(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段増幅部と後段増幅部とがアイソレータを介して縦列接続されており、前後の各増幅部は、誘導放出効果によって信号光を増幅する増幅素子としての増幅用光ファイバと、この増幅用光ファイバをポンピングする励起光源とを備えている光増幅器において、
前段増幅部の増幅用光ファイバのＥrのドープ量と条長との積である濃度条長積は４〜８kppm・mに、後段増幅部の増幅用光ファイバの前記濃度条長積は８０〜１００kppm・mに、それぞれ設定されていることを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導放出効果によって信号光を直接に増幅する増幅用光ファイバを増幅素子として備えた光増幅器に係り、特には、波長多重通信において増幅を円滑に行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光通信システムにおいては、伝送路の途中で減衰した信号光のパワーを増幅して再度、光伝送路に送出するために、光増幅器が使用される。
【０００３】
従来、このような光増幅器における増幅素子として、誘導放出効果によって信号光を光電変換することなく直接に増幅する増幅用光ファイバを用いたものが提供されている。
【０００４】
一方、複数の情報を単一の光ファイバ伝送路で効率良く伝送するために、波長多重通信の有効性が指摘されている。
【０００５】
このような波長多重通信において、上記の増幅用光ファイバを増幅素子とした光増幅器を用いて波長多重化された信号光を一括して増幅する場合、ＥrとともにＡlをドープした増幅用光ファイバは、増幅利得波長帯が１５５０nmを中心として比較的広い範囲(１５３０nm〜１５６０nm)をもつので有効である(たとえば、信学会秋季全大(１９９２)Ｃ−２６３参照)。
【０００６】
ところで、波長多重通信を行う場合において、特に、伝送用の石英系の光ファイバとして、零分散を１５５０nm帯にシフトした分散シフトファイバ(ＤＳＦ)を使用するときには、いわゆる光波混合によって不要な波長成分の光が生成され、これがノイズになって信号劣化が起こり易い。
【０００７】
そこで、波長多重通信において、１５５０nm帯よりも若干長波長側の１５７０nm〜１６１０nmの波長範囲(以下、Ｌ−bandという)を使用することで、上記のような光波混合に基づく伝送特性の劣化を抑えることが検討されている。
【０００８】
したがって、このような波長範囲の多重化された信号を増幅するためには、増幅用光ファイバの増幅可能な範囲もＬ−bandまで広げることが必要となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＬ−bandに含まれる信号光を増幅する上では、Ｌ−bandを含む波長帯域において大きな利得が得られ、かつ、各信号光の増幅出力に利得差(以下、波長利得差という)が生じないようにＬ−bandを含む波長帯域において平坦化された利得特性をもつことが要求される。
【００１０】
しかしながら、従来の光増幅器においては、Ｌ−bandに含まれる各信号光について大きな利得が得られ、かつ、多重化された各信号光の波長利得差を小さく抑えることができるものは未だ提供されていないのが実情である。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、Ｌ−bandにおける増幅を行う場合に、このＬ−bandに含まれる各信号光について大きな利得が得られ、かつ、各信号光の波長利得差が小さくなるようにすることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するため、光増幅器として次の構成を採用している。
【００１３】
すなわち、本発明の光増幅器は、前段増幅部と後段増幅部とがアイソレータを介して縦列接続されており、前後の各増幅部は、誘導放出効果によって信号光を増幅する増幅素子としての増幅用光ファイバと、この増幅用光ファイバをポンピングする励起光源とを備えており、かつ、前段増幅部の増幅用光ファイバのＥrのドープ量と条長との積である濃度条長積は４〜８kppm・mに、後段増幅部の増幅用光ファイバの前記濃度条長積は８０〜１００kppm・mにそれぞれ設定されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態における光増幅器の全体構成を示す図である。
【００１５】
この実施の形態の光増幅器１は、前段増幅部２aと後段増幅部２bとを有し、前後の各増幅部２a，２bがアイソレータ４を介して互いに接続された、２段増幅の構成となっている。
【００１６】
前段増幅部２aは、誘導放出効果によって信号光を増幅する増幅素子としての増幅用光ファイバ６a、この増幅用光ファイバ６aをポンピングするレーザダイオード等の励起光源７a、およびこの励起光源７aからの励起光を増幅用光ファイバ６aに導入する光カプラ８aを備えており、信号光と励起光とが同じ方向から増幅用光ファイバ６aに入射される前方励起型となっている。
【００１７】
そして、この増幅用光ファイバ６aは、コア内またはその外周部にＥrとＡlとが共ドープされており、かつ、その内のＥrのドープ量と光ファイバ６aの条長との積である濃度条長積が４〜８kppm・mになるように設定されている。
【００１８】
一方、後段増幅部２aは、誘導放出効果によって信号光を増幅する増幅素子としての増幅用光ファイバ６b、この増幅用光ファイバ６bをポンピングするレーザダイオード等の励起光源７b、およびこの励起光源７bからの励起光を増幅用光ファイバ６bに導入する光カプラ８bを備えており、信号光に対して励起光が逆方向から増幅用光ファイバ６bに入射される後段励起型となっている。
【００１９】
そして、この増幅用光ファイバ６bは、コア内またはその外周部にＥrとＡlとが共ドープされており、かつ、その内のＥrのドープ量と光ファイバ６bの条長との積である濃度条長積が８０〜１００kppm・mになるように設定されている。
