(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長を有する第１の励起光と所定の波長域の信号光とを入力して前記信号光を増幅して出力する、前記信号光の波長における（誘導放出断面積）／（吸収断面積）の値が第１の値である第１の増幅用光ファイバを備える第１の光増幅部と、
第２の波長を有する第２の励起光と前記第１の光増幅部から出力された光とを入力して前記信号光を増幅して出力する、前記信号光の波長における（誘導放出断面積）／（吸収断面積）の値が前記第１の値よりも小さな第２の値である第２の増幅用光ファイバを備える第２の光増幅部と、
第３の波長を有する第３の励起光と前記第２の光増幅部から出力された光とを入力して前記信号光を増幅して出力する、前記信号光の波長における（誘導放出断面積）／（吸収断面積）の値が前記第２の値よりも大きな第３の値である第３の増幅用光ファイバを備える第３の光増幅部と、
を備え、前記第１の光増幅部の第１の利得のスペクトル、前記第２の光増幅部の第２の利得のスペクトル、または、前記第３の光増幅部の第３の利得のスペクトルの夫々に比べて、前記第１の利得、前記第２の利得、および、前記第３の利得の総利得のスペクトルは波長変化に対して平坦であり、前記第２の増幅用光ファイバは、前記第１の増幅用光ファイバ及び前記第３の増幅用光ファイバの何れとも組成が異なり、
前記第１の増幅用光ファイバおよび前記第３の増幅用光ファイバはアルミニウムが共添加されたエルビウム添加光ファイバであり、前記第２の増幅用光ファイバはリンとアルミニウムが共添加されたエルビウム添加光ファイバである
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
前記所定の波長域における前記第１の利得のスペクトルは波長変化に対して第１の符号の傾斜を有し、前記所定の波長域における前記第３の利得のスペクトルは波長変化に対して第１の符号の傾斜を有するとともに、前記所定の波長域における前記第２の利得のスペクトルは波長変化に対して第１の符号とは逆の符号である第２の符号の傾斜を有する、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項３】
前記第１の増幅用光ファイバと前記第３の増幅用光ファイバとは同一組成である、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記第１の増幅用光ファイバと前記第２の増幅用光ファイバとの間に、１つ以上の光アイソレータを更に備える、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記第１の増幅用光ファイバと前記第２の光ファイバとの間には、前記第１の光ファイバから出力された光を第１の端子から入力し、第２の端子から出力するとともに、第３の端子から前記第１の励起光を入力し、前記第１の端子から前記第１の増幅用光ファイバへ向けて出力する第１の方向性光結合器を更に備える、ことを特徴とする請求項４記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
前記第１の波長は略０．９８μｍであり、前記第２の波長および前記第３の波長は略１．４８μｍである、ことを特徴とする請求項４記載の光ファイバ増幅器。
【請求項７】
前記第２の増幅用光ファイバと前記第３の増幅用光ファイバとの間に、１つ以上の光アイソレータを更に備える、ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記第１の励起光と前記第２の励起光とは同一の光源から供給されるものであり、前記第２の増幅用光ファイバと前記第３の光ファイバとの間には、前記第２の光ファイバから出力された光を第１の端子から入力し、第２の端子から出力するとともに、第３の端子から前記第１の励起光を入力し、前記第１の端子から前記第２の増幅用光ファイバへ向けて出力する第２の方向性光結合器を更に備える、ことを特徴とする請求項７記載の光ファイバ増幅器。
【請求項９】
前記光アイソレータの数は１個であり、前記光アイソレータと前記第３の増幅用光ファイバとの間に分散補償用光ファイバを更に備える、ことを特徴とする請求項４または７記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１０】
前記光アイソレータの数は２個以上であり、１つの前記光アイソレータと次段の前記光アイソレータとの間に分散補償用光ファイバを更に備える、ことを特徴とする請求項４または７記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１１】
前記光アイソレータの数は１個であり、前記光アイソレータと前記第３の増幅用光ファイバとの間に波長選択フィルタを更に備える、ことを特徴とする請求項４または７記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１２】
前記光アイソレータの数は２個以上であり、１つの前記光アイソレータと次段の前記光アイソレータとの間に波長選択フィルタを更に備える、ことを特徴とする請求項４または７記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１３】
前記光アイソレータの数は１個であり、前記光アイソレータと前記第３の増幅用光ファイバとの間に分岐用光カプラを更に備える、ことを特徴とする請求項４または７記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１４】
