JPH0493091A

JPH0493091A - 光増幅器

Info

Publication number: JPH0493091A
Application number: JP21109390A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Haruhara; 春原　禎光
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1992-03-25

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、希土類を添加した光増幅媒質中で信号光を光
増幅する光増幅器に関する。

（従来の技術）近年光通信用中継器の小型化、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
ることなく直接光のまま増幅する光増幅器に関する研究
が盛んに行われている。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
光学効果を利用するもの■希土類元素をドープした導波
路を持つ結晶あるいはガラスを用いるものなどが報告さ
れている（光学、第１８巻、第６号、２８２ページ）。

なかでも希土類のＥｒを添加した光ファイバを用いた光
増幅器は、光ファイバの損失が最低になる１、５／ｉｍ
帯で高い利得が得られ、さらに利得の偏波依存性がない
ことや、低損失で伝送路と結合できることなど他の光増
幅方式と比較して多くの利点を有している。そのため、
Ｅｒ添加光ファイバ増幅に関する研究は多くの研究機関
で盛んに行われている（光学、第１９巻、第５号、２７
６ページ）。

希土類を添加した光ファイバを用いた光増幅は、その希
土類イオンの吸収帯に対応した波長の励起光を希土類添
加光ファイバに入射して光増幅をおこなう。Ｅｒイオン
の吸収波長は主に０．５μｍ帯、０．６．ｚｍ帯、０．
８．ｚｍ帯、０．９８／、Ｉｍ帯、１．４８．ｚｍ帯な
どが知られているが、中でも０．９８μｍ帯と１．４８
μｍ帯は吸収効率が大きくかつ高出力の半導体レーザが
使用できるため、これらの波長で励起したＥｒ添加光フ
アイバ増幅器に関する研究が盛んに行われている。

励起光の入射方向は、信号光の入射側から信号光と同一
方向に入射する前方向励起、信号光の出射側から信号光
の伝搬方向とは反対方向に入射する後方向励起、さらに
前方向励起と後方向励起とを合わせた両方向励起がある
。両方向励起は高い励起光パワーを得るのに有効である
。光増幅器の増幅利得や出力される増幅信号光パワー（
飽和出力）は高いほど望ましいが、そのためにはより大
きな励起光パワーを必要とする。これまでに知られてい
る高い励起光パワーを光増幅媒質に入射する方法は■同
一波長で発振する二つの励起光源を用いた両方向励起、
■同一波長で発振する二つの励起光源を偏波合成して入
射する方法がある（エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第２５巻、第
２４号、１６５６ページ）。

光増幅器を光通信システムに利用する場合、主として■
送信光のブースタ増幅器として使用■光直接増幅中継器
として使用■受信器の前置増幅器として使用する方法が
考えられる。この中で特に受信器の前置増幅器として使
用する場合、受光素子に励起光が入射するのを防ぐため
に、後方向励起以外では光増幅器の出力に励起光を遮断
する光フィルタを設ける必要がある。

（発明が解決しようとする課題）同一波長で発振する励起光を合成するためには、二つの
励起光の偏波面を直交させて合成しなければならないと
いう課題がある。しかも偏波合成では二つの励起光しか
合成できない。偏波合成をせずにこれらの励起光を光増
幅媒質に入射するためには、両方向励起を用いることが
考えられるが、両方向励起のみで励起光源は二つまでし
か利用できない。

本発明の第一の目的は、偏波合成することなく簡便に二
つ以上の励起光パワーが合成でき、これによって増幅利
得や飽和出力が大きい光増幅器を提供することにある。

本発明の第二の目的は、上記光増幅器を前置増幅器とし
て用いる場合にも励起光を遮断する光フィルタを新たに
設ける必要がなく、部品点数が少ない光増幅器を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）本発明の光増幅器は、発振波長の異なる複数の励起光源
を用いることによって、偏波合成をすることなく簡便に
多くの励起光を合成できることを特徴とする。

さらに、上記励起光源の中の少なくとも一つを後方向励
起として配置し、この励起光を光増幅媒質に入射するた
めの光合分波器に前方向励起光を遮断する機能を付加し
たことを特徴とする。

（作用）同一の波長で発振する二つのレーザ光を合波するために
は偏波面を直交させて合波しないと、偏波方向が一致す
る成分が打ち消しあって、合波前のパワーの和より減少
する。しかし、発振波長の異なる複数のレーザ光は偏波
合成することなく適切な光合分波器を用いるだけで簡便
にかつパワーをほとんど損失することなく合波すること
ができる。

