(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素をドープした能動型光ファイバと、所定の波長帯の励起光を発生して前記能動型光ファイバに供給する励起光発生手段と、を備えた光増幅器において、
前記励起光により励起された前記希土類元素から発生する、前記励起光の波長帯とは異なる波長帯の自然放出光を反射する自然放出光反射手段を備えると共に、
前記能動型光ファイバが、クラッド表面に、前記自然放出光を反射する自然放出光反射層を備えて構成され、
前記励起光の波長帯及び前記自然放出光の波長帯とは異なる波長帯の信号光が、前記能動型光ファイバ内を伝播することにより、前記自然放出光反射手段および前記自然放出光反射層により反射された自然放出光も前記信号光の増幅に使用されることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記自然放出光反射手段が、前記能動型光ファイバの信号光入射端で、前記自然放出光を反射し、かつ、前記信号光を透過する第１反射部を備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記自然放出光反射手段が、前記能動型光ファイバの信号光出射端で、前記自然放出光を反射し、かつ、前記信号光を透過する第２反射部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光増幅器。
【請求項４】
前記自然放出光反射手段が、前記励起光発生手段の出力端と前記能動型光ファイバの励起光が入射される一端との間に設けられるとき、前記励起光を透過する特性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光増幅器。
【請求項５】
前記能動型光ファイバが、長手方向に沿った所定の範囲に、前記自然放出光を反射し、かつ、前記信号光を透過するグレーティングを配置した自然放出光反射領域を備え、該自然放出光反射領域が、前記自然放出光反射手段として機能する構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光増幅器。
【請求項６】
前記自然放出光反射領域が、信号光入射端近傍に配置された第１反射範囲を備えたことを特徴とする請求項５記載の光増幅器。
【請求項７】
前記自然放出光反射領域が、信号光出射端近傍に配置された第２反射範囲を備えたことを特徴とする請求項５または６記載の光増幅器。
【請求項８】
前記能動型光ファイバの励起光が入射される一端とは反対側の他端に設けられ、前記励起光を反射し、かつ、前記信号光を透過する励起光反射手段を備えて構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光増幅器。
【請求項９】
前記能動型光ファイバが、前記励起光が入射される一端とは反対側の他端近傍に、前記励起光を反射し、かつ、前記信号光を透過するグレーティングを配置した励起光反射領域を備え、該励起光反射領域が、前記励起光反射手段として機能する構成としたことを特徴とする請求項８記載の光増幅器。
【請求項１０】
前記励起光発生手段が、前記励起光反射手段で反射された励起光の入射を阻止する励起光入射阻止部を備えて構成されたことを特徴とする請求項８または９記載の光増幅器。
【請求項１１】
前記励起光入射阻止部が、発生した励起光を一方向にのみ伝達する光アイソレータであることを特徴とする請求項１０記載の光増幅器。
【請求項１２】
前記励起光入射阻止部が、複数の端子間で一定の方向にのみ光を伝達する光サーキュレータであることを特徴とする請求項１０記載の光増幅器。
【請求項１３】
希土類元素をドープした能動型光ファイバにおいて、
励起光により励起された前記希土類元素から発生する、前記励起光の波長帯とは異なる波長帯の自然放出光を反射し、かつ、前記励起光の波長帯及び前記自然放出光の波長帯とは異なる波長帯の信号光を透過するグレーティングを、長手方向に沿った所定の範囲に配置した自然放出光反射領域を備えると共に、クラッド表面に、前記自然放出光を反射する自然放出光反射層を備え、前記自然放出光反射領域および前記自然放出光反射層により反射された自然放出光も前記信号光の増幅に使用されるよう構成されたことを特徴とする能動型光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類元素をドープした能動型光ファイバを用いて信号光の増幅を行う光増幅器及び能動型光ファイバに関し、特に、励起された希土類元素から発生する自然放出光の再吸収によって生じる新たな波長帯についての光増幅を高い励起効率で行う光増幅器及び能動型光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の光通信システムにおいて広く用いられている光増幅器として、例えば、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ：Er Doped Fiber Amplifier）等がある。通常のＥＤＦＡでは、１．４８μｍ帯または０．９８μｍ帯の励起波長が用いられ、１．５３μｍ〜１．５６μｍ（以下、１．５５μｍ帯とする）の波長帯域において利得が得られる。
【０００３】
一方、光通信システムの大容量化を図る手段として、波長多重技術が有望である。光増幅器を中継器として用いた波長多重伝送システムでは、光増幅器の利得波長帯域を拡大し、波長多重数を増加することにより伝送容量を拡大することができる。
しかしながら現状のＥＤＦＡでは、利得波長帯域が１．５５μｍ帯に制限されており、将来に向けて更に大容量の波長多重伝送システムを実現するには、新たな利得波長帯域の開拓が必要になる。
【０００４】
ＥＤＦＡを用いて１．５５μｍ帯とは異なる利得波長帯域を実現する方法の１つとして、１．５６μｍ〜１．６２μｍ（以下、１．５８μｍ帯とする）の波長帯域を利用する方法がある。例えば、１．５５μｍ帯の励起波長を用い、１．５７μｍ〜１．６１μｍの波長帯域で２５ｄＢの利得を実現したものが報告されている（文献１；J.F.Massicott et al.,ELECTRONICS LETTERS,Vol.26,No.20,pp.1645-1646,27th September 1990. 参照）。