前記光アイソレータの数は２個以上であり、１つの前記光アイソレータと次段の前記光アイソレータとの間に分岐用光カプラを更に備える、ことを特徴とする請求項４または７記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムなどで使用される光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動作エネルギが光の形態で供給され、入力した信号光を増幅して出力する光ファイバ増幅器が光通信システムを中心に使用されている。特に、Ｅｒなどの希土類元素が添加された光ファイバを使用した光ファイバ増幅器は、高速性および低ノイズ性で優れており、研究・開発が活発に行われている。
【０００３】
従来から使用されている、１本の増幅用光ファイバを用いた光ファイバ増幅器では、波長分割多重（ＷＤＭ）信号を増幅すると長波長側ほど利得が利得が大きくなる傾向あり、各波長の信号間に利得偏差が発生するので問題となっていた。
【０００４】
この問題を解決する手法として、長波長側ほど利得が小さくなる利得特性を有する第２の増幅用光ファイバを従来から使用されている長波長側ほど利得が大きくなる利得特性を有する第１の増幅用光ファイバに継続接続して全体としての利得特性を平坦化する方式に光ファイバ増幅器が提案されている（「T.Kashiwada et al., OFC'95 Technical Digest, TuP1, pp.77-78 （従来例１）」、「中里  他、１９９５年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１１００、ｐｐ．５４６（従来例２）」、「光田  他、１９９３年電子情報通信学会総合大会、Ｃ−２９７、ｐｐ．４−３３３（従来例３）」）。
【０００５】
従来例１は、信号光の伝搬方向の下流側に長波長側ほど利得が大きくなる利得特性を有する第１の増幅用光ファイバであるアルミニウム共添加のエルビウム添加光ファイバ（以後、Ａ−ＥＤＦ）を配し、上流側に長波長側ほど利得が小さくなる大きくなる利得特性を有する第２の増幅用光ファイバであるリン−アルミニウム共添加のエルビウム添加光ファイバ（以後、Ｐ−ＥＤＦ）を配し、Ａ−ＥＤＦとＰ−ＥＤＦとを直接に光学的に接続するとともに、双方の増幅用光ファイバを波長＝１４８０μｍの励起光で励起している。そして、Ａ−ＥＤＦの長さとＰ−ＥＤＦの長さとを調整することにより、波長変化による利得変化の平坦化と大出力化を図っている。
【０００６】
また、従来例２は、信号光の伝搬方向の上流側に長波長側ほど利得が小さくなる大きくなる利得特性を有する第２の増幅用光ファイバであるＰ−ＥＤＦを配し、下流側に長波長側ほど利得が大きくなる利得特性を有する第１の増幅用光ファイバであるＡ−ＥＤＦを配し、Ｐ−ＥＤＦを光アイソレータを介して光学的に接続するとともに、双方の増幅用光ファイバを波長＝１４８０μｍの励起光で励起している。そして、Ｐ−ＥＤＦで生じる増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のＡ−ＥＤＦへの混入を防止して低雑音化を図っている。なお、従来例１と同様に、Ａ−ＥＤＦの長さとＰ−ＥＤＦの長さとを調整することにより、波長変化による利得変化の平坦化を図っている。
【０００７】
また、従来例３は、低雑音化と大出力化に注目し、２本の同種のエルビウム添加光ファイバを光アイソレータを介して光学的に接続し、上流側の増幅用光ファイバの励起光の波長を０．９８μｍとし、下流側の増幅用光ファイバの励起光の波長を主に１．４８μｍとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来使用されているＡ−ＥＤＦの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）とＰ−ＥＤＦ（リンのみが共添加されたエルビウム添加光ファイバを含む；以後同様）の（誘導放出断面積）／（吸収断面積）とを比べると、Ａ−ＥＤＦの単位長さ当たりの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）の方が大きい。
【０００９】
そして、（誘導放出断面積）／（吸収断面積）が大きいほど、雑音特性は良好であり、更に、増幅効率が良く、一定の励起光パワーの下で、一定の長さの時に出力できる信号を大きくできる。
【００１０】
また、光ファイバ増幅器の雑音特性は上流側の雑音特性で決定されるとともに、光ファイバ増幅器の最大信号光出力は下流側の増幅特性で決定される。
【００１１】
したがって、従来例１のように、Ｐ−ＥＤＦを上流側に配し、Ａ−ＥＤＦを下流側に配する構成では、大出力化は可能ではあっても低雑音化を図ることは困難である。また、Ｐ−ＥＤＦとＡ−ＥＤＦとの間に光アイソレータを配置して低雑音化を図っても、雑音特性と利得の平坦化とは、以下の理由で困難である。
【００１２】
すなわち、信号光の波長利得の平坦化のためには、Ｐ−ＥＤＦの長さとＡ−ＥＤＦの長さとは最適配分する必要があるが、低雑音化のためにはＰ−ＥＤＦを長くする必要がある。このため、長波長側の利得が小さくならざるを得ず、利得の平坦化が損なわれる。
【００１３】
一方、従来例２のように、Ａ−ＥＤＦを上流側に配し、Ｐ−ＥＤＦを下流側に配する構成では、低雑音化は可能であっても大出力化を図ることは困難であった。更に、ここで、Ｐ−ＥＤＦを長くして大出力化を試みると、長波長側の利得の小さい特性が強くなり、利得平坦化が損なわれる。
