(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、第１偏波面を有する直線偏光については、ポートａから入力された光をポートｂへ、ポートｂから入力された光をポートａへそれぞれ透過し、前記第１偏波面に垂直な第２偏波面を有する直線偏光については、ポートｂから入力された光をポートｃへ、ポートｃから入力された光をポートｂへそれぞれ透過する第１の光カプラのポートｂと、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、前記第１偏波面を有する直線偏光については、ポートｂから入力された光をポートｃへ、ポートｃから入力された光をポートｂへそれぞれ透過し、前記第２偏波面を有する直線偏光については、ポートａから入力された光をポートｂへ、ポートｂから入力された光をポートａへそれぞれ透過する第２の光カプラのポートｂとを、励起光源に接続された希土類添加光ファイバを介して接続し、
前記第１の光カプラのポートｃと前記第２の光カプラのポートａとを接続してなる光増幅器であって、
前記第１の光カプラのポートａから入力され、前記第１の光カプラのポートｂと前記第２の光カプラのポートｂとを通過した後に前記第２の光カプラのポートｃから出力される信号光の偏波面と、前記第１の光カプラのポートｂから入力され前記第１の光カプラのポートｃから出力された後に前記第２の光カプラのポートａから入力され前記第２の光カプラのポートｂから出力されるレーザ発振光の偏波面とを互いに垂直としたことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記第１の光カプラと前記第２の光カプラとが偏波保持型光カプラであり、前記希土類添加光ファイバは偏波保持型光ファイバに希土類元素が添加された光ファイバであり、前記第１の光カプラと前記第２の光カプラとを接続する光ファイバは偏波保持型光ファイバであり、前記第１の光カプラと前記第２の光カプラの各ポートの入出力部に接続される光ファイバは偏波保持型光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記第１の光カプラと前記第２の光カプラのいずれか少なくとも一方は、２本以上の偏波保持型光ファイバを融着延伸してなる融着延伸型光カプラであることを特徴とする請求項１又は２記載の光増幅器。
【請求項４】
前記第１の光カプラと前記第２の光カプラのいずれか少なくとも一方は、フィルタ型光カプラであることを特徴とする請求項１又は２記載の光増幅器。
【請求項５】
前記第１の光カプラのポートｃと前記第２の光カプラのポートａとの間に、光減衰器と、特定の波長の光のみを透過する波長選択素子とを設けたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の光増幅器。
【請求項６】
前記第１の光カプラのポートｃと前記第２の光カプラのポートａとの間に、透過軸の回転が可能な偏光子と、特定の波長の光のみを透過する波長選択素子を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の光増幅器。
【請求項７】
前記第１の光カプラのポートｃと前記第２の光カプラのポートａとの間に、光アイソレータを設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の光増幅器。
【請求項８】
前記希土類添加光ファイバの励起は、励起光を信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する前方向励起、励起光を信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する後方向励起、または励起光を信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する双方向励起のいずれかによるものであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の光増幅器。
【請求項９】
前記希土類添加光ファイバで得られる利得を等化するための利得等化器を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に関し、特に、利得を一定に保つことができ、広い波長帯域の光を増幅することができる、高性能で安価な光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類添加光ファイバを増幅媒体とする光増幅器は、高利得、低雑音を実現できる光増幅器として広く光通信システムにおいて使用されている。
この光増幅器は、波長多重された信号光を一括して増幅することができる広帯域性を有しているため、光増幅器を用いた波長多重通信システムが開発されている。
この波長多重通信システムでは、あるチャンネルに障害が発生した場合や、システム運用中に波長多重数が変わる場合に、光増幅器への全入力光パワーが変化することがある。