【０００５】
また最近、１．４８μｍ帯及び０．９８μｍ帯のレーザダイオードを励起光源として用いて、１．５６μｍ〜１．６２μｍにおいて利得が得られることが報告されている（文献２；H.Ono et al.,IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.9,NO.5,pp.596-597,May 1997.参照）。この方法は、１．４８μｍまたは０．９８μｍ帯励起レーザダイオードやエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）など、既存の技術を用いることができる点が長所である。
【０００６】
ここで、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯ＥＤＦＡの動作原理について簡単に説明する。対象とする希土類ドープファイバ光増幅器の例として、ここでは１．４８μｍまたは０．９８μｍ帯励起光源を用いた１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ及び１．５８μｍ帯ＥＤＦＡを考える。
図１７に、エルビウム原子のエネルギー準位を示す。
【０００７】
図１７（Ａ）に示すように、１．５３μｍ〜１．５６μｍで利得が得られる従来の１．５５μｍ帯ＥＤＦＡでは、１．４８μｍまたは０．９８μｍ帯の励起光源によりエルビウム原子が励起され、 4Ｉ13/2〜 4Ｉ15/2間の誘導放出が生じる。この誘導放出を利用して１．５５μｍ帯に利得が得られる。
また、図１７（Ｂ）に示すように、１．５８μｍ帯ＥＤＦＡにおいて利用されるエネルギー準位も同じく 4Ｉ13/2〜 4Ｉ15/2である。例えば文献３；H.Ono et al.,TECHNICAL REPORT OF IEICE,OCS97-5(1997-05),pp25-30.によれば、１．５８μｍ帯ＥＤＦＡでは、１．４８μｍまたは０．９８μｍ帯の励起光源によりエルビウム原子が励起され、ファイバの前半部分で１．５５μｍ帯自然放出光（Amplified Spontaneous Emission；以下ＡＳＥと略す）が発生する。この１．５５μｍ帯ＡＳＥがファイバ後半部分において再吸収されることにより１．５８μｍ帯の誘導放出が生じる。この従来の１．５８μｍ帯ＥＤＦＡにおいては、１．５８μｍ帯の誘導放出断面積が１．５５μｍ帯のものに比べて小さく、また十分大きな１．５５μｍ帯ＡＳＥを発生させる必要があるため、ＥＤＦのファイバ長を長くする必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の１．５８μｍ帯光増幅器では、励起光あるいは１．５５μｍ帯ＡＳＥを効率良くＥＤＦ内に閉じ込めることが難しく、励起光の変換効率が低いという欠点があった。
ここで、例えば、従来の前方励起型１．５８μｍ帯ＥＤＦＡのＥＤＦ内で生じる自然放出光（Spontaneous Emission）の様子を図１８及び図１９を用いて説明する。ただし、図１９は、図１８に示したＥＤＦの拡大図である。
【０００９】
図に示すように、励起部１の励起光源１ＡからＷＤＭカプラ１Ｂを介して供給される励起光Ｌｐにより、ＥＤＦ２内のエルビウム原子が励起され自然放出光を発生する。そのエルビウム原子で発生する自然放出光は、ランダムな方向に進む光の合成であり、自然放出光のうちＥＤＦ２のコア内を伝播可能なモードだけがＥＤＦ２を伝播して行く。この伝播モードの自然放出光は、励起状態にあるＥＤＦ中を伝播中に増幅され、１．５５μｍ帯ＡＳＥとなってＥＤＦ２から放出される。伝播モードは、後方及び前方の両方向に存在するので、１．５５μｍ帯ＡＳＥはＥＤＦの両端から放出される。また、伝播モードにならない自然放出光は、クラッド表面から光ファイバの外へ放出される。図では、後方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥをＡＳＥ光Ｌabで示し、前方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥをＡＳＥ光Ｌafで示してある。
【００１０】
上記の文献３によると、ＥＤＦ２の前半部分で発生した前方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥは、ＥＤＦ２の後半部分で再吸収され、これにより１．５８μｍ帯の誘導放出（光増幅）が生じる。従って、信号光Ｌｓの出射端側から放出される前方伝播モードのＡＳＥ量は少ない。しかし、信号光Ｌｓの入射端側から放出される後方伝播モードのＡＳＥ量は、１．５８μｍ帯光増幅への寄与が小さいため、大きな値となる。また、伝播モードにならなかった自然放出光も１．５８μｍ帯の光増幅には寄与せず、クラッド表面から光ファイバの外へ放出される。従って、励起光源１Ａから与えられた励起光Ｌｐのエネルギーの一部が無駄に消費されることになり、これが励起効率を低下させていると考えられる。
【００１１】
ところで、励起効率の向上を図った従来の光増幅器として、例えば、U.S.Patent5,138,483 号明細書で公知のものや、特開平３−１３５０８１号公報に記載されたものなどがある。この従来の光増幅器の構成を図２０に示す。
図２０において、従来の励起効率を向上させた光増幅器は、ＥＤＦ２の後方側（励起光Ｌｐの入射端とは反対側の他端の外側）に、励起光Ｌｐは反射し、かつ、１．５５μｍ帯の信号光は透過する励起光反射器４を付加したものである。この励起光反射器４により、励起光源１Ａから放出されＷＤＭカプラ１Ｂを介してＥＤＦ２に入力された励起光Ｌｐが反射されてＥＤＦ２内を１往復するようになることで、励起効率の改善が図られる。
【００１２】
