(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を誘導放出効果によって直接に増幅する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等の光学素子とを備えるとともに、これらの間が結合用光ファイバを介して光学的に接続されてなる光増幅器において、
前記増幅用光ファイバはマイナスの分散値を有し、この増幅用光ファイバに、信号光が増幅用光ファイバを通ることにより生じる分散を打ち消す、分散値がプラスの分散調整用光ファイバが接続されており、光増幅器自身の内部で分散が補償されていることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
信号光を誘導放出効果によって直接に増幅する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等の各種の光学素子とを備えるとともに、これらの間が結合用光ファイバを介して光学的に接続されてなる光増幅器において、
前記増幅用光ファイバはマイナスの分散値を、信号光の通過経路上に位置する結合用光ファイバはプラスの分散値をそれぞれ有し、両光ファイバの分散が互いに打ち消し合うように各々の条長が設定されており、光増幅器自身の内部で分散が補償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備えた光増幅器に係り、特には、波長分散を機器内部で補償する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の光増幅器が使用される。
【０００３】
従来、このような光増幅器としては、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備えたものが提供されている。
【０００４】
図３にこの種の光増幅器の構成を示す。
【０００５】
この光増幅器は、増幅用光ファイバaと励起光源bとを備えるとともに、増幅用光ファイバaに対して、信号光の入射側にコネクタfおよびアイソレータdが、信号光の出射側に光カプラc、アイソレータeおよびコネクタgがそれぞれ設けられており、信号光の通過経路上にあるこれらの各光学素子f，d，a，c，e，gの相互間が結合用光ファイバpを介して互いに光学的に接続されている。また、光カプラcと励起光源bとの間も同様に結合用光ファイバrを介して互いに光学的に接続されている。
【０００６】
増幅用光ファイバaは、誘導放出効果に基づいて信号光を光電変換することなく直接増幅するもので、コアまたはコアの外周部にＥr，Ｎd等の希土類元素がドープされている。また、結合用光ファイバp，rは、コスト面や入手の容易性等から、一般的な石英系のシングルモード光ファイバが使用されている。
【０００７】
励起光源bは、この増幅用光ファイバaをポンピングするための励起光を発生するもので、レーザダイオード等で構成される。
【０００８】
光カプラcは、励起光源bからの励起光を増幅用光ファイバaに導入するためのものであり、また、アイソレータd，eは、増幅用光ファイバaと結合用光ファイバpとの接合部における端面反射等に起因するレーザ発振を防止するためのもので、信号光を一方向にのみ通過する偏波無依存型のものが使用されている。
【０００９】
この構成において、コネクタfに入射された一定波長(たとえば１.５５μm)の信号光は、アイソレータdを通過して増幅用光ファイバaに入力される。一方、励起光源bからの一定波長(たとえば１.４８μm)の励起光は、光カプラcを経由して同じく増幅用光ファイバaに入射される。
【００１０】
増幅用光ファイバaは、励起光によってポンピングされた状態で信号光が入射されると、この信号光を誘導放出によって増幅する。そして、増幅された信号光は、光カプラcおよびアイソレータeを通過してコネクタgから出射される。
【００１１】
なお、図３に示した光増幅器は、増幅用光ファイバaの信号光出射側から励起光を入射する、いわゆる後方励起型のものであるが、増幅用光ファイバaの信号光入射側から励起光を合波して入力する、いわゆる前方励起型のものもある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常の石英系のシングルモード光ファイバの零分散波長は、図４の細実線で示すように、１.３μm帯にある。一方、この同じ光ファイバの最低損失の波長帯は、１.５５μm帯にある。このように、通常の石英系光ファイバは、零分散波長と最低損失波長とが一致しないため、長距離高速伝送を行う場合の要求に十分に応えられない。
【００１３】
そこで、近年は、低損失でかつ低分散の特性を持たせるために、図４の破線で示すように、零分散波長を最低伝送損失の波長域にシフト(つまり、零分散波長を１.３μm帯から１.５５μm帯にシフト)させた、いわゆる分散シフト型光ファイバが提供されている(たとえば、特公平３−１８１６１号公報参照)。
【００１４】
一方、上記の光増幅器の増幅素子として使用されている増幅用光ファイバaは、従来、誘導放出効果の変換効率を高めることを主眼においていたために、比屈折率差Δが大きく、カットオフ波長λcが短くなるように調整されており、したがって、図４の太実線で示すように、その零分散波長は、石英系光ファイバの最低損失波長である１.５５μmよりも長波長側(１.８μm〜２.０μm程度)にずれている。
【００１５】
このため、図３の光増幅器の前後に接続される通信用光ファイバとして、上記の分散シフト型光ファイバを使用しても、信号光が増幅用光ファイバaによって増幅される際に分散が生じてしまい、高速伝送を行う場合にパルス波形が歪むなどの影響を及ぼす。特に、将来性が期待されているソリトン伝送を実現するためには、パルス波形の条件が厳しいので、このような波長分散の影響は極力小さくする必要がある。
【００１６】
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、信号光を増幅する機器内部で分散が生じないようにして、零分散を補償した光増幅器を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、信号光を誘導放出効果によって直接に増幅する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等の光学素子とを備えるとともに、これらの間が結合用光ファイバを介して光学的に接続されてなる光増幅器において、次の構成を採用している。
【００１８】