【００２０】
このように、前後の各増幅部２a，２bにおいては、増幅用光ファイバ６a，６bの濃度条長積がそれぞれ異なるので、両光ファイバ６a，６bをポンピングする各励起光源７a，７bの励起光パワーの適切な条件も互いに異なっている。
【００２１】
したがって、両増幅部２a，２b間にアイソレータ４を設けておけば、後段増幅部２bの励起光源７bからの励起光や蛍光は、このアイソレータ４で遮断されて前段増幅部２aに影響しないので、前段増幅部２aでの励起光パワーの調整が容易になる。また、後段増幅部２bでは、前段増幅部２aの励起光がアイソレータ４を通過して入射するが、この入射する励起光パワーを考慮して、後段増幅用光ファイバ６bの励起光源７bのパワーを自由に設定することができる。
【００２２】
なお、１０a，１０bは寄生発振を抑えて雑音を低減するために信号光を一方向にのみ通過させる偏波無依存型のアイソレータ、１２a，１２bは入出射用のコネクタ、１４はこれらの各素子間を結合するための結合用光ファイバである。
【００２３】
図１の構成の光増幅器において、前後の増幅用光ファイバ６a，６bの濃度条長積ＣＬ１，ＣＬ２をそれぞれ適切に設定するために、Ｌ−bandを含む前後の波長帯域について、利得波長特性を調べた結果を次に示す。
【００２４】
(実験１)
ここでは、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aは、Ｅrのドープ量９００ppm、Ａlのドープ量１００００ppmで、カットオフ波長０.９２μm、モードフィールド径４.５１μmのものであり、濃度条長積ＣＬ１を４kppm・m，６kppm・m，８kppm・mの３種類を設定している。また、励起光波長は１.４８μm、励起光パワーは５０mＷである。
【００２５】
一方、後段増幅部２bにおける増幅用光ファイバ６bも、前段増幅部２aの増幅用光ファイバ６bと同じ特性のものを使用しているが、その条長を長くして濃度条長積ＣＬ２を４０kppm・mのみに固定している。また、励起光波長は１.４８μm、励起光パワーは１５０mＷである。
【００２６】
そして、信号光入力を−１０dＢm，−４０dＢmの２種類について、図１中の符号Ｘの位置を信号光入力とし、符号Ｙの位置を信号光出力としたときの利得波長特性を調べた。その結果を図２、表１および表２に示す。
【００２７】
なお、これらの図および表には、参考のために、従来例として、図１のような２段増幅の構成とせずに、図１の場合と同じ特性を有する単一の増幅用光ファイバを設けて、その濃度条長積を２０kppm・mに設定した場合の利得波長特性を調べた結果も同時に記載している。
【００２８】
【表１】
0003787045.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003787045.tif 000003
【００３０】
図２から分かるように、図１の前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１を４kppm・m，６kppm・m，８kppm・mの３種類のいずれの場合も、従来例の場合に比較して、利得が大きい帯域が長波長側に広がっており、濃度条長積ＣＬ１を大きくすると、特性曲線の立ち上がり部分がわずかに長波長側にシフトしているが、最大利得は信号光入力が−１０dＢm，−４０dＢmのいずれも濃度条長積ＣＬ１に依らずほとんど変わらない。たとえば、信号光入力−１０dＢmの場合、利得が平坦な部分は、１５５０〜１５８０nmの範囲で、その場合の利得は約３１dＢである。
【００３１】
このように、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１を変化させても最大利得が変化しないのは、後段増幅部２bにおける増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２が大きくて十分な増幅率をもっているため、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aの増幅作用が顕著に現れないためと考えられる。
【００３２】
表１には、信号光入力が−１０dＢmにおいて、利得の最大値から１dＢだけ下がったところの波長帯域を示しているが、その波長帯域は、増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１が４kppm・m，６kppm・m，８kppm・mのいずれの場合も、約２８nmの幅がある。
【００３３】
また、表２には、信号光入力−１０dＢmにおいて利得が３０dＢ以上となる波長帯域を示しているが、その波長帯域は、増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１が４kppm・m，６kppm・m，８kppm・mのいずれの場合も、約３２nmの幅がある。
【００３４】
この実験１から分かるように、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１が４kppm・m，６kppm・m，８kppm・mのいずれの場合も、従来例と比較して利得の平坦な波長帯が長波長側にシフトしているものの、後段増幅部２bにおける増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２を４０kppm・mに設定している限りは、Ｌ−band(１５７０nm〜１６１０nm)全体にわたって利得が平坦になっていない。したがって、Ｌ−bandについての利得の平坦化を図る上では、上記の条件だけでは未だ不十分であることが理解される。
【００３５】
(実験２)
ここでは、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aは、Ｅrのドープ量９００ppm、Ａlのドープ量１００００ppmで、カットオフ波長０.９２μm、モードフィールド径４.５１μmのものであり、濃度条長積ＣＬ１を８kppm・mのみに固定している。また、励起光波長は１.４８μm、励起光パワーは５０mＷである。
