JPH03134632A - 光ファイバ増幅方法および光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅方法および光ファイバ増幅器Info
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- JPH03134632A JPH03134632A JP1272895A JP27289589A JPH03134632A JP H03134632 A JPH03134632 A JP H03134632A JP 1272895 A JP1272895 A JP 1272895A JP 27289589 A JP27289589 A JP 27289589A JP H03134632 A JPH03134632 A JP H03134632A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
- H01S3/06758—Tandem amplifiers
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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- H01S3/1301—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
- H01S3/13013—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by controlling the optical pumping
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は希土類添加光ファイバ中で信号光を光増幅する
光ファイバ増幅器に関する。
光ファイバ増幅器に関する。
(従来の技術)
近年、光通信用中継器の小形化・経済化、あるいは光分
岐による損失の補償などを目的として、信号光を光電変
換することなく増幅する光増幅器に関する研究が活発に
行なわれている。光増幅方式としては、これまでに■半
導体レーザ媒質を用いるもの、■コツ部にEr等の希土
類元素を添加した光ファイバを用いるもの、■光ファイ
バの誘導ラマン散乱、誘導ブリユアン散乱などの非線形
光学効果を用いるもの等が報告されている。これらの中
で、Er添加光ファイバを用いる光増幅器(Er添加光
ファイバ増幅器)は、光ファイバの最低損失波長域であ
る波長1.511m帯で20dB以上という高利得が得
られることや、利得の偏光依存性がほとんどない等の特
長を有することから最近盛んに研究開発が行なわれてい
る(例えば、オー・プラス・イー[OplusEl、第
113巻(1989年)、75−82ページ、および電
子情報通信学会・光量子エレクトロニクス研究会、第0
QE88−123巻(1989年)、85−90ページ
を参照)。この方式では、Erイオンの吸収波長と等し
い波長の励起光を信号光とともにEr添加光ファイバに
入射させて光増幅を行なう。
岐による損失の補償などを目的として、信号光を光電変
換することなく増幅する光増幅器に関する研究が活発に
行なわれている。光増幅方式としては、これまでに■半
導体レーザ媒質を用いるもの、■コツ部にEr等の希土
類元素を添加した光ファイバを用いるもの、■光ファイ
バの誘導ラマン散乱、誘導ブリユアン散乱などの非線形
光学効果を用いるもの等が報告されている。これらの中
で、Er添加光ファイバを用いる光増幅器(Er添加光
ファイバ増幅器)は、光ファイバの最低損失波長域であ
る波長1.511m帯で20dB以上という高利得が得
られることや、利得の偏光依存性がほとんどない等の特
長を有することから最近盛んに研究開発が行なわれてい
る(例えば、オー・プラス・イー[OplusEl、第
113巻(1989年)、75−82ページ、および電
子情報通信学会・光量子エレクトロニクス研究会、第0
QE88−123巻(1989年)、85−90ページ
を参照)。この方式では、Erイオンの吸収波長と等し
い波長の励起光を信号光とともにEr添加光ファイバに
入射させて光増幅を行なう。
(発明が解決しようとする課題)
Er添加光ファイバ増幅器をはじめとする希土類添加光
ファイバ増幅器を光通信システムなどに応用する場合、
出力される増幅信号光パワーが所定値になるように増幅
利得を制御することが、システムを安定に動作させる上
で望ましい。これは、最も簡単には、Er添加光ファイ
バへ入力する励起光パワーを変えることによって行なえ
る。しかしながら、従来のEr添加光ファイバ増幅器で
は、20dB程度以上の高利得を得るために励起光パワ
ーを増やした状態では、励起光パワーに対する増幅利得
の変化量が小さいという特性がある。このために、利得
制御において十分なダイナミックレンジが得られないと
いう欠点があった。また、ダイナミックレンジを拡大す
るには、励起光を大振幅変調しなければならないという
問題があった。
ファイバ増幅器を光通信システムなどに応用する場合、
出力される増幅信号光パワーが所定値になるように増幅
利得を制御することが、システムを安定に動作させる上