光増幅器の信号利得は、増幅媒体の反転分布量に依存し、この反転分布量は入力光パワーに依存するため、入力光パワーが変化すると、光増幅器の信号利得が変化する。一方、光通信システムは、所定の利得を想定して設計されており、光増幅器の信号利得が変化すると、信号が正しく伝送されない事態を生じる。そのため、入力光パワーが変化しても、利得を一定に保つことが必要となる。
このような利得の安定を目的とした光増幅器として、レーザ発振を起すための光共振回路を光増幅器の信号ラインに併設して、レーザ発振光のパワーと信号光のパワーとのバランスをとり、入力信号光のパワーが変化しても、レーザ発振光のパワーが同時に変化するようにして光増幅器の利得を保持するタイプの光増幅器（以下「利得クランプ型光増幅器」と略記する）が、特開２０００−１２９３６号公報や特開２０００−２９４８６０号公報において開示されている。
【０００３】
図９に、この利得クランプ型光増幅器の第１の従来例を示す。
図９中、符号１は光伝送路であり、この光伝送路１は、第１の光ファイバグレーティング８ａの一端に接続されている。この第１の光ファイバグレーティング８ａの他端は励起光合波用カプラ３の一方の入力ポートに接続され、この励起光合波用カプラ３の他方の入力ポートには、レーザダイオードなどの励起光源４が接続されている。
励起光合波用カプラ３の出力ポートは、増幅媒体である希土類添加光ファイバ、例えばエルビウム添加光ファイバ（以下「ＥＤＦ」と略記する）５の一端に接続され、ＥＤＦ５の他端は光減衰器、例えば可変光アッテネータ７の一端に接続されている。この可変光アッテネータ７の他端は第２の光ファイバグレーティング８ｂの一端に接続され、第２の光ファイバグレーティング８ｂの他端は光伝送路１に接続されている。
【０００４】
この利得クランプ型光増幅器においては、励起光合波用カプラ３を介して励起光源４からの励起光が信号光と合波されてＥＤＦ５に入力されて光増幅される。第１、第２の光ファイバグレーティング８ａ、８ｂは特定の波長の光を反射する特性を有するため、この２つの光ファイバグレーティング８ａ、８ｂによって光共振器が形成され、この光共振器内に光増幅器が含まれた構成となっている。従って、光増幅器の利得が光共振器の共振器損失と等しくなると、レーザ発振が起こる。光共振器の共振器損失の調整は、可変光アッテネータ７の光減衰量を調整することにより行われる。
このレーザ発振状態では、光増幅器の利得は光共振器の損失値に保たれる。発振閾値以上の励起光パワーは、反転分布の増加、すなわち信号利得の増加ではなく、レーザ発振光パワーの増加に消費される。この状態の光増幅器に対して信号光を入力すると、信号光パワーが変化しても信号利得は一定に保たれる。すなわち、入力信号光パワーの変化は、レーザ発振光パワーを変化させるように作用し、信号利得は光共振器損失とつりあった値に保たれる。従って、この状態の光増幅器に対して信号光を入射すると、入力された信号光が変化しても信号利得は一定に保たれる。
この構成の光増幅器では、レーザ発振光に対しては共振特性を有し、増幅したい信号光はＥＤＦで増幅されて光増幅器を透過するようになっている。
【０００５】
しかし、この利得クランプ型光増幅器の第１の従来例では、信号光の波長がレーザ発振光の波長と同じ場合には、信号光も光ファイバグレーティングによって反射されてしまうため、増幅された信号光を出力することができない。そのため、信号光の波長と、光ファイバグレーティングの反射波長とが異なっていることが必要となる。
しかも、光ファイバグレーティングの反射波長はある程度の帯域幅を有しているため、信号光の波長が光ファイバグレーティングの反射波長近傍の波長である場合にも、増幅信号光は光ファイバグレーティングによって大きな損失を受け、光増幅器として機能しない。
さらに、可変光アッテネータが信号光ライン上に設けられ、この可変光アッテネータ挿入損失を調整してレーザ発振光のパワーを調整するために、この挿入損失が信号光に対しても損失を与えるので、信号光の増幅作用に悪影響を及ぼす。
【０００６】
次に、光カプラを用いてリング共振器を形成した利得クランプ型光増幅器の第２の従来例を図１０に示す。
図１０中、符号１は光伝送路であり、この光伝送路１は、第１の光カプラ２ａのポートａに接続されている。この第１の光カプラ２ａのポートｂは励起光合波用カプラ３の一方の入力ポートに接続され、この励起光合波用カプラ３の他方の入力ポートには、レーザダイオードなどの励起光源４が接続されている。励起光合波用カプラ３の出力ポートは、増幅媒体である希土類添加光ファイバ、例えばＥＤＦ５の一端に接続され、ＥＤＦ５の他端は第２の光カプラ２ｂのポートｂに接続されている。
第１の光カプラ２ａのポートｃは、光減衰器、例えば光アッテネータ７を介して第２の光カプラ２ｂのポートａに接続されている。この第２の光カプラ２ｂのポートｃは光伝送路１に接続されている。この第１、第２の光カプラはＷＤＭカプラが用いられている。
【０００７】
図１０において、２つの光カプラ２ａ、２ｂを用いてリング共振器が形成されている。このリング共振器において、図中の矢印Ａに示すように、第２の光カプラ２ｂのポートｂを発した光はＥＤＦ５、励起光合波用カプラ３、第１の光カプラ２ａのポートｂ−ｃ間、光減衰器７、第２の光カプラ２ｂのポートａ―ｂ間を経て再び第２の光カプラ２ｂのポートｂへ戻る。