【００１４】
また、低雑音と大出力の両立を目指して、従来例３のように、波長＝０．９８μｍの励起光と波長＝１．４８μｍの励起光とを併用しても、上記と同様の支障を生じ、低雑音化、大出力化、および利得平坦化を同時に図ることは困難であった。
【００１５】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、低雑音かつ大出力であるとともに、利得の波長変化が平坦化された光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の光ファイバ増幅器は、（ａ）第１の波長を有する第１の励起光と所定の波長域の信号光とを入力して信号光を増幅して出力する、信号光の波長における（誘導放出断面積）／（吸収断面積）の値が第１の値である第１の増幅用光ファイバを備える第１の光増幅部と、（ｂ）第２の波長を有する第２の励起光と第１の光増幅部から出力された光とを入力して信号光を増幅して出力する、信号光の波長における（誘導放出断面積）／（吸収断面積）の値が前記第１の値よりも小さな第２の値である第２の増幅用光ファイバを備える第２の光増幅部と、（ｃ）第３の波長を有する第３の励起光と第２の光増幅部から出力された光とを入力して信号光を増幅して出力する、信号光の波長における（誘導放出断面積）／（吸収断面積）の値が前記第２の値よりも大きな第３の値である第３の増幅用光ファイバを備える第３の光増幅部とを備え、第１の光増幅部の第１の利得のスペクトル、第２の光増幅部の第２の利得のスペクトル、または、第３の光増幅部の第３の利得のスペクトルの夫々に比べて、第１の利得、第２の利得、および、第３の利得の総利得のスペクトルは波長変化に対して平坦であり、第２の増幅用光ファイバは、前記第１の増幅用光ファイバ及び前記第３の増幅用光ファイバの何れとも組成が異なり、前記第１の増幅用光ファイバおよび前記第３の増幅用光ファイバはアルミニウムが共添加されたエルビウム添加光ファイバであり、前記第２の増幅用光ファイバはリンとアルミニウムが共添加されたエルビウム添加光ファイバであることを特徴とする。
【００１７】
請求項１の光ファイバ増幅器では、３本の増幅用光ファイバを用い、最上流の第１の増幅用光ファイバの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）である第１の値と最下流の第３の増幅用光ファイバの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）である第３の値とを、中流の第２の増幅用光ファイバの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）である第２の値よりも大きくしている。したがって、最上流の第１の増幅用光ファイバで低雑音化が達成することができるとともに、最下流の第３の増幅用光ファイバで大出力化を達成でき、更に、第１、第２、および第３の増幅用光ファイバの総体として、波長に関する利得の平坦化が可能である。
【００１８】
ここで、所定の波長域における第１の利得のスペクトルは波長変化に対して第１の符号の傾斜を有し、所定の波長域における第３の利得のスペクトルは波長変化に対して第１の符号の傾斜を有するとともに、所定の波長域における第２の利得のスペクトルは波長変化に対して第１の符号とは逆の符号である第２の符号の傾斜を有することを特徴としてもよい。こうした関係は、第１の増幅用光ファイバと第３の増幅用光ファイバとを同一組成としつつ達成することが可能である。
【００１９】
また、▲１▼第１の増幅用光ファイバおよび第３の増幅用光ファイバをアルミニウムが共添加されたエルビウム添加光ファイバとし、第２の増幅用光ファイバはリンが共添加されたエルビウム添加光ファイバとする、または、▲２▼第２の増幅用光ファイバは、更にアルミニウムが共添加されていることにより、第１の符号が正であり第２の符号を負とした請求項１の光ファイバ増幅器が好適に実現される。
【００２０】
請求項４の光ファイバ増幅器は、請求項１の光ファイバ増幅器において、第１の増幅用光ファイバと第２の増幅用光ファイバとの間に、１つ以上の光アイソレータを更に備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項４の光ファイバ増幅器では、第２または第３の増幅用光ファイバで発生する増幅されたＡＳＥの第１の増幅用光ファイバへの混入が、光アイソレータによって阻止されるので、請求項１の光ファイバ増幅器より更に低雑音化が可能である。
【００２２】
ここで、第１の増幅用光ファイバと第２の光ファイバとの間には、第１の光ファイバから出力された光を第１の端子から入力し、第２の端子から出力するとともに、第３の端子から前記第１の励起光を入力し、前記第１の端子から前記第１の増幅用光ファイバへ向けて出力する第１の方向性光結合器を更に備えることを特徴としてもよい。こうした場合には、第１の波長を略０．９８μｍとすることが可能となり、更に、第１の増幅用光ファイバの雑音特性が向上でき、光ファイバ増幅器としての雑音特性の向上が可能となる。
【００２３】
請求項４の光ファイバ増幅器の構成とした場合、（１）光アイソレータの数は１個であり、光アイソレータと第２の増幅用光ファイバとの間に分散補償用光ファイバを更に備えることとすることや、（２）光アイソレータの数は２個以上であり、１つの光アイソレータと次段の光アイソレータとの間に分散補償用光ファイバを更に備えることとすることが可能である。