【００３６】
一方、後段増幅部２bにおける増幅用光ファイバ６bも、前段増幅部２aの増幅用光ファイバ６bと同じ特性のものを使用しているが、その条長を長くして濃度条長積ＣＬ２を４０kppm・m，８０kppm・m，９０kppm・m，１００kppm・mの４種類を設定している。また、励起光波長は１.４８μm、励起光パワーは１５０mＷである。
【００３７】
そして、信号光入力を−１０dＢm，−４０dＢmの２種類について、図１中の符号Ｘの位置を信号光入力とし、符号Ｙの位置を信号光出力としたときの利得波長特性を調べた。その結果を図３、表３、表４および表５に示す。
【００３８】
【表３】
0003787045.tif 000004
【００３９】
【表４】
0003787045.tif 000005
【００４０】
【表５】
0003787045.tif 000006
【００４１】
図３から分かるように、後段増幅部２bにおける増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２が４０kppm・mの場合には、信号光波長が１５８０nmを越えると特性曲線の利得がなだらかに減少していくため、Ｌ−band(１５７０nm〜１６１０nm)全体にわたる利得の平坦化を図るには不十分である。
【００４２】
これに対して、増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２が８０kppm・m〜１００kppm・mの場合、信号光入力−１０dＢmのときには、Ｌ−bandの全域にわたって利得が平坦化していて、その場合の利得は約３１dＢである。
【００４３】
表３には、信号光入力が−１０dＢmにおいて、利得の最大値から１dＢだけ下がったところの波長帯域を示しているが、その波長帯域は、増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２が８０kppm・m，９０kppm・m，１００kppm・mのいずれの場合も、Ｌ−bandを含む約４６nmの幅がある。
【００４４】
また、表４には、信号光入力−１０dＢmにおいて、利得が３０dＢ以上となる波長帯域を示しているが、その波長帯域は、増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２が８０kppm・m，９０kppm・m，１００kppm・mのいずれの場合も、Ｌ−bandを含む約４８nmの幅がある。
【００４５】
表５には、信号光入力−４０dＢmにおいて利得が３０dＢ以上となる波長帯域を示しているが、その波長帯域は、増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２が８０kppm・m，９０kppm・m，１００kppm・mのいずれの場合も、Ｌ−bandを含む約５６nmの幅がある。
【００４６】
また、信号光入力が−１０dＢmにおいて、利得の最大値から１dＢだけ下がったところの波長帯域内での励起光から信号光への変換効率を調べたところ、５０〜６０％であった。従来例の場合の変換効率が７４％であるので、これには及ばないものの、実用的には十分な値である。
【００４７】
この実験２から分かるように、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１を８kppm・mとして、後段増幅部２bにおける増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２を４０kppm・mに設定した場合には、Ｌ−band(１５７０nm〜１６１０nm)全体にわたる利得の平坦化は不十分であるが、濃度条長積ＣＬ２を８０〜１００kppm・mに設定した場合には、Ｌ−band全体にわたる利得の平坦化を十分に図ることができることが理解される。
【００４８】
なお、実験２では、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１を８kppm・mに固定しており、ＣＬ１を４kppm・mあるいは６kppm・mに設定してＣＬ２を８０kppm・m，９０kppm・m，１００kppm・mと変化させた場合について実験していないが、上記のように、利得の平坦化には、前段増幅部２aにおける増幅用光ファイバ６aの濃度条長積ＣＬ１の影響よりも、後段増幅部２bにおける増幅用光ファイバ６bの濃度条長積ＣＬ２の影響の方が大きいので、ＣＬ１を４kppm・mあるいは６kppm・mに設定した場合でも、ＣＬ１が８kppm・mの場合と同様の利得特性をもつ曲線が得られると考えられる。
【００４９】
なお、図１に示した光増幅器は、前段増幅部２aを前方励起型、後段増幅部２bを後方励起型としているが、これに限定されるものではなく、前段増幅部２aを後方励起型、後段増幅部２bを前方励起型としたり、あるいは前後の両増幅部２a，２bを共に前方励起型としたり、共に後方励起型とすることも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｌ−band(１５７０nm〜１６１０nm)における増幅を行う場合に、このＬ−bandに含まれる各波長の信号光について大きな利得が得られ、かつ信号光の波長利得差が小さくなるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光増幅器の構成図
【図２】図１の構成の光増幅器を用いて利得特性を調べた実験結果を示す図
【図３】図１の構成の光増幅器を用いて利得特性を調べた実験結果を示す図
【符号の説明】
１…光増幅器、２a…前段増幅部、２b…後段増幅部、４…アイソレータ、６a…増幅用光ファイバ、６b…増幅用光ファイバ、７a，７b…励起光源、８a，８b…光カプラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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