また、図中の矢印Ｂに示すように、第１の光カプラ２ａのポートｂを発した光は、励起光合波用カプラ３、ＥＤＦ５、第２の光カプラ２ｂのポートｂ―ａ間、光減衰器７、第１の光カプラ２ａのポートｃ−ｂ間を経て再び第１の光カプラ２ａのポートｂへ戻る。
このリング共振器内には励起されたＥＤＦ５が含まれているため、レーザ発振が起こる。従って、この構成の光増幅器は、利得クランプ型光増幅器として動作する。
【０００８】
ここで用いられている光カプラはＷＤＭカプラであるため、信号光の波長がレーザ発振光の波長と異なる場合には、信号光は第１の光カプラ２ａのポートａから入力され、第１の光カプラ２ａのポートａ−ｂ間を経てＥＤＦ５で増幅された後、第２の光カプラ２ｂのポートポートｂ−ｃ間を経て第２の光カプラ２ｂのポートｃから出力される。
しかし、信号光の波長がレーザ発振光の波長と同じ場合には、第１、第２の光カプラで信号光とレーザ発振光とを分離できず、信号光は光カプラによって大きな損失を受ける。さらに、光カプラの透過帯域にはある帯域幅があるため、信号光の波長がレーザ発振光の波長の近傍にある場合にも、信号光は光カプラによって損失を受ける。
このように、信号光の波長がレーザ発振光の波長と同一または近傍である場合には光増幅器として機能せず、波長多重通信システム用の光増幅器として広い波長帯域にわたって信号光を増幅したい場合に不都合を生じる。
このような問題点を改善した利得クランプ型光増幅器の第３の従来例を図１１に示す。
【０００９】
図１１中、符号１は光伝送路であり、この光伝送路１は、第１の光サーキュレータ９ａのポートａに接続されている。この第１の光サーキュレータ９ａのポートｂは励起光合波用カプラ３の一方の入力ポートに接続され、この励起光合波用カプラ３の他方の入力ポートには、レーザダイオードなどの励起光源４が接続されている。励起光合波用カプラ３の出力ポートは、増幅媒体であるＥＤＦ５の一端に接続され、ＥＤＦ５の他端は第２の光サーキュレータ９ｂのポートｂに接続されている。
第１の光サーキュレータ９ａのポートｃは、バンドパスフィルタ６と可変アッテネータ７とを介して第２の光サーキュレータ９ｂのポートａに接続されている。この第２の光サーキュレータ９ｂのポートｃは光伝送路１に接続されている。
第１の光サーキュレータ９ａは、ポートａから入力された光はポートｂへ、ポートｂから入力された光はポートｃへそれぞれ透過する特性を持つ。同様に、第２の光サーキュレータ９ｂは、ポートａから入力された光はポートｂへ、ポートｂから入力された光はポートｃへそれぞれ透過する特性を持つ。
第１の光サーキュレータ９ａのポートｃと第２の光サーキュレータ９ｂのポートａとをつなぐ光ファイバ上には、レーザ発振光のみを選択的に透過する波長選択素子であるバンドパスフィルタ６が挿入されている。
【００１０】
この従来例では、２つの光サーキュレータを用いてリング共振器が形成されている。このリング共振器内においては、レーザ発振光は図１１中の矢印で示した方向に周回する。すなわち、第２の光サーキュレータ９ｂのポートｂを発したレーザ発振光は、ＥＤＦ５、励起光合波用カプラ３、第１の光サーキュレータ９ａのポートｂ−ｃ間、バンドパスフィルタ６、光減衰器７、第２の光サーキュレータ９ｂのポートａ―ｂ間を経て再び第２の光サーキュレータ９ｂのポートｂへ戻る。
このリング共振器内には励起されたＥＤＦ５が含まれているため、レーザ発振が起こる。このリング共振器中に、レーザ発振光のみを透過するバンドパスフィルタ６が挿入されているため、このリング共振器はバンドパスフィルタ６で選択された波長のレーザ発振光に対してのみ形成される。
信号光は第１の光サーキュレータ９ａのポートａから入力され、第１の光サーキュレータ９ａのポートａ−ｂ間を経てＥＤＦ５を透過した後、第２の光サーキュレータ９ｂのポートｂ−ｃ間を経て、第２の光サーキュレータ９ｂのポートｃから出力される。
このようにして、この構成の光増幅器は、利得クランプ型光増幅器として動作する。この光増幅器では、光サーキュレータを用いて光分岐を行うことで、信号光波長がレーザ発振波長と同じまたは近傍であっても、増幅された信号光が光サーキュレータを介して出力されるため、信号光の波長にかかわりなく光増幅器として機能することが可能となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した利得クランプ型光増幅器の第３の従来例においては、光共振器を構成するため光分岐部品として光サーキュレータを必要とし、この光サーキュレータを、ＥＤＦの信号光入力側及びＥＤＦの信号光出力側に配置している。
利得クランプ型光増幅器においては、ＥＤＦの信号光入力側の挿入損失によって雑音指数が影響を受け、ＥＤＦの信号光出力側の挿入損失によって信号光出力が影響を受ける。ここで、雑音指数とは、信号利得と、ＥＤＦで発生する自然放出光パワーとの比で表されるものであり、信号利得に対して自然放出光パワーが小さいほど雑音指数は小さくなる。
光サーキュレータは挿入損失が大きいため、ＥＤＦの信号光入力側の光サーキュレータの挿入損失によって雑音指数が悪化し、ＥＤＦの信号光出力側の光サーキュレータの挿入損失によって信号光出力が低下するため励起光パワーを大きくすることが必要となる。このように、光サーキュレータを使用した場合には、雑音指数の悪化と、励起効率の低下が問題となっていた。