しかしながら、上記の光増幅器では、励起光源１Ａから放出される１．４８μｍまたは０．９８μｍ帯等の励起光Ｌｐが励起光反射器４で反射されるだけであって、ＥＤＦ２内で生じる１．５５μｍ帯ＡＳＥは励起光反射器４を透過してしまう。このため、１．５８μｍ帯光増幅器として適用するには、依然として励起効率が十分ではない。
【００１３】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、自然放出光や励起光を能動型光ファイバ内で効果的に伝播させて、励起効率の向上を図った光増幅器及び能動型光ファイバを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の光増幅器は、希土類元素をドープした能動型光ファイバと、所定の波長帯の励起光を発生して前記能動型光ファイバに供給する励起光発生手段と、を備えた光増幅器において、前記励起光により励起された前記希土類元素から発生する、前記励起光の波長帯とは異なる波長帯の自然放出光を反射する自然放出光反射手段を備えると共に、
前記能動型光ファイバが、クラッド表面に、前記自然放出光を反射する自然放出光反射層を備えて構成され、前記励起光の波長帯及び前記自然放出光の波長帯とは異なる波長帯の信号光が、前記能動型光ファイバ内を伝播することにより、前記自然放出光反射手段および前記自然放出光反射層により反射された自然放出光も前記信号光の増幅に使用されるものである。
【００１５】
かかる構成によれば、例えば、１．４８μｍ帯や０．９８μｍ帯等の励起光が励起光発生手段で発生され、能動型光ファイバに送られる。能動型光ファイバ内では、励起光により励起された例えばエルビウム等の希土類元素から自然放出光が発生する。この自然放出光は能動型光ファイバ内を伝播することで増幅され、例えば１．５５μｍ帯等の自然放出光（ＡＳＥ）となる。この１．５５μｍ帯ＡＳＥは能動型光ファイバ内を伝播する過程で再吸収され、例えば１．５８μｍ帯等の信号光の光増幅が可能となる。また、能動型光ファイバ内を伝播するＡＳＥは、自然放出光反射手段に到達すると反射されて、能動型光ファイバ内を逆方向に伝播するようになると共に、クラッド表面に到達した非伝播モード光についても自然放出光反射層で反射されて能動型光ファイバ内に閉じ込められるようになる。上記の自然放出光反射手段および自然放出光反射層での反射によって、自然放出光が再吸収される確率が高くなり、１．５８μｍ帯等の信号光の増幅が高い励起効率で行われるようになる。
【００１６】
また、具体的な構成として、前記自然放出光反射手段が、前記能動型光ファイバの信号光入射端で、前記自然放出光を反射し、かつ、前記信号光を透過する第１反射部を備えるようにしてもよい。さらに、前記自然放出光反射手段が、前記能動型光ファイバの信号光出射端で、前記自然放出光を反射し、かつ、前記信号光を透過する第２反射部を備えるようにしてもよい。加えて、前記自然放出光反射手段が、前記励起光発生手段の出力端と前記能動型光ファイバの励起光が入射される一端との間に設けられるとき、前記励起光を透過する特性を有するようにする。
【００１７】
このように、自然放出光反射手段が信号光入射端を第１反射部を備えることで、能動型光ファイバ内で発生する自然放出光のうちの再吸収され難い後方伝播モードのＡＳＥが、能動型光ファイバの信号光入射端で反射されるようになり、ＡＳＥを信号光の増幅に有効に使用できるようになる。また、信号光出射端に第２反射を備えることで、前方伝播モードのＡＳＥも信号光出射端で反射されるようになり、ＡＳＥをより有効に使用できるようになる。
【００１８】
さらに、前記能動型光ファイバが、長手方向に沿った所定の範囲に、前記自然放出光を反射し、かつ、前記信号光を透過するグレーティングを配置した自然放出光反射領域を備え、該自然放出光反射領域が、前記自然放出光反射手段として機能する構成とするのが好ましい。具体的には、前記自然放出光反射領域が、信号光入射端近傍に配置された第１反射範囲を備えるようにしてもよく、また、信号光出射端近傍に配置された第２反射範囲を備えるようにしてもよい。
【００１９】
かかる構成によれば、能動型光ファイバ内に形成された自然放出光反射領域でＡＳＥが反射されるようになる。自然放出光反射領域を設けることで、自然放出光反射手段における信号光の損失や、自然放出光反射手段と能動型光ファイバの接続損失がなくなるため、励起効率をより高くすることができるとともに、雑音指数の低減を図ることも可能となる。
【００２０】
加えて、上記の光増幅器は、前記能動型光ファイバの励起光が入射される一端とは反対側の他端に設けられ、前記励起光を反射し、かつ、前記信号光を透過する励起光反射手段を備えて構成されるようにしてもよい。
かかる構成とすることで、能動型光ファイバ内を伝播する励起光は、励起光反射手段で反射されて能動型光ファイバ内を往復するようになる。これにより励起光の変換効率が高くなり、光増幅器の一層の高出力化を図ることができるようになる。
【００２１】
また、前記能動型光ファイバが、前記励起光が入射される一端とは反対側の他端近傍に、前記励起光を反射し、かつ、前記信号光を透過するグレーティングを配置した励起光反射領域を備え、該励起光反射領域が、前記励起光反射手段として機能する構成とするのが好ましい。
これにより、励起光が能動型光ファイバ内の励起光反射領域で反射されるようになるため、励起光反射手段の挿入損失や接続損失がなくなり、光増幅器のより一層の高出力化及び雑音指数の低減を図ることができるようになる。
【００２２】
さらに、上記の励起光反射手段を備えた光増幅器については、前記励起光発生手段が、前記励起光反射手段で反射された励起光の入射を阻止する励起光入射阻止部を備えて構成されるのがよい。具体的には、前記励起光入射阻止部を、発生した励起光を一方向にのみ伝達する光アイソレータや、複数の端子間で一定の方向にのみ光を伝達する光サーキュレータとすることができる。
【００２３】
このように、励起光発生手段に励起光入射阻止部を設けることで、反射された励起光の入射によって励起光発生手段の動作が不安定になることが防止されるようになる。
【００２４】
