JPH04238836A - 光増幅器用ファイバ - Google Patents
光増幅器用ファイバInfo
- Publication number
- JPH04238836A JPH04238836A JP4452391A JP4452391A JPH04238836A JP H04238836 A JPH04238836 A JP H04238836A JP 4452391 A JP4452391 A JP 4452391A JP 4452391 A JP4452391 A JP 4452391A JP H04238836 A JPH04238836 A JP H04238836A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- optical
- light
- core
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１．５ μｍ 帯で高
効率な光増幅ができる光増幅器用ファイバに関するもの
である。
効率な光増幅ができる光増幅器用ファイバに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを利用した光通信システムの
進歩には、目ざましいものがある。光ファイバを用いた
光通信システムは、メタルの伝送路を用いた通信システ
ムに比べて、誘導雑音がないことおよび長距離伝送が可
能であるなどのメリットを有している。このような光通
信システムに用いられる光ファイバの開発および発光・
受光素子の開発が盛んに行われている。現在、使用され
ている光ファイバは石英ガラスを材料としたものであり
、光の波長は、０．８ μｍ帯、１．３ μｍ 帯およ
び１．５５μｍ 帯である。ところで、これらの光ファ
イバの光損失は、主にレーリ散乱損失および赤外吸収損
失等によって決ってしまう。このため、光通信システム
をいったん構成してしまうと、伝送距離が決まってくる
。そのために、途中で接続点が増加したり、距離が延び
たりすると、光源レベルを向上させるか、受光側で受光
レベルを向上させる必要がある。このためには、伝送媒
体と結合効率のよい光ファイバ増幅器が望まれる。しか
し、このような従来の構成では、受光素子、発光素子お
よび駆動電源が必要なため、電力供給のための線路が必
要であり、伝送システム構成のためにコストがかかると
いう欠点があった。また、従来の光信号の増幅の場合、
いったん電気信号に変換するので、エネルギーの損失が
大きく、信号光のＳ／Ｎ比が劣化するという欠点があっ
た。 また、他の方法としては、光ファイバ増幅器がある。光
ファイバ増幅器に関しては、コア中に信号波長を増幅す
るために、その波長で発光が生じ増幅利得が得られるよ
うな希土類元素をドープすることで利得を最大とするよ
うな方法が採用されていた。ファイバのコアの部分に均
一に希土類元素をドープしていた。しかし、増幅利得は
、光ファイバの構造に依存するが、最適な信号利得が得
られる構造に関しては、明らかにされていなかった。 これらの欠点を解消するために、希土類元素をコアの中
心部から部分的にドープするファイバ構造を最適にする
ことにより、増幅利得を向上することができることを見
い出した。
進歩には、目ざましいものがある。光ファイバを用いた
光通信システムは、メタルの伝送路を用いた通信システ
ムに比べて、誘導雑音がないことおよび長距離伝送が可
能であるなどのメリットを有している。このような光通
信システムに用いられる光ファイバの開発および発光・
受光素子の開発が盛んに行われている。現在、使用され
ている光ファイバは石英ガラスを材料としたものであり
、光の波長は、０．８ μｍ帯、１．３ μｍ 帯およ
び１．５５μｍ 帯である。ところで、これらの光ファ
イバの光損失は、主にレーリ散乱損失および赤外吸収損
失等によって決ってしまう。このため、光通信システム
をいったん構成してしまうと、伝送距離が決まってくる
。そのために、途中で接続点が増加したり、距離が延び
たりすると、光源レベルを向上させるか、受光側で受光
レベルを向上させる必要がある。このためには、伝送媒
体と結合効率のよい光ファイバ増幅器が望まれる。しか
し、このような従来の構成では、受光素子、発光素子お
よび駆動電源が必要なため、電力供給のための線路が必
要であり、伝送システム構成のためにコストがかかると
いう欠点があった。また、従来の光信号の増幅の場合、
いったん電気信号に変換するので、エネルギーの損失が
