(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源、合波器およびコア部に希土類元素等の蛍光物質が混入されている光導波路を備え、前記励起光源から前記光導波路に供給される励起光により生ずる前記蛍光物質の誘導放出作用により、前記光導波路内を伝送する光信号を増幅する光増幅装置において、前記光信号の使用波長帯域で前記光信号が通過する際に増幅作用を持つ光導波路の波長分散が該使用波長帯域全てで５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上の絶対値を有する正あるいは負の値で、かつ前記波長分散は波長に対して平坦であり、前記光導波路と前記光導波路に接続される全ての入出力用光導波路との波長に対する波長分散の傾きの和が平坦となっていることを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記光導波路の波長分散は正の値であることを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の励起により光増幅作用を示す光導波路を用い、光通信等における光信号の線路損失、分配損失の補償あるいは受信感度の改善等に利用される光増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの中に希土類元素等の蛍光物質を混入させて、これらのイオンの光励起時の光増幅作用を利用したファイバ型光増幅装置が提案され、その幾つかは実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
希土類元素を添加した光ファイバを用いた光増幅装置として、従来はErを添加した石英系光ファイバやPrを添加したフッ化物系光ファイバがある。これらの光ファイバを用いることにより１５５０ｎｍ帯や１３００ｎｍ帯の光を直接増幅することができる。
【０００４】
上記の光ファイバを用いた光増幅装置は、光増幅を行うための励起光源、光信号と励起光を合波するための合波器および希土類元素等の蛍光物質が混入された光ファイバから構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１７６８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に光増幅装置は、広い帯域を持っているので現状の光伝送に対しては十分な帯域であると考えられる。
【０００７】
しかし、今後のより超高速な光伝送を考えた場合、その中に使用される信号伝送部分の光導波路の波長分散の絶対値が小さくないと超高速な伝送に対して適用不可能である。
【０００８】
一方、光導波路の波長分散の値は４光波混合に代表される非線形現象に影響を与える。特に光導波路の波長分散の絶対値が零、もしくは零に近い小さな値であるときに４光波混合が発生しやすくなる。
この４光波混合は、単純に光増幅を行う場合、じゃまになる厄介な現象となっている。
【０００９】
本発明は上記の課題に対応するもので、波長分散の値を制御することにより４光波混合が発生することがない光増幅装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するために以下のような手段を有している。
【００１１】
本発明の光増幅装置は、励起光源、合波器およびコア部に希土類元素等の蛍光物質が混入されている光導波路を備え、前記励起光源から前記光導波路に供給される励起光により生ずる前記蛍光物質の誘導放出作用により、前記光導波路内を伝送する光信号を増幅する光増幅装置において、前記光信号の使用波長帯域で前記光信号が通過する際に増幅作用を持つ光導波路の波長分散が該使用波長帯域全てで４光波混合が発生することがない所定の値以上の絶対値を有する正あるいは負の値で、かつ波長に対して平坦であり、前記光導波路と前記光導波路に接続される全ての入出力用光導波路との波長に対する波長分散の傾きの和が前記使用波長帯域全てで４光波混合が発生することがない所定の値以上の絶対値を有する正あるいは負の値で、かつ平坦となっていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光増幅装置は、上記の発明において、前記光導波路の波長分散は正の値であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