また、本発明の能動型光ファイバは、希土類元素をドープした能動型光ファイバにおいて、励起光により励起された前記希土類元素から発生する、前記励起光の波長帯とは異なる波長帯の自然放出光を反射し、かつ、前記励起光の波長帯及び前記自然放出光の波長帯とは異なる波長帯の信号光を透過するグレーティングを、長手方向に沿った所定の範囲に配置した自然放出光反射領域を備えると共に、クラッド表面に、前記自然放出光を反射する自然放出光反射層を備え、前記自然放出光反射領域および前記自然放出光反射層により反射された自然放出光も前記信号光の増幅に使用されるよう構成されるものである。
【００２５】
かかる能動型光ファイバによれば、能動型光ファイバ内で発生した自然放出光のうちの伝播モードのＡＳＥが、自然放出光反射領域により能動型光ファイバ内で反射可能となると共に、非伝播モードのＡＳＥについても、自然放出光反射層により能動型光ファイバ内に閉じ込めることが可能となるため、励起効率の高い光増幅を実現できるようになる。
【００２６】
【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説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。ただし、上述した従来の光増幅器の構成と同一の部分には同じ符号を付すものとし、以下同様とする。
【００２７】
図１において、本光増幅器は、例えば、励起光Ｌｐを発生する励起光発生手段としての励起部１と、励起光Ｌｐ及び信号光Ｌｓが一端から入射される能動型光ファイバとしてのエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）２と、励起部１とＥＤＦ２の一端との間に挿入された自然放出光反射手段の第１反射部としての１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３と、から構成される。従って、本光増幅器の構成が上述の図１８に示した従来の構成と異なる点は、ＥＤＦ２の信号光入射側に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を設けた点である。
【００２８】
励起部１は、励起光源１Ａ及び波長多重（ＷＤＭ）カプラ１Ｂを有する。励起光源１Ａは、例えば１．４８μｍ帯または０．９８μｍ帯等の波長を有する励起光Ｌｐを発生してＷＤＭカプラ１Ｂに送る。ＷＤＭカプラ１Ｂは、一方の入力ポートに送られてくる励起光Ｌｐと、他方の入力ポートに送られてくる１．５８μｍ帯の信号光Ｌｓとを合波して、１つの出力ポートから出力するものである。
【００２９】
ＥＤＦ２は、希土類元素であるエルビウム等が光ファイバのコア部にドープされた一般的なドープ光ファイバである。なお、ここではＥＤＦを用いたが、エルビウム以外の希土類元素がドープされたドープ光ファイバを用いても構わない。
１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３は、ＥＤＦ２内で発生する上述した１．５５μｍ帯ＡＳＥを反射し、かつ、信号光Ｌｓ及び励起光Ｌｐを通過させる特性を有する。このような反射器としては、例えば、ＷＤＭカプラの１ポートに反射体を設けたものや、ファイバグレーティングフィルタなどがある。
【００３０】
ここで、上述の図１９に示した従来の励起光反射器を付加した光増幅器の構成と、本実施形態の光増幅器の構成とを比較してみる。
本光増幅器の構成が従来の構成と異なる点は、従来の光増幅器が励起光源１Ａから放出される励起光Ｌｐを反射する励起光反射器４を設けたのに対し、本光増幅器はＥＤＦ２内で生じる１．５５μｍ帯ＡＳＥを反射する１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を設けた点である。また、例えば前方励起の場合について考えると、従来の光増幅器の励起光反射器４は、ＥＤＦの信号光出射端に配置することによりその効果が得られる。一方、本光増幅器の１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３は、前述したように後方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥの方が前方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥよりも大きいため、ＥＤＦの信号光入射端に配置した方がより効果的である。
【００３１】
このように従来の構成とは異なる光増幅器では、励起光源１Ａで励起光Ｌｐが発生すると、その励起光Ｌｐは、ＷＤＭカプラ１Ｂを介して１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３に送られ、該１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を通過してＥＤＦ２の一端に入射される。
ＥＤＦ２に入射された励起光Ｌｐは、エルビウム原子を励起させながらＥＤＦ２内を伝播し、ＥＤＦ２の他端から出力される。励起されたエルビウム原子は自然放出光を発生する。この自然放出光のうちの伝播モードの光は、励起状態にあるＥＤＦ内を伝播することで増幅され１．５５μｍ帯ＡＳＥとなる。この１．５５μｍ帯ＡＳＥには、後方伝播モード（図で左方向に伝播するモード）と前方伝播モード（図で右方向に伝播するモード）のものがあり、ここでは、後方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥをＡＳＥ光Ｌabで表し、前方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥをＡＳＥ光Ｌafで表すものとする。
【００３２】