【００２４】
また、請求項４の光ファイバ増幅器の構成とした場合、（１）光アイソレータの数は１個であり、光アイソレータと第２の増幅用光ファイバとの間に波長選択フィルタを更に備えることとすることや、（２）光アイソレータの数は２個以上であり、１つの光アイソレータと次段の光アイソレータとの間に波長選択フィルタを更に備えることとすることが可能である。
【００２５】
また、請求項４の光ファイバ増幅器の構成とした場合、（１）光アイソレータの数は１個であり、光アイソレータと第２の増幅用光ファイバとの間に分岐用光カプラを更に備えることとすることや、（２）光アイソレータの数は２個以上であり、１つの光アイソレータと次段の光アイソレータとの間に分岐用光カプラを更に備えることとすることが可能である。
【００２６】
こうした、第１の増幅用光ファイバと第２の増幅用光ファイバとの間に光学部品を挿入させた場合には、光学部品で発生したノイズ光の第１の増幅用光ファイバへの混入が、光アイソレータによって阻止されるので、低雑音化が可能である。
【００２７】
請求項７の光ファイバ増幅器は、請求項１の光ファイバ増幅器において、第２の増幅用光ファイバと第３の増幅用光ファイバとの間に、１つ以上の光アイソレータを更に備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項７の光ファイバ増幅器では、第３の増幅用光ファイバで発生する増幅されたＡＳＥの第１または第２の増幅用光ファイバへの混入が、光アイソレータによって阻止されるので、請求項１の光ファイバ増幅器より更に低雑音化が可能である。
【００２９】
ここで、第１の励起光と第２の励起光とは同一の光源から供給されるものであり、第２の増幅用光ファイバと第３の光ファイバとの間には、第２の光ファイバから出力された光を第１の端子から入力し、第２の端子から出力するとともに、第３の端子から前記第１の励起光を入力し、前記第１の端子から前記第２の増幅用光ファイバへ向けて出力する第２の方向性光結合器を更に備えることを特徴としてもよい。
【００３０】
請求項７の光ファイバ増幅器の構成とした場合、（１）光アイソレータの数は１個であり、光アイソレータと第３の増幅用光ファイバとの間に分散補償用光ファイバを更に備えることとすることや、（２）光アイソレータの数は２個以上であり、１つの光アイソレータと次段の光アイソレータとの間に分散補償用光ファイバを更に備えることとすることが可能である。
【００３１】
請求項７の光ファイバ増幅器の構成とした場合、（１）光アイソレータの数は１個であり、光アイソレータと第３の増幅用光ファイバとの間に波長選択フィルタを更に備えることとすることや、（２）光アイソレータの数は２個以上であり、１つの光アイソレータと次段の光アイソレータとの間に波長選択フィルタを更に備えることとすることが可能である。
【００３２】
請求項７の光ファイバ増幅器の構成とした場合、（１）光アイソレータの数は１個であり、光アイソレータと第３の増幅用光ファイバとの間に分岐用光カプラを更に備えることとすることや、（２）光アイソレータの数は２個以上であり、１つの光アイソレータと次段の光アイソレータとの間に分岐用光カプラを更に備えることとすることが可能である。
【００３３】
こうした、第２の増幅用光ファイバと第３の増幅用光ファイバとの間に光学部品を挿入させた場合には、光学部品で発生したノイズ光の第１および第２の増幅用光ファイバへの混入が、光アイソレータによって阻止されるので、低雑音化が可能である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の光ファイバ増幅器の実施の形態を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の光ファイバ増幅器の第１実施形態の構成図である。図１に示すように、この装置は、（ａ）信号光を端子３１１から入力して端子３１２から出力するとともに、端子３１２から入射した光を端子３１１からは出力しない光アイソレータ３１０と、（ｂ）光アイソレータ３１０から出力された光を端子２１１から入力して端子２１２から出力するとともに、端子２１３から入力した波長＝１．４８μｍの励起光を入力して端子２１２から出力するＷＤＭカプラ２１０と、（ｃ）ＷＤＭカプラ２１０の端子２１２から出力された光を端子１１１から入力し、信号光を増幅して端子１１２から出力するＡ−ＥＤＦ１１０と、（ｄ）Ａ−ＥＤＦ１１０の端子１１２から出力された光を端子１２１から入力し、信号光を増幅して端子１２２から出力するＰ−ＥＤＦ１２０と、（ｅ）Ｐ−ＥＤＦ１２０の端子１２２から出力された光を端子１３１から入力し、信号光を増幅して端子１３２から出力するＡ−ＥＤＦ１３０と、（ｆ）Ａ−ＥＤＦ１３０の端子１３２から出力された光を端子２２１から入力して端子２２２から出力するとともに、端子２２３から入力した波長＝１．４８μｍの励起光を入力して端子２２１から出力するＷＤＭカプラ２２０と、（ｇ）ＷＤＭカプラ２２０の端子２２２から出力された光を端子３２１から入力して端子３２２から出力するとともに、端子３２２から入射した光を端子３２１からは出力しない光アイソレータ３２０と、（ｈ）３５ｍＷの出力で、波長＝１．４８μｍの励起光を発生し、ＷＤＭカプラ２１０へ向けて出力する光源４１０と、（ｉ）３５ｍＷの出力で、波長＝１．４８μｍの励起光を発生し、ＷＤＭカプラ２２０へ向けて出力する光源４２０とを備える。
【００３６】