すなわち、請求項１記載に係る発明では、増幅用光ファイバはマイナスの分散値を有し、この増幅用光ファイバに、信号光が増幅用光ファイバを通ることにより生じる分散を打ち消す、分散値がプラスの分散調整用光ファイバが接続されている。
【００１９】
請求項２記載に係る発明では、増幅用光ファイバはマイナスの分散値を、信号光の通過経路上に位置する結合用光ファイバはプラスの分散値をそれぞれ有し、両光ファイバの分散が互いに打ち消し合うように各々の条長が設定されている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図１は、この光増幅器の全体構成を示す図である。
【００２３】
同図において、aは増幅用光ファイバ、bは励起光源、cは光カプラ、d，eはアイソレータ、f，gはコネクタ、p，rは結合用光ファイバであり、これらの構成は図３に示した従来例の場合と同様であるから、詳しい説明は省略する。
【００２４】
この実施形態の特徴は、増幅用光ファイバaに対して、信号光が増幅用光ファイバaを通ることにより生じる分散を打ち消す分散調整用光ファイバqが設けられていることである。
【００２５】
この分散調整用光ファイバqは、図１に示すように、信号光出射側のアイソレータeとコネクタgとの間に挿入されている。
【００２６】
ここで、増幅用光ファイバaの零分散波長をλa、その分散値をＤa、全長をＬa、結合用光ファイバpの零分散波長をλp、その分散値をＤp、全長をＬp、分散調整用光ファイバqの零分散波長をλq、その分散値をＤq、全長をＬqとすると、
λq＜λa                                        ▲１▼
Ｌq＝(Ｄa・Ｌa)＋(Ｄp・Ｌp)／Ｄq                ▲２▼
の条件を共に満たすように、分散調整用光ファイバqは、その零分散波長λqと全長Ｌqが設定されている。
【００２７】
具体的には、たとえば、λa＝１.９μm、Ｌa＝２５m、Ｄa＝−８０ps／km／nm、λp＝１.３１μm、Ｌp＝５m、Ｄp＝１８ps／(nm・km)、λq＝１.５μm、Ｄq＝２０ps／km／nmであるならば、▲２▼式の関係から、Ｌq＝９５.５mに設定される。
【００２８】
このようにすれば、図１に示した光増幅器自身の内部で分散が補償されて、この光増幅器から出射される信号光には歪が生じない。このため、この光増幅器の前後に通信用光ファイバとして分散シフト型光ファイバを接続する場合でも、信号光を低分散でかつ低伝送損失で通信することが可能となる。また、この実施形態１のように分散調整用光ファイバqを付加すれば、長さＬqの調整が容易であるため実施が容易である。
【００２９】
実施形態２
上記の実施形態１では、分散調整用光ファイバqを別途付加することにより分散を調整するようにしているが、この実施形態２では、このような分散調整用光ファイバqを設けずに、図３に示したのと同じ構成の下で、増幅用光ファイバaおよび信号光の通過経路上に位置する結合用光ファイバpの各全長を調整することで、各光ファイバa，pで生じる分散が互いに打ち消し合うようにしている。
【００３０】
すなわち、増幅用光ファイバaの零分散波長をλa、その分散値をＤa、全長をＬa、結合用光ファイバpの零分散波長をλp、その分散値をＤp、全長をＬpとすると、
λp＜λa                                        ▲３▼
Ｌp・Ｄp＝Ｄa・Ｌa                              ▲４▼
の条件を共に満たすように、両光ファイバa，pが設定されている。
【００３１】
具体的には、たとえば、λa＝１.９μm、Ｌa＝２５m、Ｄa＝−８０ps／km／nm、λp＝１.３１μm、Ｄp＝１８ps／(nm・km)であるならば、▲４▼式の関係から、Ｌp＝１１１mに設定される。
【００３２】
この実施形態２の場合も、光増幅器自身の内部で分散が補償されて、この光増幅器から出射される信号光には歪が生じない。このため、この光増幅器の前後に通信用光ファイバとして分散シフト型光ファイバを接続する場合でも、信号光を低分散でかつ低伝送損失で通信することが可能となる。
【００３３】
実施形態３
実施形態３は参考例で、この実施形態３では、図３に示したのと同じ構成の下で、増幅用光ファイバaおよび信号光の通過経路上に位置する結合用光ファイバpは、その零分散波長が、光増幅器の前後に接続される通信用光ファイバの最低伝送損失となる波長域に一致するようにシフトされた分散シフト型光ファイバで構成されている。
【００３４】
すなわち、光増幅器の前後に接続される図外の通信用光ファイバが、零分散波長を１.３μm帯から最低伝送損失の波長域である１.５５μm帯にシフトさせた分散シフト型光ファイバである場合、増幅用光ファイバaおよび結合用光ファイバpも、これに合わせて、零分散波長を１.３μm帯から１.５５μm帯にシフトさせた分散シフト型光ファイバを使用する。
【００３５】
この実施形態３の場合も、光増幅器自身の内部で分散が無いため、光増幅器から出射される信号光には歪が生じないので、信号光を低分散でかつ低伝送損失で通信することが可能となる。
【００３６】
なお、この実施形態３では、増幅用光ファイバaおよび結合用光ファイバpとして、分散シフト型光ファイバを使用したが、図２に示すように、信号光を伝送する通信用光ファイバの最低伝送損失となる波長域(ここでは１.５５μm)をカバーして低分散領域が広がった分散フラット型光ファイバを使用することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、光増幅器自身の内部で分散が補償されるため、この光増幅器から出射される信号光には分散が生じていない。したがって、この光増幅器の前後に通信用光ファイバとして分散シフト型光ファイバを接続する場合でも、信号光を低分散でかつ低伝送損失で通信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る光増幅器の構成図である。
【図２】分散フラット型光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図３】従来の光増幅器の構成図である。
【図４】各種の光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【符号の説明】
a…増幅用光ファイバ、b…励起光源、c…光カプラ、d，e…アイソレータ、f，g…コネクタ、p，r…結合用光ファイバ、q…分散調整用光ファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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