また、光サーキュレータは高価であるため、光サーキュレータを２つ用いて光増幅器を構成すると、光増幅器が高価なものとなることも問題であった。
このような光サーキュレータの挿入損失による問題点は、クランプ型の偏波保持型光増幅器を構成する場合にも同様であり、光サーキュレータを偏波保持型にするとさらに高価になる。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、利得クランプ型光増幅器を偏波保持型光増幅器において実現し、広い波長帯域にわたって信号光を増幅でき、挿入損失が小さく、安価な光増幅器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、第１偏波面を有する直線偏光については、ポートａから入力された光をポートｂへ、ポートｂから入力された光をポートａへそれぞれ透過し、前記第１偏波面に垂直な第２偏波面を有する直線偏光については、ポートｂから入力された光をポートｃへ、ポートｃから入力された光をポートｂへそれぞれ透過する第１の光カプラのポートｂと、３つのポートａ、ｂ、ｃを備え、前記第１偏波面を有する直線偏光については、ポートｂから入力された光をポートｃへ、ポートｃから入力された光をポートｂへそれぞれ透過し、前記第２偏波面を有する直線偏光については、ポートａから入力された光をポートｂへ、ポートｂから入力された光をポートａへそれぞれ透過する第２の光カプラのポートｂとを、励起光源に接続された希土類添加光ファイバを介して接続し、第１の光カプラのポートｃと第２の光カプラのポートａとを接続してなる光増幅器であって、第１の光カプラのポートａから入力され、第１の光カプラのポートｂと第２の光カプラのポートｂを通過した後第２の光カプラのポートｃから出力される信号光の偏波面と、第１の光カプラのポートｂから入力され第１の光カプラのポートｃから出力された後に第２の光カプラのポートａから入力され第２の光カプラのポートｂから出力されるレーザ発振光の偏波面とを互いに垂直としたことを特徴とする光増幅器である。このように信号光の偏波面とレーザ発振光の偏波面とを互いに垂直とすることで、信号光とレーザ発振光の波長が同じ波長帯であっても、利得を一定に保った光増幅ができる。請求項２記載の発明は、請求項１記載の光増幅器において、第１の光カプラと第２の光カプラとが偏波保持型光カプラであり、希土類添加光ファイバは偏波保持型光ファイバに希土類元素が添加された光ファイバであり、第１の光カプラと第２の光カプラとを接続する光ファイバは偏波保持型光ファイバであり、第１の光カプラと第２の光カプラの各ポートの入出力部に接続される光ファイバは偏波保持型光ファイバであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の光増幅器において、光カプラと第２の光カプラのいずれか少なくとも一方は、２本以上の偏波保持型光ファイバを融着延伸してなる融着延伸型光カプラであることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の光増幅器において、光カプラと第２の光カプラのいずれか少なくとも一方は、フィルタ型光カプラであることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の光増幅器において、光カプラのポートｃと第２の光カプラのポートａとの間に、光減衰器と、特定の波長の光のみを透過する波長選択素子を設けたことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の光増幅器において、光カプラのポートｃと第２の光カプラのポートａとの間に、透過軸の回転が可能な偏光子と、特定の波長の光のみを透過する波長選択素子を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６記載の光増幅器において、光カプラのポートｃと第２の光カプラのポートａとの間に、光アイソレータを設けたことを特徴とする。これにより、第２の光カプラ２ｂのポートａからポートｃにレーザ発振光が漏れることを防止でき、レーザ発振光が信号光に対する雑音となることを抑制することができる。
請求項８記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の光増幅器において、添加光ファイバの励起は、励起光を信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する前方向励起、励起光を信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する後方向励起、または励起光を信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する双方向励起のいずれかによるものであることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の光増幅器において、ファイバから得られるの増幅光の利得を等化するための利得等化器を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明の光増幅器の第１の例を示す。