本発明の光増幅器は、希土類イオンが複数の吸収波長帯
を持っていることに着目し、この希土類の持つ複数の吸
収波長帯の中の異なる吸収波長帯を励起する複数個の励
起光源を合波して、希土類イオンの複数の吸収波長帯を
同時に励起する。これにより、偏波合成することな〈従
来より大きな励起光パワーが得られ、増幅利得や飽和出
力が大きな光増幅が可能になる。

さらに、後方向励起のための光合分波器に前方向励起光
を遮断する機能を付加したことより、光増幅器から増幅
信号光と共に励起光が出力されないようにすることがで
きる。したがって、この光増幅器を前置増幅器として用
いた場合でも、光フィルタを設けることなく高品質な受
信特性が得られる。

（実施例）図面を参照して、本発明の光増幅器について詳細に説明
する。

第１図は、本発明による光増幅器の実施例の構成図であ
る。この実施例では、光増幅媒質はＥｒ添加光フアイバ
１１、励起光源は発振波長１．４８□ｍ帯の半導体レー
ザ３１と発振波長０．９８□ｍ帯の半導体レーザ３２、
光合分波器は波長１．４８μｍ帯の光と波長１．５４μ
ｍ帯の光の合波が可能な波長多重用単一モード光ファイ
バカップラ２１、及び波長１．４８ｐｍから１．５４□
ｍ帯の光と０，９８μｍ帯の光の合波が可能な波長多重
用単一モード光ファイバカップラ２２である。

光フアイバカップラは２本の光ファイバを近接させて加
熱溶融し、伸延して作製したものである。

溶融部分の長さで透過波長依存性を変化させることがで
きる。

本実施例の光増幅器では、入射信号光は、まず半導体レ
ーザ３１から出射された１、４８μｍの励起光と光フア
イバカップラ２１によって合波される。この合波光はさ
らに半導体レーザ３２から出射された０、９８μｍの励
起光と光フアイバカップラ２２によって合波され、Ｅｒ
添加光フアイバ１１に入射される。

本実施例では、１．４８μｍの半導体レーザ２０ｍＷと
０．９８μｍの半導体レーザ１０ｍＷの励起パワーで３
５ｄＢの増幅利得と＋４ｄＢｍの飽和出力が得られた。

励起光源が波長１．４８μｍの半導体レーザのみの場合
、励起パワー１５ｍＷで２０ｄＢの利得と一３ｄＢｍの
飽和出力が得られ、また励起光源が波長０．９８□ｍの
半導体レーザのみの場合は励起パワー１０ｍＷで２０ｄ
Ｂの利得と一３ｄＢｍの飽和出力が得られた。したがっ
て、本発明により増幅利得及び飽和出力が増大できた。

第２図は本発明による光増幅器の他の実施例の構成図で
ある。この実施例では、光増幅媒質はＥｒ添加光フアイ
バ１１、励起光源は発振波長１．４８μｍ帯の半導体レ
ーザ３３と発振波長０．９８Ａ１ｍ帯の半導体レーザ３
４、光合分波器は波長１．４８μｍ％の光と波長１．５
４μｍ帯の光の合波が可能な波長多重用単一モード光フ
ァイバカップラ２３、及び、１．５４μｍ帯の光と０．
９８／ｉｍ帯の光の合波が可能で、かつ１．４８／、ｍ
の光を遮断する特性を持ったフィルタ機能付き波長多重
用単一モード光ファイバカップラ４１である。

この光フアイバカップラ４１の製法は上に述べたものと
同じであり、製造時に特に透過波長特性を制御したもの
である。光フアイバカップラ４１の入出力端子を第３図
（ａ）に示す。端子４１１がら端子４１３への透過波長
特性を第３図（ｂ）に示す。この光フアイバカップラは
、端子４１１から入射した１、５４ｐｍの光はその９０
％を端子４１３に通すが、端子４１１から入射した１、
４８μｍの光はその９０％を端子４１４に通す。端子４
１４から入射した０、９８／、ｍの光は端子４１１に９
０％通ず。

本実施例の光増幅器では、入射信号光は、まず半導体レ
ーザ３３から出射された１、４８μｍの励起光と光フア
イバカップラ２３によって合波され、Ｅｒ添加光フアイ
バ１１に入射される。Ｅｒ添加光フアイバ１１の出射光
は光フアイバカップラ４１を通って光増幅器出力となる
。この光フアイバカップラ４１は半導体レーザ３４から
出射された０、９８□ｍの励起光をＥｒ添加光フアイバ
１１にその後方から入射する。この光フアイバカップラ
４１の増幅信号大側端を端子４１１、出射端を端子４１
３とすると、半導体レーザ３３からの光はＥｒ添加光フ
アイバ１１で全てが吸収されるとは限らないので、端子
４１１がらは信号光だけでなく１．４８□ｍの光も入射
する。しかし、フィルタ機能付き波長多重用単一モード
光ファイバカップラ４１は、信号光と共に伝搬してきた
１、４８μｍの光が出力端に出るのを防ぐ特性を持つた
め、この光増幅器を前置増幅器として用いた場合、受光
素子には信号光のみが到達する。

