光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ増幅器は、近年のインターネットの発展に伴い、ますます急増する通信需要に対応するため適用され、光波長多重技術（ＷＤＭ技術）が確立されてそれが実用化されようとしている。
【０００３】
波長多重伝送は、複数波長の信号光を波長領域で多重化して用いることにより、１本の光ファイバ伝送路の伝送容量を拡大する方式である。本方式では、波長帯域を拡大して多重化する信号光の数を増やすことにより伝送容量を容易に拡大することができる。このため、適用される光ファイバ増幅器にも、幅広い入力ダイナミックレンジにおいて低雑音であることが要求される。
【０００４】
図４は、従来の光ファイバ増幅器のシステム構成例を示す図である。また、図５は、図４に示したシステムの雑音指数の特性例を示す図である。図４を参照し、従来の動作例について説明する。図４および図５において、本システムへの光の入出力進行方向１、１を示し、光ファイバ増幅器は、短波長通過カプラ２、ＥＤＦ（エルビウム光ファイバ）３、狭帯域カプラ４、分岐カプラ５、および１．４８μｍ帯励起ＬＤ６の各部により構成される。
【０００５】
分岐カプラ５の分岐比は３ｄＢ、短波長通過カプラ２の励起光通過帯域は１４８５ｎｍ以下である。まず、信号数４０波の場合を考える。入力信号パワー−１６ｄＢｍ／ｃｈ、利得２０ｄＢ、出力信号パワー＋４ｄＢｍ／ｃｈであるので、トータル出力パワーは＋２０ｄＢｍである。この時１．４８μｍ帯励起ＬＤ６の出力は２２０ｍＷであり、ＥＤＦ３へ前方より１００ｍＷ、後方より１００ｍＷの励起光が入力され、高出力時の動作が確認できる。
【０００６】
次に、信号数１波の場合を考える。入力信号パワー−１６ｄＢｍ／ｃｈ、利得２０ｄＢ、出力信号パワー＋４ｄＢｍ／ｃｈ、であるので、トータル出力パワーは＋４ｄＢｍに低下する。この時１．４８μｍ帯励起ＬＤ６の出力も６６ｍＷに低下し、ＥＤＦ３へ前方より３０ｍＷ、後方より３０ｍＷの励起光が入力され、低出力時の動作が確認できる。
【０００７】
本発明と技術分野の類似する先願発明例１として、特開２００２−７６４８１号公報の「光直接増幅器及びその制御方法」がある。本先願発明例１では、レーザ光源から出射された励起光を一定の波長で波長分割し、長波長成分光と短波長成分光に分け、ＥＤＦに長波長成分光及び短波長成分光のうち一方を前方励起光として入力するとともに、他方を後方励起光として入力させている。また、レーザ光源の温度を制御することによって前方励起光の強度と後方励起光の強度との比率を変化させている。
【０００８】
先願発明例２としての特開平５−２２４２５４号公報の「光ファイバ増幅器」がある。本先願発明例２では、励起レーザより出射された励起光を任意の比率に分岐する可変光分岐器を備えている。本構成にて、用途に応じて可変光分岐器の分岐比率を変えることにより、任意に低雑音な光ファイバ増幅器もしくは高出力な光ファイバ増幅器を得る、としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術には、例えば、下記の問題点を伴う。
図５に、従来のＬバントにおける光ファイバ増幅器の雑音指数特性を示す。本従来技術においては、入力信号数が低下すると、光ファイバ増幅器の雑音指数の劣化が生じるという問題がある。
【００１０】
先願発明例１では、励起レーザの温度を制御することによって前方励起光の強度と後方励起光の強度との比率を変化させているとしている。また、励起光をある波長にて分割しなければならない。
【００１１】
先願発明例２において重要なのは、励起光を任意の比率に分岐する際、可変分岐器を用いていることである。一般的に光増幅動作をすると、例えば、入出力信号条件によって、少数チャンネル時には雑音指数が劣化する。そこで、励起レーザの発振スペクトルを温度制御することによって、ＥＤＦに入力される励起パワーの比率を前方と後方で変えている。あるいは、可変光分岐器を用いて励起パワーの比率を前方と後方で変えている。
【００１２】
本発明は、特性の安定した光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