図１中、符号１は光伝送路であり、この光伝送路１は、第１の光カプラ２ａのポートａに接続されている。この第１の光カプラ２ａのポートｂは励起光合波用カプラ３の一方の入力ポートに接続され、この励起光合波用カプラ３の他方の入力ポートには、レーザダイオードなどの励起光源４が接続されている。励起光合波用カプラ３の出力ポートは、増幅媒体である希土類添加光ファイバ、例えばＥＤＦ５の一端に接続され、ＥＤＦ５の他端は第２の光カプラ２ｂのポートｂに接続されている。
第１の光カプラ２ａのポートｃは、特定の波長の光のみを透過する波長選択素子６と光減衰器７とを介して第２の光カプラ２ｂのポートａに接続されている。この第２の光カプラ２ｂのポートｃは光伝送路１に接続されている。波長選択素子６の一例としてバンドパスフィルタが用いられる。
【００１６】
第１、第２の光カプラ２ａ、２ｂとして、偏波保持型光カプラが用いられる。この偏波保持型光カプラは２本以上の偏波保持光ファイバを融着延伸してなる融着延伸型光カプラでもよく、フィルタ型の光カプラであってもよい。
ＥＤＦ５は、ＰＡＮＤＡファイバ等の偏波保持型光ファイバに希土類元素が添加されて形成されている。また、第１の光カプラ２ａと第２の光カプラ２ｂとを接続する光ファイバは偏波保持型光ファイバであり、第１の光カプラ２ａと第２の光カプラ２ｂの各ポートの入出力部に接続される光ファイバも偏波保持型光ファイバである。
第１の光カプラ２ａのポートｃと第２の光カプラ２ｂのポートａの間に接続される光減衰器７として、可変光アッテネータが用いられる他、偏光子を用いることもできる。
【００１７】
次に、この例の光増幅器の動作について説明する。
第１の光カプラ２ａは偏波保持型光カプラであり、例えば、ポートａからＹ軸方向の直線偏光を入射し、ポートｃからＸ軸方向の直線偏光を入射すると、ポートｂからはＹ軸方向とＸ軸方向の両偏光が合波されて出力される特性を持つ。
第２の光カプラ２ｂも、第１の光カプラ２ａと同様に偏波保持型カプラである。このＸ軸方向の偏光とＹ軸方向の偏光について、図２を用いて説明する。
図２中、２０は偏波保持型光ファイバの一例であるＰＡＮＤＡファイバであり、光ファイバの長手方向に対する断面を示している。２１はコア、２２はクラッド、２３は応力付与部である。この偏波保持型光ファイバ２０を伝搬する光のうち、２つの応力付与部２３を結ぶ方向は伝搬速度が遅く、スロー軸又はＸ軸と呼ばれる。一方、このスロー軸に対して垂直な方向は伝搬速度が速く、ファスト軸又はＹ軸と呼ばれる。
【００１８】
図１において、第１の光カプラ２ａのポートａから、Ｙ軸方向の偏光成分を持つ信号光を入射する。Ｙ軸方向の偏光成分を持つ信号光は、第１の光カプラ２ａをポートａからポートｂへ透過し、ＥＤＦ５で光増幅された後、第２の光カプラ２ｂをポートｂからポートｃへ透過する。
２つの光カプラ２ａ、２ｂを用いてリング共振器が形成されている。このリング共振器内には励起されたＥＤＦ５が含まれているため、レーザ発振が起こる。
リング共振器中に、レーザ発振光のみを透過する波長選択素子６が挿入されているため、このリング共振器は波長選択素子６で選択された波長のレーザ発振光に対してのみ形成される。
【００１９】
このリング共振器において、レーザ発振光は、第１の光カプラのポートｂとポートｃの間を透過し、第２の光カプラのポートａとポートｂの間を透過して光共振器内を周回する。図中の矢印Ａに示すように、第２の光カプラ２ｂのポートｂを発したレーザ発振光はＥＤＦ５、励起光合波用カプラ３、第１の光カプラ２ａのポートｂ−ｃ間、波長選択素子６、光減衰器７、第２の光カプラ２ｂのポートａ―ｂ間を経て再び第２の光カプラ２ｂのポートｂへ戻る。
また、図中の矢印Ｂに示すように、第１の光カプラ２ａのポートｂを発したレーザ発振光は、励起光合波用カプラ３、ＥＤＦ５、第２の光カプラ２ｂのポートｂ−ａ間、光減衰器７、波長選択素子６、第１の光カプラ２ａのポートｃ−ｂ間を経て再び第１の光カプラ２ａのポートｂへ戻る。
このように、第１の光カプラのポートｂとポートｃの間を透過し、第２の光カプラのポートａとポートｂの間を透過することができるのは、この偏波保持型カプラの特性から、Ｘ軸方向の偏光成分を持つ光のみである。従って、レーザ発振光として存在できるのは、Ｘ偏光のみである。
【００２０】
この光増幅器においては、光増幅器の利得が光共振器の共振器損失と等しくなると、レーザ発振が起こる。光共振器損失の調整は、光減衰器７の光減衰量の調節により行う。具体的には、可変光アッテネータの光損失量を調整するか、偏光子を用いる場合には、偏光子の透過軸を回転させることによって、１つの偏光成分からなるレーザ発振光が受ける損失値を変化させることで、可変光アッテネータを用いたときと同じ効果を得ることができる。
このレーザ発振状態では、光増幅器の利得は光共振器の損失値に保たれる。発振閾値以上の励起光パワーは、反転分布の増加、すなわち信号利得の増加ではなく、Ｘ偏波光であるレーザ発振光パワーの増加に消費される。Ｙ偏波光である入力信号光パワーの変化は、Ｘ偏波光であるレーザ発振光パワーを変化させるように作用し、信号利得は光共振器損失とつりあった値に保たれる。従って、この状態の光増幅器に対してＹ偏波光の信号光を入射すると、入力された信号光が変化しても信号利得は一定に保たれる。従って、この構成の光増幅器は、利得クランプ型光増幅器として動作する。