で望ましい。これは、最も簡単には、Er添加光ファイ
バへ入力する励起光パワーを変えることによって行なえ
る。しかしながら、従来のEr添加光ファイバ増幅器で
は、20dB程度以上の高利得を得るために励起光パワ
ーを増やした状態では、励起光パワーに対する増幅利得
の変化量が小さいという特性がある。このために、利得
制御において十分なダイナミックレンジが得られないと
いう欠点があった。また、ダイナミックレンジを拡大す
るには、励起光を大振幅変調しなければならないという
問題があった。
本発明の目的は、上記のような従来の希土類添加光ファ
イバ増幅器の欠点を除去し、従来に比べて利得制御のダ
イナミックレンジか広く、かつ、簡便に増幅利得を制御
できるようにした光ファイバ増幅器を提供することにあ
る。
イバ増幅器の欠点を除去し、従来に比べて利得制御のダ
イナミックレンジか広く、かつ、簡便に増幅利得を制御
できるようにした光ファイバ増幅器を提供することにあ
る。
(課題を解決するための手段)
本発明の光ファイバ増幅方法は、光学的に縦続接続され
た2本以上の希土類添加光ファイバのそれぞれに励起光
を入射し信号光を増幅する光ファイバ増幅方法であって
、前記励起光のうちの少なくとも1つは前記希土類添加
光ファイバの増幅利得が励起光パワーにほぼ比例する領
域の光出力パワーとすることを特徴とする。
た2本以上の希土類添加光ファイバのそれぞれに励起光
を入射し信号光を増幅する光ファイバ増幅方法であって
、前記励起光のうちの少なくとも1つは前記希土類添加
光ファイバの増幅利得が励起光パワーにほぼ比例する領
域の光出力パワーとすることを特徴とする。
本発明の光ファイバ増幅器は、光学的に縦続接続された
2本以上の希土類添加光ファイバと、複数個の励起光源
と、前記励起光源から出力される励起光を前記希土類添
加光ファイバにそれぞれ入射させるための光合波手段と
、増幅された信号光の一部を検出するための光検出器と
、前記光検出器の出力に対応して前記複数個の励起光源
の少なくともひとつの励起光源の出力を制御するための
制御手段とを含むことを特徴とする。
2本以上の希土類添加光ファイバと、複数個の励起光源
と、前記励起光源から出力される励起光を前記希土類添
加光ファイバにそれぞれ入射させるための光合波手段と
、増幅された信号光の一部を検出するための光検出器と
、前記光検出器の出力に対応して前記複数個の励起光源
の少なくともひとつの励起光源の出力を制御するための
制御手段とを含むことを特徴とする。
(作用)
希土類添加光ファイバ増幅器では、光励起によって反転
分布を形成するが、低励起時には増幅利得は励起光パワ
ーにほぼ比例して増加する。しかし、反転分布量には上
限があるので、励起光パワーを増加させるにともなって
増幅利得は徐々に飽和し始める。そして、十分に励起し
た高励起状態になると、さらに励起光パワーを大きくし
ても増幅利得はほとんど増えなくなる。
分布を形成するが、低励起時には増幅利得は励起光パワ
ーにほぼ比例して増加する。しかし、反転分布量には上
限があるので、励起光パワーを増加させるにともなって
増幅利得は徐々に飽和し始める。そして、十分に励起し
た高励起状態になると、さらに励起光パワーを大きくし
ても増幅利得はほとんど増えなくなる。
本発明は、希土類添加光ファイバにおいて、励起がそれ
ほど高くない時には前述の様に増幅利得が励起光パワー
にほぼ比例することに着目し、2本以上の希土類添加光
ファイバを縦続接続して用い、片方の光ファイバは十分
に励起して高利得を得るために、他方の光ファイバは低
励起状態として利得制御のために動作させるものである
。この結果、本発明では、従来の比べて簡便で、かつ、
利得制御のダイナミックレンジが広い希土類添加光ファ
イバ増幅器を実現できる。
ほど高くない時には前述の様に増幅利得が励起光パワー
にほぼ比例することに着目し、2本以上の希土類添加光
ファイバを縦続接続して用い、片方の光ファイバは十分
に励起して高利得を得るために、他方の光ファイバは低
励起状態として利得制御のために動作させるものである
。この結果、本発明では、従来の比べて簡便で、かつ、
利得制御のダイナミックレンジが広い希土類添加光ファ
イバ増幅器を実現できる。
(実施例)
次に、図面を参照して、本発明の利得制御光ファイバ増
幅器について詳細に説明する。
幅器について詳細に説明する。
第1図は、本発明による光ファイバ増幅器の実施例の構
成図である。この実施例では、2本のEr添加光ファイ
バを縦続接続して用いている。図において、Er添加光
ファイバ11.12は、いずれも内骨は化学的気相析出
法(MCVD法)によって作製したコア径711m、長
さ20m、 Er濃度300ppmのEr添加単一モー
ド光ファイバ、光合分波器21.22.23は、波長1
.48pm帯の励起光と1.54μm帯の信号光と金波
および分波が可能な波長多重用単一モード光ファイバカ
ップラである。この光ファイバカップラは、波長1.5
4pm帯での損失が0.5dB以下であり、Er添加光
ファイバとは損失0.1dB以下でスプライス接続され
ている。また、励起光源31.32は、最大出力として
100mWが得られる波長1.48pmのInGaAs
P/InPファブリペロ型半導体レーザである。41.