より詳細には、本発明は、波長多重伝送に適用される多波長一括増幅用光ファイバ増幅器において、入力信号数の変化においても雑音指数の劣化を防ぐ安定した光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明の光ファイバ増幅器は、前方より励起光を入力し信号光と該励起光を合波するカプラである短波長通過カプラと、信号光を増幅させるＥＤＦと、信号光と通過帯域内の励起光とを合波するカプラである狭帯域カプラと、入力された光を所定の比率に分岐する分岐カプラと、信号光を増幅させるために励起光を出力する励起ＬＤとを有して構成されたことを特徴としている。
【００１４】
また、上記の励起ＬＤは、１．４８μｍ帯の励起光を出力するものであり、電流値によって中心波長が変動するとよい。
【００１５】
さらに、上記のＥＤＦは、増幅媒体であるエルビウムを添加した光ファイバであり、高出力時と低出力時にＥＤＦへ入力される前方励起と後方励起の比率を変え、高出力時の出力を劣化させることなく低出力時における励起パワー低下による雑音指数劣化の回避を図り、ＥＤＦに入力される前方側には短波長通過カプラを用い、後方側には狭帯域カプラを用いて励起波長を変化させることにより、励起パワーの比率を変化させているとよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による光ファイバ増幅器の実施の形態を詳細に説明する。図１から図３を参照すると、本発明の光ファイバ増幅器の一実施形態が示されている。
【００１７】
本発明における光ファイバ増幅器は、高出力時の出力を劣化させることなく低出力時における励起パワー低下による雑音指数劣化を回避するため、高出力時と低出力時にＥＤＦへ入力される前方励起と後方励起の比率を、電流制御または温度制御で励起波長を変化させて変えている。
【００１８】
図１において、ＥＤＦ３に入力される前方側には短波長通過カプラ２を用い、後方側には狭帯域カプラ４を用いて励起波長を変化させることにより、励起パワーの比率を変化させている。
【００１９】
（構成例）
図１を参照する。本発明による光ファイバ増幅器の構成例であり、実施例の光ファイバ増幅器のシステム構成例を示す。また、図２および図３は、その特性例を示している。図２は、実施形態の光ファイバ増幅器の短波長通過カプラの特性例を示す図である。図３は、実施形態の光ファイバ増幅器の雑音指数の特性例を示す図である。
【００２０】
図１を参照し、本実施例の構成例について説明する。図１において、光ファイバ増幅器は、短波長通過カプラ２、ＥＤＦ３、狭帯域カプラ４、分岐カプラ５、１．４８μｍ帯励起ＬＤ６、の各部により構成される。また、本システムへの入出力光進行方向１、１を示している。
【００２１】
ＥＤＦ３は、増幅媒体であるエルビウムを添加した光ファイバであり、信号光を増幅させるものである。なお、ＥＤＦ３の一例を以下に示す。このＥＤＦ３／ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；エルビウム光ファイバ増幅器）に関しては、例えば、下記のようなものである。
【００２２】
半導体レーザ励起のエルビウム光ファイバ増幅器で、光信号を光のまま直接増幅する。光の増幅媒体として、エルビウム（元素記号Ｅｒ）と呼ばれる元素をコア部に微量添加した特殊な光ファイバを用い、この光ファイバに励起光源（半導体レーザ）として供給されたエネルギーにより引き起こされた誘導放出現象により、原信号光が数百倍から数万倍まで増幅可能となる。
【００２３】
１．４８μｍ励起ＬＥＤ６は、信号光を増幅させるために１．４８μｍ帯の励起光を出力するものであり、電流値によって中心波長が変動する。
分岐カプラ５は、入力された光をある比率に分岐するものである。
ＥＤＦ３の前方より励起光を入力する短波長通過カプラ２は、信号光と励起光を合波するカプラである。
狭帯域カプラ４は、信号光と通過帯域内の励起光を合波するカプラである。
【００２４】
（動作例）
図１の動作について、図面を参照して説明する。分岐カプラ５の分岐比は３ｄＢ、短波長通過カプラ２の励起光通過帯域は１４８５ｎｍ以下、狭帯域カプラ４の励起光通過帯域は１４７３．５〜１４８５ｎｍである。
まず、信号数４０波の場合を考える。入力信号パワー−１６ｄＢｍ／ｃｈ、利得２０ｄＢ、出力信号パワー＋４ｄＢｍ／ｃｈ、であるので、トータル出力パワーは＋２０ｄＢｍである。この時、１．４８μｍ帯励起ＬＤ６の出力は２２０ｍＷであり、駆動電流７００ｍＡ、中心波長１４８０ｎｍであった。