この例の光増幅器においては、偏波保持型の光カプラにおいて、Ｙ偏波光が透過するポート間を信号光が透過し、Ｘ偏波光が透過するポート間をレーザ発振光が透過するようにしているため、信号光の波長とレーザ発振光の波長とが同じかまたは近傍であっても、信号光をレーザ発振光と分離して出力することができる。この点において、本発明の光増幅器は従来の偏波無依存の光カプラを用いた光増幅器と異なっており、信号光とレーザ発振光の波長が同じかまたは近傍である場合でも光増幅器として機能することができる。
【００２１】
以上の説明においては、信号光をＹ偏波光、レーザ発振光をＸ偏波光としているが、信号光をＸ偏波光、レーザ発振光をＹ偏波光としてもよく、この場合には第１、第２の光カプラのポートを入れ替えて用いることで同様の効果を得ることができる。
この例の光増幅器によると、２つの偏波保持型光カプラを用いてリング共振器を構成し、Ｘ軸方向またはＹ軸方向のいずれか一方の直線偏光を信号光とし、他方の偏波方向の直線偏光をレーザ発振光とすることにより、レーザ発振光の波長と信号光の波長とが同じまたは近傍であっても、信号光パワーの変化にかかわらず利得を一定に保つ利得クランプ機能を有する光増幅器を安価に実現することができる。
【００２２】
また、利得クランプ型の光増幅器においては、ＥＤＦ５の信号光入力端側に配置される光部品の挿入損失によって雑音指数が影響を受ける。この例の光増幅器では、挿入損失の小さい偏波保持型光カプラを使用するため、雑音指数に優れた光増幅器を実現することができる。
また、利得クランプ型の光増幅器においては、ＥＤＦ５の信号光出力端側に配置される光部品の挿入損失によって、光増幅に必要な励起光パワーが影響を受ける。この例の光増幅器では、挿入損失の小さい偏波保持型光カプラを使用するため、小さい励起光パワーで光増幅が可能な光増幅器を実現することができる。
【００２３】
次に、本発明の光増幅器の第２の例について説明する。
この例の光増幅器は、第１の例の光増幅器を構成する第１の光カプラ２ａのポートｃと第２の光カプラ２ｂのポートａとの間に光アイソレータ１０を設けて、第１の光カプラ２ａのポートｃから第２の光カプラ２ｂのポートａの方向のみに光を透過するようにしたものである。
図３に、この例の光増幅器の構成を示す。
図３中、符号１は光伝送路であり、この光伝送路１は、第１の光カプラ２ａのポートａに接続されている。この第１の光カプラ２ａのポートｂは励起光合波用カプラ３の一方の入力ポートに接続され、この励起光合波用カプラ３の他方の入力ポートには、レーザダイオードなどの励起光源４が接続されている。励起光合波用カプラ３の出力ポートは、増幅媒体であるＥＤＦ５の一端に接続され、ＥＤＦ５の他端は第２の光カプラ２ｂのポートｂに接続されている。
第１の光カプラ２ａのポートｃは、光アイソレータ１０の入力ポートが接続され、この光アイソレータ１０の出力ポートは、特定の波長の光のみを透過する波長選択素子６と光減衰器７とを介して第２の光カプラ２ｂのポートａに接続されている。この第２の光カプラ２ｂのポートｃは光伝送路１に接続されている。
このように光アイソレータ１０を設けると、リング共振器において、図中の矢印に示すように、第２の光カプラ２ｂのポートｂを発してＥＤＦ５、励起光合波用カプラ３、第１の光カプラ２ａのポートｂ−ｃ間、光アイソレータ１０、波長選択素子６、光減衰器７、第２の光カプラ２ｂのポートａ―ｂ間を経て再び第２の光カプラ２ｂのポートｂへ戻る向きのレーザ発振光のみが存在することができ、これと逆向きのレーザ発振光は、光アイソレータ１０を透過することができないため、存在することができない。
すなわち、第１の光カプラ２ａのポートｂと第２の光カプラ２ｂのポートｂとの間の信号光伝送ラインでは、信号光の伝搬方向に対して逆向きのレーザ発振光のみが存在することができ、信号光の伝搬方向と同じ向きのレーザ発振光は存在できない。
【００２４】
第２の光カプラ２ｂのポートｂから入力されたＸ軸方向の直線偏光に対して、この入力光パワーＰｉｎ（ｄBｍ）とポートｃへの漏れ光のパワーＰｏｕｔ（ｄBｍ）との差であるＰｉｎ−Ｐｏｕｔ（ｄB）の代表的な値は２０〜２５ｄBである。従って、第２の光カプラ２ｂのポートｂからポートaへ透過するレーザ発振光よりも２０〜２５ｄB程度低いパワーの光が、ポートｃへ漏れ出ることとなる。レーザ発振光のパワーによっては、このようにして漏れ出た光は出力信号光に対する雑音となる場合がある。
このような雑音の発生を防止するために、第１の光カプラ２ａのポートｃと第２の光カプラ２ｂのポートａとの間に光アイソレータ１０を設け、第１の光カプラ２ａのポートｃから第２の光カプラ２ｂのポートａの方向のみに光を透過するようにして、第１の光カプラ２ａのポートｂと第２の光カプラ２ｂのポートｂとの間では、信号光に対して逆向きのレーザ発振光のみが存在するようにすることが効果的である。
【００２５】