以下、本実施形態の光ファイバ増幅器の仕様として、−１８ｄＢｍ／チャンネルの光パワーを持つ４波の信号光（各チャンネル波長＝１．５４３μｍ、１．５４８μｍ、１．５５３μｍ、１．５５８μｍ）を、最低＋９ｄＢｍ／チャンネル以上の増幅を行なうものとし、Ａ−ＥＤＦ１１０、１３０の諸元が表１であるとともに、Ｐ−ＥＤＦ１２０の諸元が表２であるとする。
【００３７】
【表１】
0003839861.tif 000002
【００３８】
【表２】
0003839861.tif 000003
【００３９】
これらのＡ−ＥＤＦおよびＰ−ＥＤＦの信号光の波長と（誘導放出断面積）／（吸収断面積）との関係は、図２のグラフに示す通りである。
【００４０】
上記の条件のもとで、利得の平坦化を最適化して本実施形態の光ファイバ増幅器を構成すると、Ａ−ＥＤＦ１１０の長さ＝７ｍ、Ｐ−ＥＤＦ１２０の長さ＝７ｍ、Ａ−ＥＤＦ１３０の長さ＝１２ｍとなる。
【００４１】
図３は、本実施形態の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性との比較のために光学的伝送特性を測定した比較例の構成図である。
【００４２】
図３（ａ）は、本実施形態の装置におけるＡ−ＥＤＦ１１０、Ｐ−ＥＤＦ１２０、およびＡ−ＥＤＦ１３０の組合わせに代えて、上流側に表１の諸元のＡ−ＥＤＦ９１０を配し、下流側に表２の諸元のＰ−ＥＤＦ９２０を配したものである（比較例１）。この構成で、増幅用光ファイバの合計の長さを本実施形態と略同一とするとともに、利得の平坦化を最適化して光ファイバ増幅器を構成した結果、Ａ−ＥＤＦ９１０の長さ＝１４ｍ、Ｐ−ＥＤＦ９１０の長さ＝１２ｍであった。
【００４３】
図３（ｂ）は、本実施形態の装置におけるＡ−ＥＤＦ１１０、Ｐ−ＥＤＦ１２０、およびＡ−ＥＤＦ１３０の組合わせに代えて、上流側に表２の諸元のＰ−ＥＤＦ９３０を配し、下流側に表１の諸元のＡ−ＥＤＦ９４０を配したものである（比較例２）。この構成で、増幅用光ファイバの合計の長さを本実施形態と略同一とするとともに、利得の平坦化を最適化して光ファイバ増幅器を構成した結果、Ｐ−ＥＤＦ９３０の長さ＝６ｍ、Ａ−ＥＤＦ９４０の長さ＝１２ｍであった。
【００４４】
図４は、本実施形態、比較例１、および、比較例２の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性を示すグラフである。図４（ａ）は信号光波長と出力光パワーとの関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は信号光波長とノイズ指数（ＮＦ）との関係を示すグラフである。図４（ａ）から大出力化および利得平坦化には本実施形態および比較例２の光ファイバ増幅器が優れていること、および、図４（ｂ）から低雑音化には本実施形態および比較例１の光ファイバ増幅器が優れていることが判る。すなわち、図４から、本実施形態の光ファイバ増幅器は従来の光ファイバ増幅器である比較例１および２に比べて、大出力化、低雑音化、および利得平坦化の総合的な光学的伝送特性として優れていることが確認される。
【００４５】
（第２実施形態）
図５は、本発明の光ファイバ増幅器の第２実施形態の構成図である。図５に示すように、この装置は、（ａ）信号光を端子３１１から入力して端子３１２から出力するとともに、端子３１２から入射した光を端子３１１からは出力しない光アイソレータ３１０と、（ｂ）光アイソレータ３１０の端子３１２から出力された光を端子１４１から入力し、信号光を増幅して端子１４２から出力するＡ−ＥＤＦ１４０と、（ｃ）Ａ−ＥＤＦ１４０の端子１４２から出力された光を端子２２１から入力して端子２２２から出力するとともに、端子２２３から入力した波長＝１．４８μｍの励起光を入力して端子２２１から出力するＷＤＭカプラ２２０と、（ｄ）ＷＤＭカプラ２２０の端子２２２から出力された光を端子３３１から入力して端子３３２から出力するとともに、端子３３２から入射した光を端子３３１からは出力しない光アイソレータ３３０と、（ｅ）光アイソレータ３３０の端子３３２から出力された光を入力して出力する伝送損失を伴う光部品５１０と、（ｆ）光部品５１０から出力された光を端子２１１から入力して端子２１２から出力するとともに、端子２１３から入力した波長＝１．４８μｍの励起光を入力して端子２１２から出力するＷＤＭカプラ２１０と、（ｇ）ＷＤＭカプラ２１０の端子２１２から出力された光を端子１５１から入力し、信号光を増幅して端子１５２から出力するＰ−ＥＤＦ１５０と、（ｈ）Ｐ−ＥＤＦ１５０の端子１５２から出力された光を端子１６１から入力し、信号光を増幅して端子１６２から出力するＡ−ＥＤＦ１６０と、（ｉ）Ａ−ＥＤＦ１６０の端子１６２から出力された光を端子３２１から入力して端子３２２から出力するとともに、端子３２２から入射した光を端子３２１からは出力しない光アイソレータ３２０と、（ｈ）５０ｍＷの出力で、波長＝１．４８μｍの励起光を発生し、ＷＤＭカプラ２２０へ向けて出力する光源４３０と、（ｉ）７０ｍＷの出力で、波長＝１．４８μｍの励起光を発生し、ＷＤＭカプラ２１０へ向けて出力する光源４４０とを備える。
【００４６】
光部品５１０としては、分散補償光ファイバや光分岐カプラなどがある。以後、本実施形態では光部品５１０の伝送損失として８ｄＢを想定する。
【００４７】