光増幅装置は、上記の発明において、前記光導波路と前記光導波路に接続される全ての入出力用光導波路との波長に対する波長分散の傾きの和は正の値であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光増幅装置は、上記の発明において、前記４光波混合が発生することがない所定の値は５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光増幅装置によれば、使用波長帯域の波長分散の絶対値が、４光波混合が発生しない所定の値となっているので、広帯域で４光波混合が発生することがない光増幅装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の光増幅装置の実施の形態および参考形態を図１ないし図７を参照してより詳細に説明する。
【００１７】
（参考形態１）
図１は、参考形態の光増幅装置１を示す説明図である。光増幅装置１は、アイソレータ２Ａ、２Ｂ、増幅光ファイバ３、励起光源４および励起光合波用の光合波器５を有している。
【００１８】
増幅光ファイバ３は希土類元素等の蛍光物質が混入されている光ファイバであって、１５００ｎｍ帯で波長分散が平坦かつ零分散となっている。アイソレータ２Ａ、２Ｂ、励起光源４および励起光合波用の光合波器５のピグテイル光ファイバ６も１５００ｎｍ帯で波長分散の波長依存性が平坦かつ零分散となっている。
【００１９】
４光波混合等の光ファイバ非線形現象の発生は、光ファイバコアの有効断面積に大きく依存し、これが小さい程非線形現象が大きくなるので、一般にはコア径の小さい光ファイバ程非線形現象が強くなる。また、非線形屈折率ｎ2は屈折率が大きい程これも大きくなる。
【００２０】
１５００ｎｍ帯で波長分散が平坦かつ零分散とする具体的な光ファイバのプロファイルとしては、図２に示すようにＷ型屈折率プロファイルとして、各屈折率ｎ1、ｎ2、ｎ3およびそれぞれの半径α1、α2、α3をコントロールすることによって得ることができる。
【００２１】
図３は分散補償を考慮した増幅光ファイバの波長分散特性を示すもので、図３の黒丸は本参考形態で用いた分散スロープも考慮して分散補償した増幅光ファイバ３の特性である。
【００２２】
この光増幅装置１の動作について以下に説明する。
図１の左側から入射された光信号は、アイソレータ２Ａを通過し、増幅光ファイバ３を通過する際に、励起光源４から増幅光ファイバ３に供給される励起光により生ずる蛍光物質の誘導放出作用で、増幅光ファイバ３内を伝送する光信号が増幅されて出力側のアイソレータ２Ｂを通過して出力される。
【００２３】
この出力光は図３に示すように全ての入出力用光ファイバの波長分散の波長依存性の傾きの和がきわめて平坦に近い値となっていて、その波長分散の絶対値が零に近い値となっているので、使用波長帯域全てで４光波混合が発生し、この４光波混合を広帯域な光源や波長変換素子として利用できる。
【００２４】
（参考形態２）
図４は、他の参考形態の光増幅装置１１を示す説明図である。
光増幅装置１１は参考形態１の光増幅装置１と同一の構成となっていて、増幅光ファイバは希土類元素を添加した光ファイバであって、１５００ｎｍ帯で波長分散が平坦かつ零分散となっている。２個のアイソレータ、励起光源および励起光合波用の光合波器のピグテイル光ファイバも１５００ｎｍ帯で波長分散が平坦かつ零分散となっている。
【００２５】
本参考形態の光増幅装置１１の特徴は参考形態１の条件に加えて希土類元素を添加した増幅光ファイバおよび全てのピグテイル光ファイバが定偏波光ファイバ１２となっていることである。偏波依存型の外部変調器１３の前段に本参考形態の光増幅装置１１を配置すると全ての光ファイバが定偏波光ファイバ１２となっていることで、より強い光信号１４を外部変調器１３に入力することができるので十分なＳ／Ｎ比を確保することができる。
【００２６】
（参考形態３）
図５は、他の参考形態の光増幅装置２１を示す説明図である。
光増幅装置２１は参考形態１の光増幅装置１と同一の構成となっていて、増幅光ファイバ３は希土類元素を添加した光ファイバであって、１５００ｎｍ帯で波長分散が平坦かつ零分散となっている。２個のアイソレータ２Ａ、２Ｂ、励起光源４および励起光合波用の光合波器５のピグテイル光ファイバ６も１５００ｎｍ帯で波長分散が平坦かつ零分散となっている。
【００２７】