大きく、信号光のＳ／Ｎ比が劣化するという欠点があっ
た。 また、他の方法としては、光ファイバ増幅器がある。光
ファイバ増幅器に関しては、コア中に信号波長を増幅す
るために、その波長で発光が生じ増幅利得が得られるよ
うな希土類元素をドープすることで利得を最大とするよ
うな方法が採用されていた。ファイバのコアの部分に均
一に希土類元素をドープしていた。しかし、増幅利得は
、光ファイバの構造に依存するが、最適な信号利得が得
られる構造に関しては、明らかにされていなかった。 これらの欠点を解消するために、希土類元素をコアの中
心部から部分的にドープするファイバ構造を最適にする
ことにより、増幅利得を向上することができることを見
い出した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、１．５ μ
ｍ 帯に用いる高効率な増幅器用ファイバを提供するこ
とにある。
ｍ 帯に用いる高効率な増幅器用ファイバを提供するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の光増幅器用ファ
イバは、前述の従来の欠点を解消するため、ステップ形
光ファイバのコアの中心部分から部分的に、活性物質と
して希土類元素（例えばＥｒ３＋ ）をドープするファ
イバ構造とすることにより、増幅利得を向上する。
イバは、前述の従来の欠点を解消するため、ステップ形
光ファイバのコアの中心部分から部分的に、活性物質と
して希土類元素（例えばＥｒ３＋ ）をドープするファ
イバ構造とすることにより、増幅利得を向上する。
【０００５】
【実施例】光ファイバの構造をステップ形と仮定し、コ
アは純石英、クラッドはフッ素ドープ石英からなり、励
起光の波長を１．４８μｍ 、信号光を１．５３μｍ
として信号利得を計算した。Ｅｒ３＋ ドープ量は２０
ｐｐｍ であり、信号光を−４０ｄＢｍ 、励起光を１
０ｍＷとした。図１に、本発明の光増幅器用ファイバの
一実施例の（コア内にＥｒ３＋ ドープ領域を含む）構
造を示す。図２に、遮断波長λｃ と信号利得の関係を
比屈折率差Δが０．３ ％のファイバに対してＥｒ３＋
を部分ドープした場合について示す。光ファイバ増幅
器として、この実施例の光ファイバを用いる場合、励起
光の効率的な利用を考慮する必要がある。そこで、ここ
では、曲げ損失の観点から、光ファイバの比屈折率差Δ
＝０．３ ％を用いている。計算は、後述の方法で行っ
た。図２ に示した信号利得は最適なファイバ長におけ
る最大信号利得を表わしている。ａ０／ａ は、コア中
心からドープする半径ａ０ とコア半径ａの比で表わさ
れている。図２より信号利得を最大にする遮断波長が存
在するのがわかる。また、希土類をドープする半径ａ０
をコア半径ａより小さくすることにより、信号利得を
大幅に改善することができる。これは、コア周辺部での
励起光が吸収されず、長い距離で反転分布が維持できる
からである。ａ０／ａ が小さくなるほど、信号利得を
最大にする最適な遮断波長が長い方へ移動しているのが
わかる。図３に、光ファイバの比屈折率差Δに対する信
号利得と遮断波長の関係を示す。図３よりΔが変化して
も最適な遮断波長は変化しないことがわかる。図４に、
Ｅｒ３＋ の部分ドープａ０／ａ と最適な遮断波長の
関係を示す。ここでａはファイバのコア半径、ａ０ は
Ｅｒ３＋ ドープ半径である。図４より、部分ドープす
る場合において、構造を最適にすることにより、信号利
得を最適化できることがわかる。ｘ＝ａ０／ａ とする
と、ファイバの遮断波長λｃ は、次式で示すように近
似的に表わすことができる。 λｃ ＝−０．１５ｘ ＋０．９９μｍ （０
．２≦ｘ≦０．４） （１
） ＝−０．２０ｘ ＋１．０１μｍ
（０．４≦ｘ≦０．６）
（２） ＝−０．２７５ｘ＋１．０５５
μｍ （０．６≦ｘ≦０．８）
（３） ＝−０．１７５ｘ＋０．
９７５ μｍ （０．８≦ｘ≦１．０）
（４） 実際には、最適遮断波長の
範囲は上式の値に対して±０．１ μｍ が適当である
と考えられる。つまり、最適遮断波長に対して±０．１
μｍ での信号利得は、最大信号利得とほとんど同じ
である。従って、ファイバの作製における、ファイバパ
ラメータの許容差等を考えると、最適遮断波長に対して
±０．１ μｍ の遮断波長を有するファイバがよいこ
とがわかる。この計算は、以下のような解析方法を用い
て行ったものである。周波数νを有する前進波、後退波
の信号光パワーを外１
アは純石英、クラッドはフッ素ドープ石英からなり、励