信号光が１．５５μｍ帯であり、既に敷設された光ファイバ伝送路が１．３μｍ帯にゼロ分散波長を有する、通常シングルモード光ファイバであった場合に、その分散を補償する手段が必要となる。こうした分散補償用の光部品として分散補償光ファイバが好適に使用できる。光部品５１０として８ｄＢの伝送損失が許容されるのであれば、ＦＯＭ（Figure Of Merit ）＝２３０ｐｓ／ｎｍ／ｄＢの分散補償ファイバを用いると、１８４０ｐｓ／ｎｍまでの波長分散が補償可能となる。通常シングルモード光ファイバの波長分散の平均は１６．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍなので、約１１０ｋｍまでは波長分散による光学的伝送特性の劣化なしに中継区間を延長することができる。
【００４８】
また、近年、光通信システムのネットワーク構成の高度化が盛んに行なわれ、従来の単なる中継ではなく、分岐の必要性が高まっている。光部品５１０として８ｄＢの伝送損失が許容されるのであれば、１：６の分岐までは可能なので、光部品５１０として光分岐カプラを使用すれば、中継に加えて、光分岐カプラ近傍の５個までの受信器に信号を送ることができる。
【００４９】
第１実施形態と同様に、本実施形態の光ファイバ増幅器の仕様として、−１８ｄＢｍ／チャンネルの光パワーを持つ４波の信号光（各チャンネル波長＝１．５４３μｍ、１．５４８μｍ、１．５５３μｍ、１．５５８μｍ）を、最低＋９ｄＢｍ／チャンネル以上の増幅を行なうものとし、Ａ−ＥＤＦ１４０、１６０の諸元が表１であるとともに、Ｐ−ＥＤＦ１５０の諸元が表２であるとする。
【００５０】
上記の条件のもとで、利得の平坦化を最適化して本実施形態の光ファイバ増幅器を構成すると、Ａ−ＥＤＦ１４０の長さ＝１０ｍ、Ｐ−ＥＤＦ１５０の長さ＝４ｍ、Ａ−ＥＤＦ１６０の長さ＝１３ｍとなる。
【００５１】
（第３実施形態）
図６は、本発明の光ファイバ増幅器の第３実施形態の構成図である。図６に示すように、この装置は、第２実施形態の装置の光源４３０に代えて、５０ｍＷの出力で、波長＝０．９８μｍの励起光を発生し、ＷＤＭカプラ２２０へ向けて出力する光源４５０を採用した点、および、Ａ−ＥＤＦ１４０に代えて、波長＝０．９８μｍの励起光に適する、カットオフ波長が０．９８μｍよりも短いＡ−ＥＤＦ１４５を採用し、Ａ−ＥＤＦ１４５を光アイソレータ３１０の端子３１２から出力された光を端子１４６から入力し、信号光を増幅して端子１４７から出力する１番目のＥＤＦとした点のみが第２実施例と異なる。なお、第２実施形態と同様に、以後、本実施形態でも光部品５１０の伝送損失として８ｄＢを想定する。
【００５２】
本実施形態の光ファイバ増幅器の仕様として、−１８ｄＢｍ／チャンネルの光パワーを持つ４波の信号光（各チャンネル波長＝１．５４３μｍ、１．５４８μｍ、１．５５３μｍ、１．５５８μｍ）を、最低＋９ｄＢｍ／チャンネル以上の増幅を行なうものとし、Ａ−ＥＤＦ１４５の諸元が表３であるとする。
【００５３】
【表３】
0003839861.tif 000004
【００５４】
上記の条件のもとで、利得の平坦化を最適化して本実施形態の光ファイバ増幅器を構成すると、Ａ−ＥＤＦ１４５の長さ＝１３ｍとなる。
【００５５】
（第４実施形態）
図７は、本発明の光ファイバ増幅器の第４実施形態の構成図である。図７に示すように、この装置は、光部品５１０の直後の下流側に図８の透過特性を有する光フィルタ５２０を挿入した点が第３実施形態と異なる。
【００５６】
図９は、第２、３、４実施形態の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性との比較のために光学的伝送特性を測定した比較例の構成図である。
【００５７】
図９（ａ）は、第２実施形態の装置におけるＡ−ＥＤＦ１４０、Ｐ−ＥＤＦ１５０、およびＡ−ＥＤＦ１６０の組合わせに代えて、上流側に表１の諸元のＡ−ＥＤＦ９５０を配し、下流側に表２の諸元のＰ−ＥＤＦ９６０を配したものである（比較例３）。この構成で、増幅用光ファイバの合計の長さを第２実施形態と略同一とするとともに、利得の平坦化を最適化して光ファイバ増幅器を構成した結果、Ａ−ＥＤＦ９５０の長さ＝２０ｍ、Ｐ−ＥＤＦ９６０の長さ＝８ｍであった。
【００５８】
図９（ｂ）は、第２実施形態の装置におけるＡ−ＥＤＦ１４０、Ｐ−ＥＤＦ１５０、およびＡ−ＥＤＦ１６０の組合わせに代えて、上流側に表２の諸元のＰ−ＥＤＦ９７０を配し、下流側に表１の諸元のＡ−ＥＤＦ９８０を配したものである（比較例４）。この構成で、増幅用光ファイバの合計の長さを本実施形態と略同一とするとともに、利得の平坦化を最適化して光ファイバ増幅器を構成した結果、Ｐ−ＥＤＦ９７０の長さ＝５ｍ、Ａ−ＥＤＦ９８０の長さ＝２２ｍであった。
【００５９】
図１０は、第２、３、４実施形態、比較例３、および、比較例４の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性を示すグラフである。図１０（ａ）は信号光波長と出力光パワーとの関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）は信号光波長とノイズ指数（ＮＦ）との関係を示すグラフである。図１０（ａ）から大出力化および利得平坦化には第２、３、４実施形態の光ファイバ増幅器が優れていること、および、図１０（ｂ）から低雑音化には第２、３、４実施形態および比較例３の光ファイバ増幅器が優れていることが判る。すなわち、図１０から、第２、３、４実施形態の光ファイバ増幅器は従来の光ファイバ増幅器である比較例３および４に比べて、大出力化、低雑音化、および利得平坦化の総合的な光学的伝送特性として優れていることが確認される。
【００６０】