そして、前方伝播モードのＡＳＥ光Ｌafは、ＥＤＦ２の後半部分で再吸収され、これにより１．５８μｍ帯の誘導放出（光増幅）が生じる。このため、ＥＤＦ２の他端（信号光出射端）からは、少量のＡＳＥ光Ｌafが放出されるだけである。一方、後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌabは、再吸収される量が少ないため、その多くがＥＤＦ２の一端（信号光入射端）に達し、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３で反射される。これにより後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌabが信号光出射端に向けて伝播されるようになり、その伝播過程で再吸収される。従って、従来有効に使われていなかった後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌabが、１．５８μｍ帯の光増幅に有効に使用される。
【００３３】
上記のようにして励起状態とされたＥＤＦ２の一端に、ＷＤＭカプラ１Ｂを介して１．５８μｍ帯の信号光Ｌｓが入射されると、その信号光ＬｓがＥＤＦ２を伝播する間に増幅されて、ＥＤＦ２の他端から出力されるようになる。
このように第１の実施形態によれば、ＥＤＦ２の信号光入射端に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を設けることで、後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌabが１．５８μｍ帯の光増幅に有効に使用されるため、光増幅器の励起効率を向上させることが可能である。
【００３４】
なお、上記第１の実施形態では、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３をＷＤＭカプラ１ＢとＥＤＦ２の一端との間に配置したが、例えば、図２に示すように、ＷＤＭカプラ１Ｂの信号光Ｌｓが入力されるポートの前段に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を配置する構成としてもよい。この場合には、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３が、励起光Ｌｐを透過する特性を有する必要がなくなる。
【００３５】
次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、第２の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。
図３において、本光増幅器は、第１の実施形態の構成に対して、ＥＤＦ２の他端（信号光出射端）にも自然放出光反射手段の第２反射部としての１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３’を設けたことを特徴とする。これ以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
【００３６】
１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３’は、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３と同様であり、１．５５μｍ帯ＡＳＥを反射し、かつ、信号光Ｌｓを透過する特性を有する。
このような光増幅器では、ＥＤＦ２の信号光出射端に達した前方伝播モードのＡＳＥ光Ｌafについても、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３’で反射されてＥＤＦ２内を信号光入射端に向けて伝播され、その伝播過程で再吸収されるようになる。従って、後方伝播モード及び前方伝播モードの各ＡＳＥ光Ｌab，Ｌafが１．５８μｍ帯の光増幅に有効に使用されるため、光増幅器の励起効率をより向上させることが可能である。
【００３７】
次に、第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態では、光増幅器を後方励起とした場合を考える。図４は、第３の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。
図４において、本光増幅器は、ＥＤＦ２の信号光入射端に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を配置し、ＥＤＦ２の信号光出射端に励起部１を配置して構成される。励起部１、ＥＤＦ２及び１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３は、それぞれ第１の実施形態で用いたものと同様であり、励起部１の位置が変わったものである。
【００３８】
このような後方励起の光増幅器では、励起光ＬｐがＥＤＦ２の信号光出射端から信号光入射端に伝播されるようになるだけで、それ以外の作用及び効果は第１の実施形態の前方励起の場合と同様である。
なお、第３の実施形態では、ＥＤＦ２の信号光入射側に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を設けて後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌabを反射させるようにしたが、もちろん、第２の実施形態の場合と同様に信号光出射側にも１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器を設けてもよい。具体的には、図５に示すように、ＥＤＦ２の信号光出射端及びＷＤＭカプラ１Ｂの間（実線）、または、ＷＤＭカプラ１Ｂの信号光Ｌｓが出力されるポートの後段（点線）に、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３’を設ければよい。
【００３９】