起光の波長を１．４８μｍ 、信号光を１．５３μｍ
として信号利得を計算した。Ｅｒ３＋ ドープ量は２０
ｐｐｍ であり、信号光を−４０ｄＢｍ 、励起光を１
０ｍＷとした。図１に、本発明の光増幅器用ファイバの
一実施例の（コア内にＥｒ３＋ ドープ領域を含む）構
造を示す。図２に、遮断波長λｃ と信号利得の関係を
比屈折率差Δが０．３ ％のファイバに対してＥｒ３＋
を部分ドープした場合について示す。光ファイバ増幅
器として、この実施例の光ファイバを用いる場合、励起
光の効率的な利用を考慮する必要がある。そこで、ここ
では、曲げ損失の観点から、光ファイバの比屈折率差Δ
＝０．３ ％を用いている。計算は、後述の方法で行っ
た。図２ に示した信号利得は最適なファイバ長におけ
る最大信号利得を表わしている。ａ０／ａ は、コア中
心からドープする半径ａ０ とコア半径ａの比で表わさ
れている。図２より信号利得を最大にする遮断波長が存
在するのがわかる。また、希土類をドープする半径ａ０
をコア半径ａより小さくすることにより、信号利得を
大幅に改善することができる。これは、コア周辺部での
励起光が吸収されず、長い距離で反転分布が維持できる
からである。ａ０／ａ が小さくなるほど、信号利得を
最大にする最適な遮断波長が長い方へ移動しているのが
わかる。図３に、光ファイバの比屈折率差Δに対する信
号利得と遮断波長の関係を示す。図３よりΔが変化して
も最適な遮断波長は変化しないことがわかる。図４に、
Ｅｒ３＋ の部分ドープａ０／ａ と最適な遮断波長の
関係を示す。ここでａはファイバのコア半径、ａ０ は
Ｅｒ３＋ ドープ半径である。図４より、部分ドープす
る場合において、構造を最適にすることにより、信号利
得を最適化できることがわかる。ｘ＝ａ０／ａ とする
と、ファイバの遮断波長λｃ は、次式で示すように近
似的に表わすことができる。 λｃ ＝−０．１５ｘ ＋０．９９μｍ （０
．２≦ｘ≦０．４） （１
） ＝−０．２０ｘ ＋１．０１μｍ
（０．４≦ｘ≦０．６）
（２） ＝−０．２７５ｘ＋１．０５５
μｍ （０．６≦ｘ≦０．８）
（３） ＝−０．１７５ｘ＋０．
９７５ μｍ （０．８≦ｘ≦１．０）
（４） 実際には、最適遮断波長の
範囲は上式の値に対して±０．１ μｍ が適当である
と考えられる。つまり、最適遮断波長に対して±０．１
μｍ での信号利得は、最大信号利得とほとんど同じ
である。従って、ファイバの作製における、ファイバパ
ラメータの許容差等を考えると、最適遮断波長に対して
±０．１ μｍ の遮断波長を有するファイバがよいこ
とがわかる。この計算は、以下のような解析方法を用い
て行ったものである。周波数νを有する前進波、後退波
の信号光パワーを外１
【外１】
とし、ファイバの長さ方向の距離をｚとする。長さに対
する定常状態の外２
する定常状態の外２
【外２】
は、次の方程式で表わせる。数１
【数１】
ここで、γｅ （ｚ， ν） とγａ （ｚ， ν）
は、それぞれスペクトル発光係数およびスペクトル吸収
係数である。これらは、発光断面積および吸収断面積に
比例する。Ｐ０は、帯域幅Δνでの単位周波数当りの二
つのフォトンのパワーであり、ファイバの二つの偏波モ
ードの自然発光に一致し、次式で表わせる。 Ｐ０＝２ｈνｓ Δν
（６） ここでｈはプ
ランクの定数であり、νｓ は信号光の周波数である。 ファイバの長さｚでの励起光の距離依存性は、次式で記
述できる。数２
は、それぞれスペクトル発光係数およびスペクトル吸収
係数である。これらは、発光断面積および吸収断面積に
比例する。Ｐ０は、帯域幅Δνでの単位周波数当りの二
つのフォトンのパワーであり、ファイバの二つの偏波モ
ードの自然発光に一致し、次式で表わせる。 Ｐ０＝２ｈνｓ Δν
（６） ここでｈはプ
ランクの定数であり、νｓ は信号光の周波数である。 ファイバの長さｚでの励起光の距離依存性は、次式で記
述できる。数２
【数２】
ここで、Ｐｐ （ｚ） は、ファイバの長さｚの励起光
のパワー、γｐ （ｚ） は、基底状態と励起状態での
吸収効果を含む励起光の吸収係数である。励起光の吸収
係数γｐ 、信号光の吸収係数γａ および信号光の発
光係数γｅ は、ファイバの構造パラメータおよび励起
光パワー、信号光パワーに依存する。従って、ファイバ
増幅器の利得は、（５） 式および（７） 式の微分方
程式を解くことにより求めることができる。信号利得は
次式で定義している。数３
のパワー、γｐ （ｚ） は、基底状態と励起状態での