本実施例により、増幅信号出射端から出力される１６４
８μｍの励起光パワーが一１７ｄＢｍ以下になり、この
光を遮断しない場合の一７ｄＢｍより１．４８μｍの光
を大きく遮断できた。

以上、本発明による光増幅器について実施例を用いて説
明したが、本発明はこれらの実施例のみに限られること
なく、いくつかの変形が考えられる。

光増幅媒質は光ファイバに限らない。例えば希土類を添
加した導波路を設けたガラスや結晶でもよい。添加する
希土類もＥｒに限らないことは言うまでもない。したが
って、励起光波長や増幅する信号光波長も、添加する希
土類の持つ吸収波長帯や蛍光波長帯に合わせればよく、
実施例の限りではない。例えば、実施例で取り上げたよ
うなＥｒを添加した光増幅媒質を用いる場合でも、励起
光波長は１．４８μｍと０．９８μｍに限らず、０．５
μｍ帯、０．６ｐｍ帯、０．８□ｍ帯などを用いてもよ
く、励起光波長は用いる希土類のどの吸収波長に一致さ
せてもよい。

また、多くの吸収波長帯を同時に励起してもよ励起光の
合波方法は従来の偏波合成による合成方法と組み合せて
もよい。例えば、２個の１．４８μｍ帯半導体レーザの
出力光を偏波合成してから信号光と波長合成し、さらに
０．９８／Ｊ、ｍの励起光と波長合成してもよい。

励起光の光増幅媒質への入射方法も第１図の実施例のよ
うな信号光と同じ向きに入射する前方向励起に限らず、
後方向励起や、第２図の実施例のような両方向励起の形
にしてもよい。

使用するレーザも半導体レーザに限らずいかなるレーザ
でもよい。

光合分波器も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。フィルタ機能付き光合分波器も同様である。第２
図の実施例では光フアイバカップラの特性を利用したが
、例えば、ダイクロイックミラーにコーティングを施す
ことによって光フィルタの機能を付加してもよい。コー
ティングの透過特性例を第４図に示す。このコーティン
グは長波長透過フィルタになっており、１．５４μｍ帯
の信号光はよく透過するが、１．４８□ｍより短波長側
は反射する。したがって、信号光と共に伝搬してきた１
、４８／、ｍの励起光は遮断されるが、０．９８／、ｍ
の励起光は反射されて光増幅媒質に入射される。

また、本発明の光増幅器の構成要素の中に光アイソレー
クな、どを含んでもよい。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明を適用すれば、希土類の持つ
複数の吸収波長帯の中の異なる吸収波長帯を励起する複
数個の励起光源を偏波合成することなく合波することに
より、従来より大きな励起光パワーが得られ、増幅利得
や飽和出力が大きな光増幅器が可能になる。

また、光増幅器から増幅信号光共に励起光が出力されな
いようにすることによって、光フィルタを設ける必要が
なくなり、部品点数を増やすことがなくこの光増幅器を
前置増幅器として用いることができるという利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図（ａＸｂ）はそれ
ぞれ、本発明の実施例におけるフィルタ機能を持った光
フアイバカップラの特性を説明するための図及び透過特
性図、第４図は、フィルタ機能を持ったダイクロイック
ミラー光合分波器の特性図、である。図において、１１・・・光増幅媒質、２１．２２．２３・・・光合分
波器、３１、３２．３３．３４・・・励起光源、４１・
・・フィルタ機能付き光合分波器、４１１、４１２．４
１３．４１４・・・フィルタ機能付き光フアイバカップ
ラの入出力端子である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）希土類を添加した光増幅媒質と、この希土類の持
つ複数の吸収波長帯の中の異なる吸収波長帯を励起する
複数個の励起光源と、前記励起光源から出力される励起
光及び信号光を前記希土類添加光増幅媒質にそれぞれ入
射させる光合波手段とを含むことを特徴とする光増幅器
。
（２）前記励起光源のうちの少なくとも一つからの励起
光を前記光増幅媒質の増幅信号光の出射端から光合分波
器によって前記光増幅媒質に入射する光増幅器であって
、この光合分波器が信号光の入射端から入射された励起
光の少なくとも一部を遮断する機能を有することを特徴
とする請求項１記載の光増幅器。