JPH04118636A - 周波数分別光分岐装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光通信の分野において、特に、周波数多重化
伝送方式や波長多重化伝送方式にて光信号の分岐素子と
して用いられる周波数分別光分岐装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、周波数多重あるいは波長多重された光信号を分岐
するには、光導波回路や光フアイバカップラを利用し、
分岐部分において周波数フィルタを設けたり、いわゆる
Ｙ分岐部を複数設けて不要な成分を除去等し、光周波数
に対する電力結合比の違いを制御することにより、信号
の分岐が行われていた。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、従来の装置では、信号の多重度か増すに
つれて構造が複雑となり、また、光の偏光特性が生じ易
い等の欠点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、簡易な構成で、多重化された信号光を空間的
に容易に分離することができる周波数分別光分岐装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）では、励起用光
源と、互いに増幅帯域が異なるＮ本の増幅用光ファイバ
と、前記励起用光源による励起光と信号光の電力結合と
前記Ｎ本の増幅用光ファイバへの電力の分岐を行う光分
岐部とを備えた。

また、請求項（２）では、前記各増幅用光ファイバは、
Ｓ　ｉ　０２系の酸化物を主成分とする光ファイバに希
土類元素を少なくとも一種類添加して構成され、それぞ
れその添加量またはファイバ長が異なる値に設定された
。

また、請求項（３）では、前記増幅用光ファイバは、５
ｉｎ２系の酸化物を主成分とする光ファイバに、少なく
とも一種類の希土類元素とＧｅＯ２を添加して構成され
た。

また、請求項（４）では、前記増幅用光ファイバは、Ｓ
ｉＯ２系の酸化物に代えて、ＺＢＬＡＮのフッ化物を主
成分とした。

また、請求項（５）では、前記増幅用光ファイバは、Ｓ
ｉＯ２系の酸化物に代えて、ＣａＯＡｇ２Ｏ３・Ｓ　ｉ
　０２を主成分とした。

（作　用） 請求項（１）によれば、信号光と励起用光源から出射さ
れた励起光は、光分岐部に入射される。光分岐部に入射
された信号光と励起光は電力結合されるとともに、Ｎ分
岐され各増幅用光ファイバに導波される。増幅用光ファ
イバでは、設定された利得帯域内の信号成分だけが選択
的に増幅される。

その結果、各増幅用光ファイバからそれぞれ周波数成分
の異なる信号光が得られる。

また、請求項（２）によれば、増幅用光ファイバに励起
光が入射されると、希土類元素固有のエネルギ順位間の
遷移に応じた誘導放出が生じ、この利得帯域内にある信
号光が増幅される。また、利得帯域は、希土類元素の添
加量またはファイバ長を各増幅用光フアイバ毎に相違さ
せることにより調整される。

また、請求項（３）によれば、例えば数十Ｉ以上の高出
力光が増幅用光フアイバ内を伝搬すると、ＧｅＯ□の効
果により、ニモード動作領域ではモード間のビート長に
対応した屈折率格子が形成される（光誘起屈折率格子）
。その結果、特定波長の伝搬光においてモード変換が引
き起こされるようになる。このような増幅用光ファイバ
で増幅される信号光の帯域は、予め設定された範囲だけ
が選択的に正の利得を有し、増幅される。

また、請求項（４）または（５）においても、上記請求
項（２）または（８）と同様の作用が行われる。

（実施例） 第１図は、本発明に係る周波数分別光分岐装置の第１の
実施例を示す構成図であって、２人力Ｎ出力型装置の構
成例を示している。

第１図において、１は例えば波長１．３μｍの信号光を
入力するための信号光入力用光ファイバ、２は励起光入
力用光ファイバ、３は励起用光源で、例えば所定波長０
．５１４μｍで発振するレーザ装置からなり、所定強度
の励起光を光ファイバ２へ導波させる。

４は光分岐部で、光ファイバ１を伝搬した信号光と先フ
ァイバ２を伝搬した励起光とを合波し、空間的にＮ分岐
する。

第２図は、光分岐部４の具体例を示す図である。

第２図の（ａ＞は、光分岐部４を複数の入出力ポートＰ
ｉ、Ｐｏを有するスターカップラからなる光フアイバ合
分波器で構成した例である。この場合、入力側の任意の
二つのポートから信号光と励起光が入射される。