吸収効果を含む励起光の吸収係数である。励起光の吸収
係数γｐ 、信号光の吸収係数γａ および信号光の発
光係数γｅ は、ファイバの構造パラメータおよび励起
光パワー、信号光パワーに依存する。従って、ファイバ
増幅器の利得は、（５） 式および（７） 式の微分方
程式を解くことにより求めることができる。信号利得は
次式で定義している。数３
【数３】
ここで、Ｐｓ （ｏ） およびＰｓ （ｚ） は、それ
ぞれ信号光の入射端（ｚ＝０）でのパワーおよび信号光
のｚ＝ｚでのパワーを表わす。従って上記の手法を用い
ることにより、信号利得を最適にする構造パラメータを
決定することができる。
ぞれ信号光の入射端（ｚ＝０）でのパワーおよび信号光
のｚ＝ｚでのパワーを表わす。従って上記の手法を用い
ることにより、信号利得を最適にする構造パラメータを
決定することができる。
【０００６】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の光フ
ァイバ増幅器は、信号光の効率的な増幅ができる大きな
効果がある。
ァイバ増幅器は、信号光の効率的な増幅ができる大きな
効果がある。
【図１】本発明の光増幅器用ファイバの一実施例の（コ
ア内にＥｒ３＋ ドープ領域を含む）構造を示す図であ
る。
ア内にＥｒ３＋ ドープ領域を含む）構造を示す図であ
る。
【図２】本発明の一実施例による信号利得と光ファイバ
の遮断波長との関係を示す図である。
の遮断波長との関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による比屈折率差Δの変化に
対する信号利得と遮断波長との関係を示す図である。
対する信号利得と遮断波長との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による信号利得を最適にする
遮断波長とＥｒ３＋ の部分ドープ比の関係を示す図で
ある。
遮断波長とＥｒ３＋ の部分ドープ比の関係を示す図で
ある。
１ コア
２ クラッド
３ Ｅｒ３＋ ドープ領域
Claims (1)
- 【請求項１】 波長１．５ μｍ 帯での光増幅のた
め、ステップ形光ファイバのコア部分の中心から部分的
に、活性物質としてＥｒ３＋ を添加した酸化物系のガ
ラスファイバであって、コア半径をａ、Ｅｒ３＋ドープ
半径をａ０ とし、ｘ＝ａ０ ／ａとして、ファイバの
遮断波長λｃ が、ｘに対して以下の （１）〜（４）
式に示した値を中心に λｃ ＝−０．１５ｘ ＋
０．９９μｍ （０．２≦ｘ≦０．４）
（１） ＝−０．２０
ｘ ＋１．０１μｍ （０．４≦ｘ≦０．６）
（２） ＝−０
．２７５ｘ＋１．０５５ μｍ （０．６≦ｘ≦０．８
） （３）
＝−０．１７５ｘ＋０．９７５ μｍ （０．８≦ｘ≦
１．０） （４） ±０．
１ μｍ の範囲にあることを特徴とする光増幅器用フ
ァイバ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4452391A JPH04238836A (ja) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | 光増幅器用ファイバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4452391A JPH04238836A (ja) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | 光増幅器用ファイバ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04238836A true JPH04238836A (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=12693886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4452391A Pending JPH04238836A (ja) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | 光増幅器用ファイバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04238836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001039339A1 (fr) * | 1999-11-26 | 2001-05-31 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Fibre optique pour amplification optique |