また、図１０と図４とで、第２実施形態と第１実施形態とを比較すると、光アイソレータ３３０の付加と、最上流の増幅用光ファイバへの励起光の注入方向によって、ＮＦが改善されていることが確認される。
【００６１】
また、図１０で第２実施形態と第３実施形態とを比較すると、最上流の増幅用光ファイバの励起項の波長を１．４８μｍから０．９８μｍへ変更することで、ＮＦが１ｄＢ近く低減することが確認される。
【００６２】
また、図１０で第３実施形態と第４実施形態とを比較すると、光フィルタ５２０の挿入により更にＮＦが低減することが確認される。
【００６３】
なお、図示していないが、第３実施形態に対する第４実施形態の変形を第２に実施形態に施せば、第４実施形態における第３実施形態に対するのと同様のＮＦの低減が図られる。
【００６４】
更に、第２、３実施形態で光部品５１０の下流側の直後または第４実施形態の光フィルタ５２０の下流側の直後に上流側から下流側にのみ光を通過させる光アイソレータを挿入しても、図１０と同様の光学的伝送特性を示す。
【００６５】
こうした光部品５１０や光部品５１０および光フィルタ５２０を光アイソレータで挟む構成は光部品５１０や光フィルタ５２０が反射性を有する場合に、中流のＰ−ＥＤＦまたは下流のＡ−ＥＤＦで発生した増幅されたＡＳＥが再び中流のＰ−ＥＤＦや下流のＡ−ＥＤＦに混入することを防止するのに好適である。
【００６６】
本実施形態の光ファイバ増幅器を多段に接続した場合には、光フィルタ５２０を挿入しない光ファイバ増幅器を多段に接続した場合に比べて、１．５３μｍ付近の波長を有するＡＳＥの増幅によって励起光パワーが消費される量が少なくなるので、効率的な信号光の増幅が可能となり、最終的な出力パワーを向上することができる。
【００６７】
（第５実施形態）
図１１は、本発明の光ファイバ増幅器の第５実施形態の構成図である。図１１に示すように、この装置は、（ａ）信号光を端子３１１から入力して端子３１２から出力するとともに、端子３１２から入射した光を端子３１１からは出力しない光アイソレータ３１０と、（ｂ）光アイソレータ３１０の端子３１２から出力された光を端子１７１から入力し、信号光を増幅して端子１７２から出力するＡ−ＥＤＦ１７０と、（ｃ）Ａ−ＥＤＦ１７０の端子１７２から出力された光を端子１８１から入力し、信号光を増幅して端子１８２から出力するＰ−ＥＤＦ１８０と、（ｄ）Ｐ−ＥＤＦ１８０の端子１８２から出力された光を端子２２１から入力して端子２２２から出力するとともに、端子２２３から入力した波長＝１．４８μｍの励起光を入力して端子２２１から出力するＷＤＭカプラ２２０と、（ｅ）ＷＤＭカプラ２２０の端子２２２から出力された光を端子３３１から入力して端子３３２から出力するとともに、端子３３２から入射した光を端子３３１からは出力しない光アイソレータ３３０と、（ｆ）光アイソレータ３３０の端子３３２から出力された光を入力して出力する伝送損失を伴う光部品５１０と、（ｇ）光部品５１０から出力された光を端子２１１から入力して端子２１２から出力するとともに、端子２１３から入力した波長＝１．４８μｍの励起光を入力して端子２１２から出力するＷＤＭカプラ２１０と、（ｈ）ＷＤＭカプラ２１０の端子２１２から出力された光を端子１９１から入力し、信号光を増幅して端子１９２から出力するＡ−ＥＤＦ１９０と、（ｉ）Ａ−ＥＤＦ１９０の端子１９２から出力された光を端子２３１から入力して端子２３２から出力するとともに、端子２３３から入力した波長＝１．４８μｍの励起光を入力して端子２３２から出力するＷＤＭカプラ２３０と、（ｊ）ＷＤＭカプラ２３０の端子２３２から出力された光を端子３２１から入力して端子３２２から出力するとともに、端子３２２から入射した光を端子３２１からは出力しない光アイソレータ３２０と、（ｋ）５０ｍＷの出力で、波長＝１．４８μｍの励起光を発生し、ＷＤＭカプラ２２０へ向けて出力する光源４３０と、（ｌ）７０ｍＷの出力で、波長＝１．４８μｍの励起光を発生し、ＷＤＭカプラ２１０、２３０へ向けて出力する光源４４０とを備える。
【００６８】
光部品５１０としては、第２実施形態と同様に、分散補償光ファイバや光分岐カプラなどがある。以後、本実施形態では光部品５１０の伝送損失として８ｄＢを想定する。
【００６９】
第１実施形態と同様に、本実施形態の光ファイバ増幅器の仕様として、−１８ｄＢｍ／チャンネルの光パワーを持つ４波の信号光（各チャンネル波長＝１．５４３μｍ、１．５４８μｍ、１．５５３μｍ、１．５５８μｍ）を、最低＋９ｄＢｍ／チャンネル以上の増幅を行なうものとし、Ａ−ＥＤＦ１７０、１９０の諸元が表１であるとともに、Ｐ−ＥＤＦ１８０の諸元が表２であるとする。
【００７０】
上記の条件のもとで、利得の平坦化を最適化して本実施形態の光ファイバ増幅器を構成すると、Ａ−ＥＤＦ１４０の長さ＝１２ｍ、Ｐ−ＥＤＦ１５０の長さ＝２ｍ、Ａ−ＥＤＦ１６０の長さ＝１２ｍとなる。
【００７１】
図１２は、本実施形態および第２実施形態の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性を示すグラフである。図１２（ａ）は信号光波長と出力光パワーとの関係を示すグラフであり、図１２（ｂ）は信号光波長とノイズ指数（ＮＦ）との関係を示すグラフである。図１２から、本実施形態は第２実施形態と同様の光学的伝送特性を有することが確認される。
【００７２】
なお、光部品５１０として光分岐カプラを使用した場合には、同一の分岐数であれば、第２実施形態の場合よりも本実施形態の場合の方が光分岐カプラの信号出力を大きくできるので、中間分岐後の光受信器設置位置をより遠方に設定できる。