また、第２図の（ｂ）は、光分岐部４をレンズ４１を利
用して構成した例である。この場合、入力ポートＰｉか
ら入射された光は、レンズ４１の作用により空間的に広
げられ、はぼ均等電力に分割されてＮ個の出力ポートＰ
ｏへと導かれる。

５はＮ本の増幅用光ファイバで、光分岐部４のＮ個の出
力部にそれぞれ接続され、各々は増幅帯域が互いに重な
らないように設定されている。増幅用光ファイバ５は、
例えば、ＳｉＯ３系の光ファイバのコアにＮｄ３＋　Ｅ
　ｒ”、Ｈｏ”、Ｙｂ３＋等の希土類元素を少なくとも
一つ所定の濃度をもって添加して構成される。この場合
、波長１．０６μｍや１．３μｍ帯において利得を有す
るため、この波長帯における増幅器として用いられる（
文献：Ｒ，Ｊ、　Ｈｅａｒｓ、　ｅｔ　ａｌ、、　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、、　ｖｏｌ。

２３、　ｐ、１０２６．１９８７：’　Ｅ、　Ｄｅｓｕ
ｒｖｉｒｅ、　ｅｔ　ａｌ、、　Ｏｐｔ。

Ｌｅｔｔ、、　ｖｏｌ、１２．　ｐ、８８８．１９８７
　　参照）。

また、この利得の最大とする光波長（λ０．３）は、Ｐ
２Ｏ５やＡｆＩ２０３をコアまたはクラッドに添加する
ことにより数十ｎｍに亘り可変となる（Ｙ、　Ｋｉｍｕ
ｒａ、　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ
、、　ｖｏｌ、８４゜ｐ、５１６．１９８８参照）。

利得の帯域幅は通常数■程度であり、これら添加物の量
に対して直線的にλｍａｔは変化する。その結果、添加
量を調整することにより信号光の各周波数（波長）成分
に対応した帯域毎の増幅動作が可能になる。また、添加
量を変化させる代わりに、同−添加量の増幅光ファイバ
の長さを変えてもλ。。８は変化するため、光ファイバ
長の調整により増幅帯域の適当な設定ができる。

次に、増幅用光ファイバ５の増幅動作について、さらに
詳細に説明する。

ここで、周波数多重化された信号光の搬送周波数をｆ。

（ｎ＝１．２．・・・、Ｎ）とし、搬送波周波数間隔を
Δｆ、（例えば、数十ＧＨｚ　）　、各信号成分の帯域
幅をΔｆ、（一般に、Δｆ、〉〉Δｆ、）とする。また
、励起光の中心周波数をｆ。

（ｆ９　＞ｆ、、）とする。さらに、光分岐部４におけ
る信号光電力の損失は、分配比による損失α１（例えば
、１００分岐の場合、４．６）で与えられる。

なお、α。は信号光の光周波数帯域内では、周波数依存
性が小さいとする。また、励起光の分岐損失をγ。とす
る。

第３図は、上記条件を満たす入出力信号光と増幅用光フ
ァイバ５の増幅帯域との関係を示す図であって、同図の
（ａ）は信号光スペクトルを、同図の（ｂ）はｎ番目の
増幅用光ファイバ５−ｎの利得スペクトルを、同図の（
Ｃ）はｎ番目の増幅用光ファイバ５−ｎの出力光スペク
トルをそれぞれ表している。

第３図に示すように、キャリア周波数がｆ１〜ｆＮに広
がった帯域の信号光は、ｎ番目の増幅用光ファイバ５−
ｎにおいて、ｆ、−Δｆ、／２〜ｆ、＋Δｆ、／２の帯
域部分だけ増幅される（Δｆ、は一つの信号周波成分の
帯域幅、Δｆ、はキャリア周波数間隔）。

ここで、ｎ番目の増幅用光ファイバ５−ｎ（長さ２）を
伝搬する信号光の損失をα。°　２、励起光の損失をγ
。゛　２、増幅係数をｇとすると、この光ファイバ５−
ｎの出射光強度Ｉｎは、次式で与えられる。