42はこれら励起光源を駆動する駆動電源である。さら
に、光検出器6は、InGaAsフォトダイオード、光
分岐素子5は信号光波長1.54pm帯での分岐比が1
0対1の単一モード光ファイバカップラである。
成図である。この実施例では、2本のEr添加光ファイ
バを縦続接続して用いている。図において、Er添加光
ファイバ11.12は、いずれも内骨は化学的気相析出
法(MCVD法)によって作製したコア径711m、長
さ20m、 Er濃度300ppmのEr添加単一モー
ド光ファイバ、光合分波器21.22.23は、波長1
.48pm帯の励起光と1.54μm帯の信号光と金波
および分波が可能な波長多重用単一モード光ファイバカ
ップラである。この光ファイバカップラは、波長1.5
4pm帯での損失が0.5dB以下であり、Er添加光
ファイバとは損失0.1dB以下でスプライス接続され
ている。また、励起光源31.32は、最大出力として
100mWが得られる波長1.48pmのInGaAs
P/InPファブリペロ型半導体レーザである。41.
42はこれら励起光源を駆動する駆動電源である。さら
に、光検出器6は、InGaAsフォトダイオード、光
分岐素子5は信号光波長1.54pm帯での分岐比が1
0対1の単一モード光ファイバカップラである。
本実施例の光ファイバ増幅器では、信号光は、励起光源
31から出射された励起光と光ファイバカップラ21に
よって合波され、Er添加光ファイバ11に入射される
。このEr添加光ファイバ中で増幅された信号光は、新
たに励起光源32からの励起光と光ファイバカップラ2
2によって合波され、Er添加光ファイバ12に入力さ
れる。そして、この光ファイバを伝搬したあと、光ファ
イバカップラ23によって励起光と分波されて出力され
る。さらに、この出力信号光は、その約−割が分岐比1
0対1の単一モード光ファイバカップラ5によって分け
られフォトダイオード6で受光されている。制御回路7
は、フォトダイオード6の出力に応じて駆動電源42の
電流を増減させ、InGaAsP/InPファブリペロ
型半導体レーザ32から出力される励起光パワーを制御
している。
31から出射された励起光と光ファイバカップラ21に
よって合波され、Er添加光ファイバ11に入射される
。このEr添加光ファイバ中で増幅された信号光は、新
たに励起光源32からの励起光と光ファイバカップラ2
2によって合波され、Er添加光ファイバ12に入力さ
れる。そして、この光ファイバを伝搬したあと、光ファ
イバカップラ23によって励起光と分波されて出力され
る。さらに、この出力信号光は、その約−割が分岐比1
0対1の単一モード光ファイバカップラ5によって分け
られフォトダイオード6で受光されている。制御回路7
は、フォトダイオード6の出力に応じて駆動電源42の
電流を増減させ、InGaAsP/InPファブリペロ
型半導体レーザ32から出力される励起光パワーを制御
している。
第2図は、この実施例で用いたEr添加光ファイバ12
において、励起光パワーを変化させた場合の増幅利得特
性を示したものである。ただし、信号光の波長は1.5
36pmである。他方のEr添加光ファイバ11も同様
な特性を有する。この図より、増幅利得は励起光パワー
17mW以上で正となり、利得が約10dBとなる22
mW程度までは励起入力にほぼ比例して増加することが
わかる。この増幅特性から、本実施例では、Er添加光
ファイバ12への励起入力の初期値を17mWにすれば
、励起人力を約±5mW変えることによって増幅利得を
±10dB変化させることができる。すなわち、20d
B程度の広いダイナミックレンジを実現できる。実際の
動作では、Er添加光ファイバ11には励起光パワーを
約60mW入力し、正味の増幅利得として25dBの値
を得た。−方、前述の様にEr添加光ファイバ12には
最初は17mWの励起光パワーを入力し、利得制御のた
めに用いた。したがって、本構成の光ファイバ増幅器で
は以上の説明から明らかなように、Er添加光ファイバ
12への励起入力をわずかに±5mW変えることにより
、全体としての増幅利得を25dB±10dBの広い範
囲に渡って制御することができる。言い換えれば、信号
入力が±10dB程度変化しても、励起入力をわずかに
±5mW変えることにより信号出力を一定に制御可能で
ある。
において、励起光パワーを変化させた場合の増幅利得特
性を示したものである。ただし、信号光の波長は1.5
36pmである。他方のEr添加光ファイバ11も同様
な特性を有する。この図より、増幅利得は励起光パワー
17mW以上で正となり、利得が約10dBとなる22
mW程度までは励起入力にほぼ比例して増加することが
わかる。この増幅特性から、本実施例では、Er添加光
ファイバ12への励起入力の初期値を17mWにすれば
、励起人力を約±5mW変えることによって増幅利得を
±10dB変化させることができる。すなわち、20d
B程度の広いダイナミックレンジを実現できる。実際の