また、本発明は前方励起または後方励起の場合に限らず、図６に示すように、双方方向励起の場合の光増幅器についても適用することができる。双方向励起の場合にも、前方の励起部１のＷＤＭカプラ１ＢとＥＤＦ２の一端との間（実線）、または、前方の励起部のＷＤＭカプラ１Ｂの信号光が入力されるポートの前段（点線）に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を設ければよい。さらに、図示しないが、後方の励起部１のＷＤＭカプラ１ＢとＥＤＦ２の他端との間、または、後方の励起部のＷＤＭカプラ１Ｂの信号光が出力されるポートの後段に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器を設けるようにしても構わない。
【００４０】
次に、第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態では、例えば、上記第３の実施形態で説明した後方励起の光増幅器について、上述の図２０に示した従来の光増幅器と同様に励起光反射器を設けて励起光の変換効率を向上させた場合を考える。
図７は、第４の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。
【００４１】
図７において、本光増幅器は、ＥＤＦ２の信号光入射端側に１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３及び励起光反射器４を直列に配置するとともに、励起部１内に例えば光アイソレータ１Ｃ等を設けて構成される。
励起光反射器４は、励起光源１Ａで発生する励起光Ｌｐを反射し、信号光ｌｓを透過する特性を持つ。具体的には、例えば反射体をＷＤＭカプラの１ポートに設けたものや、ファイバグレーティングフィルターなどを用いることができる（上述の文献３や文献４；C.R.Giles et al.,Tech.Dig.OAA'91,1991,Paper ThD2. 等参照）。またここでは、励起光反射器４が１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３の前段（信号光Ｌｓの入力側）に配置されるようにしたが、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３の後段、即ち、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３とＥＤＦ２の一端との間に励起光反射器４を配置してもよい。
【００４２】
光アイソレータ１Ｃは、例えば、励起光源１ＡとＷＤＭカプラ１Ｂの間などに配置され、励起光源１ＡからＷＤＭカプラ１Ｂへの方向にのみ光を伝達し、逆方向への光の伝達を阻止する。
ここで、光増幅器に励起光反射器４を設けた場合に光アイソレータ１Ｃ等が必要となることについて簡単に説明する。
【００４３】
まず、図８に示すような励起光反射器が設けられていない光増幅器に用いる励起光源について考える。
一般に、信号光源として用いられる単一モード発振が可能なＤＦＢ型レーザダイオードなどでは、わずかな反射戻り光によって波長や出力パワーがふらつくなどの不安定動作が生じる。このため、レーザモジュール内部に光アイソレータ等を設けて、反射光が光源に戻らないように工夫されている。
【００４４】
これとは異なり光増幅器の励起光源には、通常、ファブリペロー型レーザダイオードが用いられる。図８のような構成の光増幅器では反射戻り光が小さいという理由と、小さい反射戻り光があってもそれによる波長や出力パワーのふらつき（不安定動作）は無視できる程度であるという理由から、光アイソレータを用いる必要はない。
【００４５】
次に、図９に示すように励起光反射器４を設けた場合について考える。
この場合の励起光Ｌｐは、励起光源１Ａを出た後にＷＤＭカプラ１ＢによってＥＤＦ２へと導かれ、励起光反射器４によって反射され、再びＷＤＭカプラ１Ｂを通過して励起光源１Ａへと戻る。この場合、反射戻り光が大きいために、励起光源１Ａとしてファブリペロー型レーザダイオードを用いたとしても、戻り光による不安定動作が無視できない程度になる。従って、励起光源１Ａに励起光Ｌｐが戻らないように工夫する必要が生じる。
【００４６】
このため本実施形態では、励起部１に光アイソレータ１Ｃを設けることで、励起光反射器４で反射した励起光Ｌｐが励起光源１Ａに入射されるのを阻止する構成とした。光アイソレータ１Ｃを設ける他にも、例えば図１０に示すように、ＷＤＭカプラ１Ｂに代えて光サーキュレータ１Ｄを用いることで、励起光源１Ａへの励起光Ｌｐの入射を防ぐことができる。なお、光サーキュレータ１Ｄは図の矢印に示す方向にのみ光を伝達する特性を有するものである。
【００４７】
上記のような構成の光増幅器では、後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌabが１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３で反射されるとともに、励起光Ｌｐが励起光反射器４で反射されてＥＤＦ２内を往復するようになるため、本光増幅器の励起効率を一層高くすることができる。また、励起部１に光アイソレータ１Ｃ等を設けてあるため、励起光源１Ａを安定に動作させることが可能である。
【００４８】
なお、上記第４の実施形態では、励起光源１ＡとＷＤＭカプラ１Ｂの間に光アイソレータ１Ｃを配置したが、光アイソレータ１Ｃの挿入位置はこれに限られるものではなく、また例えば、光アイソレータ１Ｃを励起光源１Ａに内蔵させることも可能である。さらに、後方励起の場合について説明したが、前方励起の場合にも１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器及び励起光反射器を設けてもよい。この場合には、励起光反射器がＥＤＦ２の信号光出射端側に配置されるようにする。
【００４９】
次に、第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態では、例えば、上記第３の実施形態で説明した後方励起の光増幅器について、ＥＤＦ２内にグレーティングを設けることで１．５５μｍ帯ＡＳＥを反射させるようにした場合を考える。
図１１は、第５の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。