Ｉｎ　　＝Ｉｏｅｘｐ　　（−α、　）ｅＸｐ（ｇ　ｎ
　　Ｉ　ｐ　ｎ　ｚ−“・　　２）Ｉ　ｐｎ＝　Ｉ　ｐ
ｏｅＸｐ　　（−７゜）　　ｅｘｐ　　（７ｎ　’　　
ｚ）・・・（１） 但し、■ｏは光分岐部４へ入射する信号光強度、■、。

＋Ｉｇ１６は励起光の初期強度及び増幅用光ファイバ５
−ｎへ入射する強度である。

上記（１）より、 ｇｏＩｐｎｚ〉αｎ′　ｚ＋α。　　　　−（２）なる
関係を満足する場合に、信号光の増幅が行われる。

また、増幅帯域内の信号光強度と雑音となる帯域外の信
号光強度の比ηは、単位周波数帯域光たり、次の（３）
式のようになる。

これより、帯域外における利得ｇ１１．ｎを十分小さく
設定すると、ηは信号利得により十分太きく設定できる
。例えば、増幅用光ファイバ５へ入射するまでの信号光
の損失を２０ｄＢとし、ある帯域において増幅利得が得
られた場合、増幅帯域内の信号光は増幅されないが、帯
域外の信号成分との信号対雑音比として、はぼ利得に等
しい２０ｄＢが得られる。

各増幅用光ファイバ５からの出力光は、増幅利得から増
幅用光ファイバ５へ分配される信号光の減衰量を引いた
もので与えられる。但し、増幅利得は、増幅用光ファイ
バ５で決まる利得係数ｇと分配される励起光強度の積に
関係する。

以上のように、本第１の実施例によれば、信号光増幅と
帯域選択が同時に各増幅用光ファイバ５においてなされ
るため、信号光の伝送用光ファイバから複数本の分岐出
力を得るための複雑な光分岐部の構成が不要となる。そ
の結果、波長多重あるいは周波数多重化された信号光の
周波数成分を、簡易な構成で、空間的に容易に分離する
ことができる。

なお、本実施例においては、増幅用光ファイバ５として
Ｓ　ｉ　０２系の酸化物を主成分とする光ファイバにＮ
　ｄ　”、　　Ｅ　ｒ　”、　　Ｈｏ　”、　　Ｙ　ｂ
　３＋等の希土類元素を添加して構成したが、これに限
定されるものではなく　、ＺＢＬＡＮのフッ化物を主成
分とした光７フイバやＣａｂ”　Ａｊｌ’　２０３　・
ＳｉＯ２を主成分とした光ファイバに、希土類元素を添
加して構成してもよい。この場合、Ｓ　ｉ　０２系のフ
ァイバに比べて希土類元素の添加が容易となり、ひいて
は装置の作製が容易となるという利点かある。

第４図は、本発明に係る周波数分別光分岐装置の第２の
実施例を示す構成図である。本第２の実施例では、Ｎ入
力Ｎ出力の装置を構成している。

この場合、信号光はいずれかの入力用光ファイバ１−ｎ
の入射端より入射、あるいは各光ファイバに分かれて入
射する。入射端から各分岐出力まで、信号光及び励起光
の損失は、前記第１の実施例と同様に扱うことができる
ため、この場合の利得、帯域設定も第１の実施例と同様
に行われる。

本第２の実施例においても、前記第１の実施例と同様の
効果を得ることができる。

第５図は、本発明に係る周波数分別光分岐装置の第３の
実施例を示す構成図である。本第３の実施例が前記第１
の実施例と異なる点は、各増幅用光フアイバ５内に、光
フアイバ周波数フィルタ（以下、周波数フィルタという
）６を形成したことにある（この周波数フィルタについ
ては、文献：に、　Ｏ，Ｈｉｌｌ、　ｅｔ　ａｌ、、”
Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　１ｎｏｐｔｉｃａ
ｌ　ｆｉｂｅｒ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ：　＾ｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎ　ｔ。

ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｆｌｌｔｅｒ　ｆａｂｒｉｃａ
ｔｉｏｎ、”　Ｊ、　Ａｐｐｌ。

Ｐｂｙｓ、　Ｌｅｔｔ、、　ｖｏｌ、３２．　ｐ、６４
７．１９７８；　　［。Ｎ。

Ｊａｕｎｃｅｙ、　ｅｔ　ａｌ、、　”Ｎａｒｒｏｗ−
１ｉｎｅｗｉｄｔｈ　ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ　ｏｐｅｒ
ａｔｉｎｇ　ａｔ　１．５５　μｍ　、　ｏｐｔ、　ｔ
、ｅｔｔ、。