動作では、Er添加光ファイバ11には励起光パワーを
約60mW入力し、正味の増幅利得として25dBの値
を得た。−方、前述の様にEr添加光ファイバ12には
最初は17mWの励起光パワーを入力し、利得制御のた
めに用いた。したがって、本構成の光ファイバ増幅器で
は以上の説明から明らかなように、Er添加光ファイバ
12への励起入力をわずかに±5mW変えることにより
、全体としての増幅利得を25dB±10dBの広い範
囲に渡って制御することができる。言い換えれば、信号
入力が±10dB程度変化しても、励起入力をわずかに
±5mW変えることにより信号出力を一定に制御可能で
ある。
本発明の有効性を検証するために、信号入力が−30d
Bmの場合に25dBの増幅利得が得られるように設定
し、信号入力を一40dBmから一20dBmまで変化
させる模擬動作実験を試みた。この結果、いずれの場合
も信号出力を一5dBmに保持できることが確認された
。これに対して、Er添加光ファイバ12による利得制
御部を取除いた場合には、信号入力が一33dBm以下
になると、増幅利得を増加させることができず制御でき
なかった。また、信号入力が一30dBm以上の範囲の
制御においても、増幅利得と励起入力が比例していない
ために、制御回路にあらかじめ励起人力対増幅利得特性
を記憶させ、これに応じて駆動電源42の電流を増減さ
せねばならず、複雑な制御が必要であった。
Bmの場合に25dBの増幅利得が得られるように設定
し、信号入力を一40dBmから一20dBmまで変化
させる模擬動作実験を試みた。この結果、いずれの場合
も信号出力を一5dBmに保持できることが確認された
。これに対して、Er添加光ファイバ12による利得制
御部を取除いた場合には、信号入力が一33dBm以下
になると、増幅利得を増加させることができず制御でき
なかった。また、信号入力が一30dBm以上の範囲の
制御においても、増幅利得と励起入力が比例していない
ために、制御回路にあらかじめ励起人力対増幅利得特性
を記憶させ、これに応じて駆動電源42の電流を増減さ
せねばならず、複雑な制御が必要であった。
以上、本発明による光ファイバ増幅器について一実施例
を用いて説明したが、本発明はこの実施例に限られるこ
となくいくつかの変形が考えられる。
を用いて説明したが、本発明はこの実施例に限られるこ
となくいくつかの変形が考えられる。
例えば、励起光源は、実施例では波長1.48pmとし
たが、波長0.51pm、 0.8111m、 0.9
8pm帯などのErイオンその他の吸収波長に合致させ
てもよく、使用するレーザはいかなるレーザでも良い。
たが、波長0.51pm、 0.8111m、 0.9
8pm帯などのErイオンその他の吸収波長に合致させ
てもよく、使用するレーザはいかなるレーザでも良い。
また、励起光の光合波手段は、ダイクロイックミラーな
どを用いてもよく、その性能を有する限りいかなる素子
、要素であってもよいことは言うまでもない。さらに、
Er添加光ファイバのEr濃度やサイズ、および縦続接
続される本数等も本実施例に限定されない。特に、利得
制御のためのEr添加光ファイバの本数を増やせば、ダ
イナミックレンジを広くできる。また、添加物はErに
限らずNdやn。
どを用いてもよく、その性能を有する限りいかなる素子
、要素であってもよいことは言うまでもない。さらに、
Er添加光ファイバのEr濃度やサイズ、および縦続接
続される本数等も本実施例に限定されない。特に、利得
制御のためのEr添加光ファイバの本数を増やせば、ダ
イナミックレンジを広くできる。また、添加物はErに
限らずNdやn。
などの他の希土類元素でもよい。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明の光ファイバ増幅器では、
Er添加光ファイバにおいて励起がそれほど高くない時
には増幅利得が励起光パワーにほぼ比例することに着目
し、少なくとも2本以上のEr添加光ファイバを縦続接
続して用い、片方の光ファイバは十分に励起して高利得
を得るために、他方の光ファイバは低励起状態として利
得制御のために動作させている。この結果、本発明では
、従来に比べて簡便で、かつ、利得制御のダイナミック
レンジが広いEr添加光ファイバ増幅器を実現できると
いう利点がある。
Er添加光ファイバにおいて励起がそれほど高くない時
には増幅利得が励起光パワーにほぼ比例することに着目
し、少なくとも2本以上のEr添加光ファイバを縦続接
続して用い、片方の光ファイバは十分に励起して高利得
を得るために、他方の光ファイバは低励起状態として利
得制御のために動作させている。この結果、本発明では
、従来に比べて簡便で、かつ、利得制御のダイナミック
レンジが広いEr添加光ファイバ増幅器を実現できると
いう利点がある。
第1図は、本発明の実施例を示す構成図、第2図は、実
施例に用いたEr添加光ファイバで得られる増幅利得対
励起入力を示す図である。 図において、11,12・・・Er添加光ファイバ、2