これによって、第２の光カプラ２ｂのポートｂからポートｃにレーザ発振光が漏れることを防止でき、レーザ発振光が信号光に対する雑音となることを抑制することができる。
なお、光アイソレータを挿入する位置は図３に示したものに限定されるものではなく、リング共振器内の、第１の光カプラ２ａのポートｃと第２の光カプラ２ｂのポートａとの間であって、第１の光カプラ２ａのポートｃから第２の光カプラ２ｂのポートａの方向のみに光を透過するように配置されていれば、他の位置に挿入されてもよい。
この例の光増幅器によると、光アイソレータをリング共振器中に挿入することにより、信号光に対して逆向きのレーザ発振光のみが存在するようにして、レーザ発振光が信号光に対する雑音となることを防止することができる。
【００２６】
次に、本発明の光増幅器の第３の例について説明する。
この例の光増幅器は、ＥＤＦ５の信号光出力端に利得等化器１１を設けて、ＥＤＦ５からの増幅光の利得を等化するようにしたものである。
図４に、この例の光増幅器の構成を示す。
図４中、符号１は光伝送路であり、この光伝送路１は、第１の光カプラ２ａのポートａに接続されている。この第１の光カプラ２ａのポートｂは励起光合波用カプラ３の一方の入力ポートに接続され、この励起光合波用カプラ３の他方の入力ポートには、レーザダイオードなどの励起光源４が接続されている。励起光合波用カプラ３の出力ポートは、増幅媒体であるＥＤＦ５の一端に接続され、ＥＤＦ５の他端は利得等化器１１に接続されている。この利得等化器１１は、第２の光カプラ２ｂのポートｂに接続されている。
第１の光カプラ２ａのポートｃは、特定の波長の光のみを透過する波長選択素子６と光減衰器７とを介して第２の光カプラ２ｂのポートａに接続されている。この第２の光カプラ２ｂのポートｃは光伝送路１に接続されている。この例においても、第２の例と同様に、光共振器内に光アイソレータ１０を挿入してもよい。
利得等化器１１としては、例えば光ファイバグレーティングなどが用いられ、特定の波長帯の光に対して損失を与えることで、ＥＤＦ５で増幅された増幅光の利得を平坦化することができる。
この例の光増幅器によると、ＥＤＦ５の信号光出射端側に利得等化器１１を設けることにより、利得平坦度に優れた増幅信号光を得ることが可能な光増幅器を実現することができる。
【００２７】
なお、図１、図３及び図４においては、希土類添加光ファイバの励起は、励起光源４からの励起光を信号光の進行方向と同じ方向に入射して励起する前方向励起について示しているが、これに限定されるものではなく、励起光を信号光の進行方向と逆の方向に入射して励起する後方向励起でもよく、または励起光を信号光の進行方向に対して同じ方向と逆の方向の双方向から入射して励起する双方向励起であってもよい。
また、励起光源４としては、例えば、波長980ｎｍ帯のレーザ光を発するレーザダイオードが用いられるが、これに限定されるものではなく、ＥＤＦ５を励起することができれば他の波長の励起光、例えば波長1480ｎｍ帯の励起光で励起してもよい。
また、希土類添加光ファイバとしてＥＤＦを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の種類の希土類元素を添加した希土類添加光ファイバを用いてもよい。
【００２８】
【実施例】
以下、具体例を示す。
図１に示す構成の光増幅器を作製した。
第１の光カプラ２ａと第２の光カプラ２ｂとして、複数の偏波保持光ファイバを融着延伸してなる融着延伸型の光カプラを用い、励起光合波用カプラ３としてフィルタ型光カプラを用いた。励起光源４と励起光合波用カプラ３とを接続する光ファイバ以外は、すべて偏波保持型光ファイバとし、使用する光部品はすべて偏波保持型とした。
励起光源４は、最大出力が120ｍＷ、波長が980ｎｍのレーザ光を発するレーザダイオードを用いた。また、増幅媒体である希土類添加光ファイバとして、ＥＤＦを用いた。
【００２９】
波長1550ｎｍのＹ偏波光を信号光として第２の光カプラのポートａから入射して光増幅し、レーザ発振光が波長1530ｎｍのＸ偏波光となるようにしたときに、可変光アッテネータの光損失量を調整して光増幅したときの、信号光パワーと利得との関係を図５に示す。
図５において、条件１、条件２、条件３となるに従って光アッテネータの光損失量を大きくしている。条件４は、リング共振器を取り除いた場合の利得である。
図５からわかるように、リング共振器の共振器損失を調整することにより、入射信号光のパワーが変化しても、ある波長範囲において信号光パワーの利得をほぼ一定とすることができる。
この光増幅器で用いた第１、第２の光カプラのＹ軸方向の偏波光に対する挿入損失と励起光源の励起光パワーを表１に示す。表１には、光サーキュレータを用いて光増幅器を構成した場合に、図５に示す利得を得るために必要な励起光源の励起光パワーと、信号光が透過するポート間の挿入損失とをあわせて示している。
【表１】
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図５と表１とからわかるように、光カプラを用いた本実施例の光増幅器と光サーキュレータを用いた従来の光増幅器とは、同じ利得を得ているにもかかわらず、本実施例の光増幅器では必要な励起光パワーが９０ｍＷであるのに対して、従来の光増幅器では必要な励起光パワーが１００ｍＷであり、本実施例の光増幅器では従来例よりも励起光パワーを小さくすることができる。