【００７３】
なお、図示していないが、第３実施形態に対する第４実施形態の変形を第５実施形態に施せば、第４実施形態における第３実施形態に対するのと同様のＮＦの低減が図られる。
【００７４】
更に、第２実施形態と同様に、光部品５１０の下流側の直後上流側から下流側にのみ光を通過させる光アイソレータを挿入しても、図１２と同様の光学的伝送特性を示す。
【００７５】
こうした光部品５１０や光部品５１０および光フィルタ５２０を光アイソレータで挟む構成は、第２実施形態と同様に、光部品５１０や光フィルタ５２０が反射性を有する場合に、下流のＡ−ＥＤＦで発生した増幅されたＡＳＥが再び下流のＡ−ＥＤＦに混入することを防止するのに好適である。
【００７６】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく変形が可能である。例えば、Ａ−ＥＤＦやＰ−ＥＤＦの諸元は上記の実施形態以外の諸元を採用することも可能である。その場合には、各増幅用光ファイバの長さを適宜最適化する必要がある。
【００７７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、請求項１の光ファイバ増幅器によれば、３本の増幅用光ファイバを用い、最上流の第１の増幅用光ファイバの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）である第１の値と最下流の第３の増幅用光ファイバの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）である第３の値とを、中流の第２の増幅用光ファイバの（誘導放出断面積）／（吸収断面積）である第２の値よりも大きくしているので、第１、第２、および第３の増幅用光ファイバの総体として、波長に関する利得の平坦化が可能であるとともに、総体として低雑音化、大出力化を達成することができる。
【００７８】
また、請求項４の光ファイバ増幅器によれば、請求項１の光ファイバ増幅器において、第１の増幅用光ファイバと第２の増幅用光ファイバとの間に、１つ以上の光アイソレータを更に備えることとしたので、第２または第３の増幅用光ファイバで発生する増幅されたＡＳＥの第１の増幅用光ファイバへの混入が、光アイソレータによって阻止されるので、請求項１の光ファイバ増幅器より更に低雑音化が可能である。
【００７９】
また、請求項７の光ファイバ増幅器によれば、請求項１の光ファイバ増幅器において、第２の増幅用光ファイバと第３の増幅用光ファイバとの間に、１つ以上の光アイソレータを更に備えることとしたので、第３の増幅用光ファイバで発生する増幅されたＡＳＥの第１または第２の増幅用光ファイバへの混入が、光アイソレータによって阻止されるので、請求項１の光ファイバ増幅器より更に低雑音化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ増幅器の第１実施形態の構成図である。
【図２】Ａ−ＥＤＦおよびＰ−ＥＤＦの信号光の波長と（誘導放出断面積）／（吸収断面積）との関係を示すグラフである。
【図３】第１実施形態の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性との比較のために光学的伝送特性を測定した比較例１、２の構成図である。
【図４】第１実施形態、比較例１、および、比較例２の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性を示すグラフである。
【図５】本発明の光ファイバ増幅器の第２実施形態の構成図である。
【図６】本発明の光ファイバ増幅器の第３実施形態の構成図である。
【図７】本発明の光ファイバ増幅器の第４実施形態の構成図である。
【図８】光フィルタ５２０の透過特性を示すグラフである。
【図９】第２、３、４実施形態の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性との比較のために光学的伝送特性を測定した比較例３、４の構成図である。
【図１０】第２、３、４実施形態、比較例３、および、比較例４の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の光ファイバ増幅器の第５実施形態の構成図である。
【図１２】本実施形態および第２実施形態の光ファイバ増幅器の光学的伝送特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１０，１３０，１４０，１４５，１６０，１７０，１９０…Ａ−ＥＤＦ、１２０，１５０，１８０…Ｐ−ＥＤＦ、２１０，２２０…ＷＤＭカプラ、３１０，３２０，３３０…光アイソレータ、４１０，４２０，４３０，４４０，４５０…光源、５１０…光部品、５２０…光フィルタ。
【図１】
0003839861.tif 000005
【図２】
0003839861.tif 000006
【図３】
0003839861.tif 000007
【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】
0003839861.tif 000013
【図１０】
0003839861.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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