1.22゜23・・・光合分波器、31.32・・・励
起光源、41.42・・・駆動電源、5・・・光分岐素
子、6・・・光検出器、7・・・制御回路である。
施例に用いたEr添加光ファイバで得られる増幅利得対
励起入力を示す図である。 図において、11,12・・・Er添加光ファイバ、2
1.22゜23・・・光合分波器、31.32・・・励
起光源、41.42・・・駆動電源、5・・・光分岐素
子、6・・・光検出器、7・・・制御回路である。
Claims (2)
- (1)光学的に縦続接続された2本以上の希土類添加光
ファイバのそれぞれに励起光を入射し信号光を増幅する
光ファイバ増幅方法であって、前記励起光のうちの少な
くとも1つは前記希土類添加光ファイバの増幅利得が励
起光パワーにほぼ比例する領域の光出力パワーとするこ
とを特徴とする光ファイバ増幅方法。 - (2)光学的に縦続接続された2本以上の希土類添加光
ファイバと、複数個の励起光源と、前記励起光源から出
力される励起光を前記希土類添加光ファイバにそれぞれ
入射させるための光合波手段と、増幅された信号光の一
部を検出するための光検出器と、前記光検出器の出力に
対応して前記複数個の励起光源の少なくともひとつの励
起光源の出力を制御するための制御手段とを含むことを
特徴とする光ファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1272895A JP2870870B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 光ファイバ増幅方法および光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1272895A JP2870870B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 光ファイバ増幅方法および光ファイバ増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03134632A true JPH03134632A (ja) | 1991-06-07 |
| JP2870870B2 JP2870870B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=17520256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1272895A Expired - Lifetime JP2870870B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 光ファイバ増幅方法および光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2870870B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0521881A (ja) * | 1991-07-17 | 1993-01-29 | Nec Corp | 光フアイバ増幅器 |
| US5455704A (en) * | 1991-11-08 | 1995-10-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical-fiber light amplifier |
| US5808786A (en) * | 1995-12-14 | 1998-09-15 | Nec Corporation | Optical fiber amplifying device and method therefor |
-
1989
- 1989-10-20 JP JP1272895A patent/JP2870870B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0521881A (ja) * | 1991-07-17 | 1993-01-29 | Nec Corp | 光フアイバ増幅器 |
| US5455704A (en) * | 1991-11-08 | 1995-10-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical-fiber light amplifier |
| US5808786A (en) * | 1995-12-14 | 1998-09-15 | Nec Corporation | Optical fiber amplifying device and method therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2870870B2 (ja) | 1999-03-17 |
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