これは、光サーキュレータを用いた従来の光増幅器では、ＥＤＦの信号光出力端側の光サーキュレータの挿入損失が0.75ｄＢと大きいため、光増幅に必要な励起光パワーを大きくせざるを得なかったが、光カプラを用いた本実施例の光増幅器では、光カプラの挿入損失が0.25ｄＢと小さく、励起光パワーを小さくして、励起効率を上げることができるためである。
【００３０】
図６に、光サーキュレータを用いた光増幅器の雑音指数を示し、図７に光カプラを用いた本実施例の光増幅器の雑音指数を示している。なお、図６及び図７における条件１〜条件４は、図５の場合と同じである。
図６及び図７から明らかなように、本実施例の光増幅器では、従来の光増幅器に比べて雑音指数が改善されている。これは、従来の光増幅器では、ＥＤＦの信号入力端側の光サーキュレータの挿入損失によって雑音指数が悪化していたが、本実施例の光増幅器では、ＥＤＦの信号入力端側に挿入損失が小さい光カプラを用いているためである。
【００３１】
図８に、ＥＤＦ５からの増幅光の利得を等化するために、ＥＤＦ５と第２の光カプラ２ｂとの間に利得等化器を設けたときの、利得平坦度の入力パワー依存性を示す。ここでは、波長が1530ｎｍ、1540ｎｍ、1550ｎｍ、1560ｎｍで、互いにパワーの等しい光を信号光として用いた。レーザ発振光の波長は1528ｎｍとした。
増幅信号光の測定は、図６の条件２と等しい動作をするように可変光アッテネータの光減衰量を調整して行った。図８に示すように、入力信号光パワーが−２２ｄBｍ以下で、利得がほぼ一定となる領域において、利得平坦度が保たれていることがわかる。
以上の結果から、挿入損失の小さい偏波保持光カプラを用いて光増幅器を構成し、互いに偏波方向の異なる偏波光を信号光とレーザ発振光として用いて光増幅を行うことで、励起効率がよく、雑音指数に優れた光増幅器が実現できることが確認された。
また、利得等化器を挿入することで、利得平坦度に優れた光増幅器が実現できることも確認された。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光増幅器によると、２つの偏波保持型光カプラを用いてリング共振器を構成し、Ｘ軸方向またはＹ軸方向のいずれか一方の直線偏光を信号光とし、他方の偏波方向の直線偏光をレーザ発振光とすることにより、レーザ発振光の波長と信号光の波長とが同じまたは近傍であっても、信号光パワーの変化にかかわらず利得を一定に保つ利得クランプ機能を有する光増幅器を安価に実現することができる。
また、挿入損失の小さい偏波保持型光カプラを希土類添加光ファイバの信号光入力端側に用いてリング共振器を構成しているため、雑音指数に優れた光増幅器を実現することができる。
また、挿入損失の小さい偏波保持型光カプラを希土類添加光ファイバの信号光出力端側に用いてリング共振器を構成しているため、少ない励起光パワーで光増幅が可能な光増幅器を実現することができる。
本発明の光増幅器によると、光アイソレータをリング共振器回路中に挿入することにより、信号光に対して逆向きのレーザ発振光のみが存在するようにして、レーザ発振光が信号光に対する雑音となることを防止できる光増幅器を実現することができる。
さらに、本発明の光増幅器によると、希土類添加光ファイバの信号光出射端側に利得等化器を設けることにより、利得平坦度に優れた増幅信号光を得ることが可能な光増幅器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅器の第１の例の構成を示す図である。
【図２】偏波保持型光ファイバの偏波軸を示す図である。
【図３】本発明の光増幅器の第２の例の構成を示す図である。
【図４】本発明の光増幅器の第３の例の構成を示す図である。
【図５】本発明の光増幅器について、入力信号光に対して利得がクランプされている様子を示す図である。
【図６】光サーキュレータを用いた光増幅器の雑音指数を示す図である。
【図７】本発明の光増幅器の雑音指数を示す図である。
【図８】利得等化器を挿入したときの増幅光の利得平坦度を示す図である。
【図９】光ファイバグレーティングを用いて光共振器を構成した光増幅器の構成を示す図である。
【図１０】ＷＤＭカプラを用いて光共振器を構成した光増幅器の構成を示す図である。
【図１１】光サーキュレータを用いて光共振器を構成した光増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…光伝送路、２ａ、２ｂ…光カプラ、３…励起光合波用光カプラ、
４…励起光源、５…希土類添加光ファイバ、６…波長選択素子、７…光減衰器、
８ａ、８ｂ…光ファイバグレーティング、
９ａ、９ｂ…光サーキュレータ、１０…光アイソレータ、
１１…利得等化器、２０…偏波保持光ファイバ、２１…コア、２２…クラッド、
２３…応力付与部
【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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