【００５０】
図１１において、本光増幅器は、１．５５μｍ帯ＡＳＥを反射するグレーティング２Ａが信号光入射端近傍に施されたＥＤＦ２ａを用い、第３の実施形態でＥＤＦ２の信号光入射端に接続していた１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器の機能をＥＤＦ２ａに備えるようにしたことを特徴とする。その他の構成は、第３の実施形態と同様である。
【００５１】
グレーティング２Ａは、例えば、ＥＤＦ２のコアに対して外部から紫外線照射などを行うことにより、周期的な屈折率変化を与えてフィルタ特性を持たせたものである。このグレーティング２Ａは、１．５５μｍ帯の光を反射し、その他の波長の光を透過する特性を有する。図１２には、ＥＤＦ２内を伝播する光のスペクトル（実線）に対応させて、グレーティング２Ａの反射率（点線）を描いた図を示す。図に示すように、ここでは１．５５μｍ帯ＡＳＥがグレーティング２Ａで反射され、１．４８μｍ帯の励起光Ｌｐ及び１．５８μｍ帯の信号光Ｌｓがグレーティング２Ａを通過する。
【００５２】
このような構成の光増幅器では、第３の実施形態の場合と同様に、ＥＤＦ２内で発生した１．５５μｍ帯ＡＳＥのうちの後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌabがグレーティング２Ａで反射され１．５８μｍ帯の光増幅に有効に使われるようになる。加えて、第３の実施形態の場合と比べて、本光増幅器における信号光Ｌｓの損失が小さくなる。
【００５３】
ここで、信号光Ｌｓの損失が小さくなることについて説明する。
第３の実施形態の場合のように、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３がＥＤＦ２の信号光入力端に結合（Coupling）されると、この１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３は、信号光Ｌｓに対して損失を与えることになる。これは、反射器自体が信号光波長に対して損失を与え、また、ＥＤＦ２と反射器３を結合する際にも接続損失が生じるためである（上記の文献４等を参照）。特に、後方励起の場合に信号光入射側へ１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を配置するときには、信号光Ｌｓの入射端損失が増加するため、光増幅器の雑音指数が増加（劣化）することになる。
【００５４】
これに対して、ＥＤＦ内にグレーティング２Ａを設けることでＡＳＥ光Ｌabを反射させるようにすれば、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器３を用いる場合と異なりＥＤＦと反射器との結合部分が存在しないため、結合による損失を削減できる。また、エルビウムがドープされている光ファイバ上にグレーティング２Ａが施されるため、グレーティング部分においてもある程度の利得が期待できる。従って、ＡＳＥ光を反射させることによる信号光Ｌｓの損失が殆どなくなるようになる。
【００５５】
このように第５の実施形態によれば、ＥＤＦ２ａを用いることで１．５５μｍ帯ＡＳＥが有効に使用されるとともに信号光Ｌｓの損失が低減されるため、励起効率の向上及び雑音指数の低減を図ることが可能である。
なお、上記第５の実施形態では、ＥＤＦの信号光入射端近傍のみにグレーティング２Ａを施すようにしたが、例えば、図１３に示すように、ＥＤＦの信号光出射端近傍にも、１．５５μｍ帯ＡＳＥを反射するグレーティング２Ｂを施したＥＤＦ２ｂを用いて、前方伝播モードのＡＳＥ光Ｌafも反射させるようにしてもよい。また、後方励起の場合を説明したが、前方励起や双方向励起の場合にも同様に適用可能である。
【００５６】
次に、第６の実施形態について説明する。
第６の実施形態では、例えば、上記図１３に示した光増幅器のＥＤＦ２ｂについて、さらに励起光Ｌｐを反射するグレーティングを設けた場合を考える。
図１４は、第６の実施形態の光増幅器の構成を示す図である。
図１４において、本光増幅器は、両端近傍に施された１．５５μｍ帯ＡＳＥを反射するグレーティング２Ａ，２Ｂに加えて、信号光入射端近傍に、励起光Ｌｐを反射するグレーティング２Ｃを施したＥＤＦ２ｃを用いたことを特徴とする。
【００５７】
グレーティング２Ｃは、励起光Ｌｐの波長帯に対応した光を反射し、その他の波長の光を透過する特性を有する。このグレーティング２Ｃは、グレーティング２Ａよりも信号光入射端側に配置するのが好ましい。このような配置とすることで、グレーティング２Ａの部分に位置するエルビウムにも励起光Ｌｐが送られるようになるため、より広い範囲でエルビウムを励起できる。
【００５８】
図１５（ａ）には、ＥＤＦ２内を伝播する光のスペクトル（実線）に対応させて、信号光入射側のグレーティング２Ａ，２Ｃの反射率（点線）を描いた図を示す。図に示すように、信号光入射側では、１．４８μｍ帯の励起光Ｌｐ及び１．５５μｍ帯ＡＳＥがグレーティング２Ｃ，２Ａで反射され、１．５８μｍ帯の信号光Ｌｓが各グレーティング２Ｃ，２Ａを通過する。なお、図１５（ｂ）の点線に示すように、各グレーティング２Ａ，２Ｃの反射帯域が重なるようにしても構わない。
【００５９】
このような構成の光増幅器では、ＥＤＦ２内で発生した後方伝播モードのＡＳＥ光Ｌab及び前方伝播モードのＡＳＥ光Ｌafがグレーティング２Ａ，２Ｂでそれぞれ反射されるとともに、後方から供給された励起光Ｌｐがグレーティング２Ｃで反射されて、１．５５μｍ帯ＡＳＥ及び励起光が有効に使用されるようなる。また、１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器や励起光反射器をＥＤＦに接続する場合と比べると、各反射器の挿入損失や接続損失がなくなるため、本光増幅器の励起効率をより一層高くすることができ、雑音指数も低減させることができる。
【００６０】
次に、第７の実施形態について説明する。