ｖｏｌ、１２．　ｐ、ｔｅ４．１９８７参照）。

この場合、増幅用光ファイバ５で増幅される信号光の帯
域は、周波数フィルタ６で予め設定された範囲だけが選
択的に正の利得を存し、増幅されるように構成される。

周波数フィルタ６は、例えば、光フアイバコア部にＮｄ
”、Ｅｒ３＋等の希土類元素のうち少なくとも一つを添
加し、さらにＧｅＯ２を添加した増幅用光フアイバ５内
に形成される。

数十ｍＷ以上の高出力光が、この増幅用光ファイバ５の
コア内を伝搬されると、ＧｅＯ２の効果によりニモード
動作領域ではモード間のビート長に対応した屈折率格子
が形成される（光誘起屈折率格子）。その結果、特定波
長の伝搬光においてモード変換が引き起こされるように
なり、光ファイバ曲げ等の高次モード減衰器を組み込む
ことにより、波長フィルタ動作が可能になる。

このフィルタとしての作用は、希土類元素添加に基づく
増幅作用とは独立なため、増幅用光ファイバ５に光誘起
屈折率格子を形成できる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）　、　（２）または
（３）によれば、信号光増幅と帯域の選択が同時に各増
幅用光ファイバにてなされるため、信号光の伝送系から
複数本の分岐出力を得るための複雑な構成が不要である
。従って、波長多重あるいは周波数多重化された信号光
の周波数成分を、簡易な構成で容易に、かつ、的確に分
離することができる。

また、請求項（４）または（５）によれば、上記効果に
加えて希土類元素の添加が容易となり、ひいては装置の
作製が容易となるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る周波数分別光分岐装置の第１の実
施例を示す構成図、第２図は本発明に係る光分岐部の具
体的構成例を示す図、第３図は入出力信号光の周波数帯
域と増幅用光ファイバの利得帯域の関係を示す図、第４
図は本発明に係る周波数分別光分岐装置の第２の実施例
を示す構成図、第５図は本発明に係る周波数分別光分岐
装置の第３の実施例を示す構成図である。 図中、１・・・信号光入力用光ファイバ、２・・・励起
光入力用光ファイバ、３・・・励起用光源、４・・・光
分岐部、５・・・Ｎ本の増幅用光ファイバ、６・・・光
フアイバ周波数フィルタ。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　　吉　　１）　精　　孝１園Ｖ壮光フ
ァイバ 第 図 出力ポート （ｂ） 光分岐部の構成例 第２図 増嘲り祉九ファイバ 増幅用光ファイバ 本発明の第３の実施例？示す鷹成図 第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）励起用光源と、 互いに増幅帯域が異なるＮ本の増幅用光ファイバと、 前記励起用光源による励起光と信号光の電力結合と前記
   Ｎ本の増幅用光ファイバへの電力の分岐を行う光分岐部
   とを備えた ことを特徴とする周波数分別光分岐装置。
2. （２）前記各増幅用光ファイバは、ＳｉＯ＿２系の酸化
   物を主成分とする光ファイバに希土類元素を少なくとも
   一種類添加して構成され、それぞれその添加量またはフ
   ァイバ長が異なる値に設定された請求項（１）記載の周
   波数分別光分岐装置。
3. （３）前記増幅用光ファイバは、ＳｉＯ＿２系の酸化物
   を主成分とする光ファイバに、少なくとも一種類の希土
   類元素とＧｅＯ＿２を添加して構成された請求項（１）
   記載の周波数分別光分岐装置。
4. （４）前記増幅用光ファイバは、ＳｉＯ＿２系の酸化物
   に代えて、ＺＢＬＡＮのフッ化物を主成分とした請求項
   （２）または（３）記載の周波数分別光分岐装置。
5. （５）前記増幅用光ファイバは、ＳｉＯ＿２系の酸化物
   に代えて、ＣａＯ・Ａｌ＿２Ｏ＿３・ＳｉＯ＿２を主成
   分とした請求項（２）または（３）記載の周波数分別光
   分岐装置。