本参考形態の光増幅装置２１の特徴はアイソレータ２Ｂの出力側に波長分散が平坦な分散シフト光ファイバ２２を配置したもので、このことにより使用波長帯域全てで４光波混合が発生する。
【００２８】
また、本参考形態の増幅光ファイバ３および全てのピグテイル光ファイバ６を参考形態３の条件に加えて定偏波光ファイバとすることによって４光波混合の発生効率をよりあげることが可能となる。
【００２９】
その他の作用は参考形態１と同様につき詳細な説明は省略する。
【００３０】
（参考形態４）
参考形態１と同様の光増幅装置１において、増幅光ファイバ３の希土類元素の添加濃度を薄くして、そのファイバ長を長くすることにより４光波混合の発生効率をあげることが可能となる。
【００３１】
また、本参考形態の増幅光ファイバ３および全てのピグテイル光ファイバ６を参考形態４の条件に加えて定偏波光ファイバとすることによって４光波混合の発生効率をさらにあげることが可能となる。
【００３２】
その他の作用は参考形態１と同様につき詳細な説明は省略する。
【００３３】
（参考形態５）
本参考形態の光増幅装置は参考形態１の光増幅装置１と同一の構成となっているもので、本参考形態の光増幅装置の特徴は、増幅光ファイバ３が１５００ｎｍ帯で波長分散値σＡが図６に示すように正の値で、かつ平坦とし、他の全てのピグテイル光ファイバ６の１５００ｎｍ帯での波長分散の傾きの和の値σＢが図６に示すように負の値で、かつ平坦とし、光増幅装置全体の波長分散値を零としたものである。
【００３４】
光増幅装置全体の波長分散値を零とすることによって、使用波長帯域全てで４光波混合が発生し、この４光波混合を広帯域な光源や波長変換素子として利用できる。
【００３５】
（実施の形態）
本実施の形態の光増幅装置は参考形態１の光増幅装置１と同一の構成となっているもので、本実施の形態の光増幅装置の特徴は、増幅光ファイバ３が１５００ｎｍ帯で波長分散値σＡ1 が図７に示すように正の値で、かつ平坦とし、他の全てのピグテイル光ファイバ６の１５００ｎｍ帯での波長分散の傾きの和の値σＢ1 がきわめて平坦に近い値となっていて、その波長分散の絶対値が零に近い値となっていて光増幅装置全体の波長分散値を正の値で、かつ平坦としたものである。
【００３６】
光増幅装置全体の波長分散値を正の値で、かつ平坦とすることによって、使用波長帯域全てで４光波混合が発生することがない広帯域の光増幅装置となる。４光波混合が発生することがない波長分散の和の値としては５ps/nm/km程度以上が必要である。
【００３７】
なお、上記の光増幅装置において、波長分散値を正の値で、かつ平坦とするために、増幅光ファイバ３が１５００ｎｍ帯で波長分散値σＡ1 が正の値で、かつ平坦とし、他の全てのピグテイル光ファイバ６の１５００ｎｍ帯での波長分散の傾きの和の値σＢ1 がきわめて平坦に近い値となっていて、その波長分散の絶対値が零に近い値としているが、その逆であってもよい。
また、その両方の波長分散値σＡ1 、σＢ1 が正の値で、かつ平坦であってもよい。
【００３８】
さらに、上記の光増幅装置において、光増幅装置全体の波長分散値を正の値で、かつ平坦としたが、光増幅装置全体の波長分散値を負の値で、かつ平坦としても使用波長帯域全てで４光波混合が発生することがない広帯域の光増幅装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】光増幅装置の参考形態１を示す説明図である。
【図２】図１の光増幅装置に使用される光ファイバの屈折率プロファイルの一例を示す説明図である。
【図３】図１の光増幅装置に使用される増幅光ファイバおよび従来の増幅光ファイバの波長分散特性を示す説明図である。
【図４】光増幅装置の他の参考形態を示す説明図である。
【図５】光増幅装置のその他の参考形態を示す説明図である。
【図６】光増幅装置のその他の参考形態の波長分散特性を示す説明図である。
【図７】本発明に係る光増幅装置の実施の形態の波長分散特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  光増幅装置
２Ａ、２Ｂ  アイソレータ
３  増幅光ファイバ
４  励起光源
５  光合波器
６  ピグテイル光ファイバ
【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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