第７の実施形態では、非伝播モードのＡＳＥをＥＤＦ内に閉じ込めるようにして励起効率のさらなる改善を図った場合を考える。
図１６は、第７の実施形態の光増幅器で用いるＥＤＦの一部断面を示す拡大図である。
【００６１】
図１６において、本光増幅器で用いるＥＤＦ２’は、クラッド表面に自然放出光反射層としての１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射コート２Ｄが施してあることを特徴とする。このＡＳＥ反射コート２Ｄの材料としては、例えば、金、鋼またはアルミニウムなどが考えられる。
このＥＤＦ２’では、エルビウム原子で発生するＡＳＥのうちの伝播モードにならないＡＳＥがＡＳＥ反射コート２Ｄで反射されＥＤＦ２’内に閉じ込められるようになる。このため、上述の図１９に示したようなＥＤＦ２では外部に放出されていた１．５５μｍ帯ＡＳＥが、１．５８μｍ帯の光増幅に有効に使われるようになり、励起効率をより高くすることが可能となる。
【００６２】
このようなＡＳＥ反射コート２Ｄを施したＥＤＦ２’は上述した各実施形態のいずれにも適用することができ、このＥＤＦ２’を用いることで、光増幅器の励起効率をより一層向上させることができる。
なお、上述した各実施形態では、能動型光ファイバ内で発生するＡＳＥを１．５５μｍ帯とし、信号光を１．５８μｍ帯として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光増幅器によれば、能動型光ファイバ内で発生する自然放出光が自然放出光反射手段および自然放出光反射層で反射されることで、ＡＳＥが信号光の増幅に有効に使用されるようになるため、高い励起効率で信号光の増幅を行うことができる。特に、能動型光ファイバの信号光入射端に第１反射部を配置することで、再吸収され難い後方伝播モードのＡＳＥを信号光の増幅に有効に使うことができ、能動型光ファイバの信号光出射端に第２反射を配置すれば、前方伝播モードのＡＳＥも信号光の増幅に有効に使うことができる。
【００６４】
また、能動型光ファイバ内に自然放出光反射領域を形成することによって、自然放出光反射手段を設ける場合の挿入損失や接続損失がなくなるため、励起効率をより高くでき、かつ、雑音指数の低減を図ることもできる。
さらに、励起光反射手段を設けることによって、励起光が能動型光ファイバ内を往復するようになるため、励起光の変換効率が向上し、光増幅器の一層の高出力化を図ることができる。この励起光反射手段を能動型光ファイバに形成した励起光反射領域とすれば、励起光反射手段の挿入損失や接続損失がなくなり、光増幅器のより一層の高出力化及び雑音指数の低減を図ることができる。また、励起光発生手段に励起光入射阻止部を設けることによって、励起光を反射させる場合でも、励起光発生手段を安定に動作させることができる。
【００６５】
また、自然放出光反射領域および自然放出光反射層を備えた能動型光ファイバとすることで、能動型光ファイバが伝播モードおよび非伝播モードのＡＳＥを反射する機能を備えるようになるため、励起効率の高い光増幅を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
【図２】同上第１の実施形態に関する他の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
【図５】同上第３の実施形態に関する他の構成例を示す図である。
【図６】双方向励起の光増幅器に適用した構成例を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
【図８】同上第４の実施形態に関し光アイソレータ等が必要となる理由を説明する第１図である。
【図９】同上第４の実施形態に関し光アイソレータ等が必要となる理由を説明する第２図である。
【図１０】同上第４の実施形態に関する他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
【図１２】同上第５の実施形態におけるグレーティングの反射率を示す図である。
【図１３】同上第５の実施形態に関する他の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
【図１５】同上第６の実施形態における信号光入射側のグレーティングの反射率を示す図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態で用いるＥＤＦの一部断面を示す拡大図である。
【図１７】エルビウム原子のエネルギー準位を示す図である。
【図１８】従来の前方励起型１．５８μｍ帯光増幅器の構成及びＥＤＦで生じる自然放出光の様子を示す図である。
【図１９】従来の光増幅器で用いるＥＤＦの一部断面を示す拡大図である。
【図２０】従来の励起光反射器を備えた光増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…励起部
１Ａ…励起光源
１Ｂ…ＷＤＭカプラ
１Ｃ…光アイソレータ
１Ｄ…光サーキュレータ
２，２’，２ａ〜２ｃ…エルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）
２Ａ，２Ｂ…１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射用グレーティング
２Ｃ…励起光反射用グレーティング
３，３’…１．５５μｍ帯ＡＳＥ反射器
４…励起光反射器
Ｌｓ…信号光
Ｌｐ…励起光
Ｌab…後方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥ
Ｌaf…前方伝播モードの１．５５μｍ帯ＡＳＥ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0004179662.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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