【００２５】
図２を参照する。短波長通過カプラ２及び狭帯域カプラ４の励起光通過帯域より励起光は損失しないので、ＥＤＦ３へ前方より１００ｍＷ、後方より１００ｍＷの励起光が入力され、高出力時の動作が確認できる。次に、信号数１波の場合を考える。入力信号パワー−１６ｄＢｍ／ｃｈ、利得２０ｄＢ、出力信号パワー＋４ｄＢｍ／ｃｈであるので、トータル出力パワーは＋４ｄＢｍに低下する。
【００２６】
この時、１．４８μｍ帯励起ＬＤ６の出力も１１０ｍＷに低下し、それに伴い駆動電流も３５０ｍＡまで低下する。励起ＬＤ６の中心波長は、駆動電流が１００ｍＡ変化する毎に２ｎｍ変動する。このため、信号数１波時の励起中心波長は１４７３ｎｍである。短波長通過カプラ２では励起光は損失しないが、狭帯域カプラ４の励起光通過帯域より励起光の損失が生じ、ＥＤＦ３へ前方より５０ｍＷ、後方より１５ｍＷの励起光が入力され、低出力時の動作が確認できる。
【００２７】
図３に、本発明の光ファイバ増幅器の雑音指数特性を示す。信号数が変化しても、前方励起と後方励起の励起パワーの比率を変えることで雑音指数の劣化を回避している。
【００２８】
本実施例においては、励起波長１．４８μｍ帯を適用しているが、本発明は励起波長０．９８μｍ帯を用いても可能である。
本実施例により得られる効果は、信号出力の変化によっても光ファイバ増幅器の雑音指数が劣化しないということである。その理由は、前方励起と後方励起の励起パワーの比率を変えることで雑音指数の劣化を回避しているためである。
【００２９】
（他の実施例）
本発明の他の実施例について説明する。入力信号数が変化した場合に、１．４８μｍ帯励起ＬＤ６の温度を調整し、励起光の中心波長を調整する。この構成においては、入力信号数が少なくなると励起ＬＤ６の温度を下げる必要がある。本実施例においては、励起波長１．４８μｍ帯を適用しているが、本発明は励起波長０．９８μｍ帯を用いても可能である。
【００３０】
上に例示した二つの先願発明例１および２の方法では、何らかの制御（温度を変える、分岐比率比を変える）が必要になる。これに対し、本願発明では、ＥＤＦに前方および後方より入力される励起パワーの比率を、励起レーザの温度を制御し変化させるのではなく、また、任意の比率に分岐する可変光分岐器を用いていない。
【００３１】
一般に、励起光と信号光を合波させる際に用いる波長合波器（ＷＤＭカプラ）の帯域を、使用する励起レーザの電流対出力パワー特性から求め、ＡＭＰ出力パワーが大きい時にはＥＤＦに入力される励起パワーも大きく、ＡＭＰ出力パワーが小さい時にはＥＤＦに入力される励起パワーも小さく、且つ、ＥＤＦに前方より励起パワーが入力される前方励起に比重を置いて、雑音指数劣化を防ぐ励起方式になっている。
【００３２】
ここで重要なのは、ＥＤＦに励起光が入力される後方ＷＤＭカプラの波長帯域を決めることによって何の制御をすることもなく、通常通りの励起方法を用いても特性劣化が防げることである。
【００３３】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の光ファイバ増幅器は、前方より励起光を入力し信号光と該励起光を短波長通過カプラで合波し、ＥＤＦで信号光を増幅させ、狭帯域カプラで信号光と通過帯域内の励起光を合波し、分岐カプラで入力された光を所定の比率に分岐し、励起ＬＤが信号光を増幅させるために励起光を出力している。この前方励起と後方励起の励起パワーの比率を変えることで、信号出力の変化によっても光ファイバ増幅器の雑音指数の劣化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ増幅器の実施形態のシステム構成例を示す図である。
【図２】実施形態の光ファイバ増幅器の短波長通過カプラの特性例を示す図である。
【図３】実施形態の光ファイバ増幅器の雑音指数の特性例を示す図である。
【図４】従来の光ファイバ増幅器のシステム構成例を示す図である。
【図５】従来のシステムの雑音指数の特性例を示す図である。
【符号の説明】
２　短波長通過カプラ
３　ＥＤＦ
４　狭帯域カプラ
５　分岐カプラ
６　１．４８μｍ帯励起ＬＤ
【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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