-
1991
- 1991-01-09 JP JP4452391A patent/JPH04238836A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001039339A1 (fr) * | 1999-11-26 | 2001-05-31 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Fibre optique pour amplification optique |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2957719B2 (ja) | 光ファイバ増幅器 | |
| US5768012A (en) | Apparatus and method for the high-power pumping of fiber optic amplifiers | |
| US6560009B1 (en) | Erbium doped fibers for extended L-band amplification | |
| AU570520B2 (en) | Optical amplifier and method of amplifying | |
| WO1991007690A1 (en) | Optical amplifier | |
| JPH11121839A (ja) | 光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅器 | |
| JP2003008114A (ja) | 希土類元素ドープファイバ | |
| KR100634208B1 (ko) | 광섬유 및 이를 이용한 광섬유 증폭기 | |
| JPH0563259A (ja) | 光フアイバ増幅器 | |
| EP1189316B1 (en) | Optical fiber for optical amplification and optical fiber amplifier | |
| JP2753539B2 (ja) | 光ファイバ増幅器 | |
| JPH10242548A (ja) | Ｅｒ添加マルチコアファイバ及びそれを用いた光増幅器 | |
| US20030215241A1 (en) | Raman optical fiber amplifier using erbium doped fiber | |
| JP3288965B2 (ja) | 光ファイバ増幅器および光増幅方法 | |
| Talam et al. | EDFA gain flattening using fiber Bragg gratings employing different host materials | |
| US20010022884A1 (en) | C-band multimode cladding optical fiber amplifier | |
| JP4075113B2 (ja) | 光ファイバ増幅器及びエルビウム添加光ファイバ | |
| JP2693662B2 (ja) | 光増幅装置 | |
| US7116472B2 (en) | Rare-earth-doped optical fiber having core co-doped with fluorine | |
| JPH04238836A (ja) | 光増幅器用ファイバ | |
| EP1672822B1 (en) | Optical fibre for an optical amplifier with rare earth element amplification and Raman optical amplification | |
| JPH11145539A5 (ja) | ||
| JPH0456830A (ja) | 光増幅器用ファイバ | |
| US20070153364A1 (en) | Tunable fiber amplifier and laser using discrete fundamental-mode cutoff | |
| JP2842481B2 (ja) | 光増幅器 |