JPH1012952A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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- JPH1012952A JPH1012952A JP8159348A JP15934896A JPH1012952A JP H1012952 A JPH1012952 A JP H1012952A JP 8159348 A JP8159348 A JP 8159348A JP 15934896 A JP15934896 A JP 15934896A JP H1012952 A JPH1012952 A JP H1012952A
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- amplification
- optical fiber
- fiber
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 広帯域で低雑音の増幅特性を有する光ファイ
バ増幅器の提供を目的とする。 【解決手段】 初段増幅部、中段増幅部、後段増幅部の
前2段のいずれかにEr 3+添加フツリン酸ファイバを備
えたものである。
バ増幅器の提供を目的とする。 【解決手段】 初段増幅部、中段増幅部、後段増幅部の
前2段のいずれかにEr 3+添加フツリン酸ファイバを備
えたものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信及び光計測
の分野にて必要となる光ファイバ増幅器にあって、広帯
域、低雑音の光ファイバ増幅器に関する。
の分野にて必要となる光ファイバ増幅器にあって、広帯
域、低雑音の光ファイバ増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】Er3+添加光ファイバ増幅器(EDF
A)は、通信用光ファイバの伝送損失が最小となる1.
5μm帯での光増幅が可能であり、偏波依存性がなく通
信用光ファイバとの接続損失が小さく抑えられる等の特
徴を有するため、1.5μm帯光通信における光増幅器
として開発が進められ光通信システムへの応用が進めら
れている。かかる現状にあって、近年では伝送容量の拡
大のために波長多重(WDM)伝送の研究が盛んに行な
われている。このWDM光伝送システムにおいては、光
増幅器の光増幅波長帯域が波長多重数を制限しており、
また光増幅器を多段に接続して構成したWDM光通信シ
ステムにおいては、光増幅器の各信号波長の利得係数の
違いに伴い光信号受信端での光信号強度が異なったり、
雑音の蓄積によりS/Nが劣化したりする等の問題が生
じている。この結果、広い波長域にわたってWDM光信
号を利得偏差なく増幅できる低雑音の光ファイバ増幅器
の開発が求められる。
A)は、通信用光ファイバの伝送損失が最小となる1.
5μm帯での光増幅が可能であり、偏波依存性がなく通
信用光ファイバとの接続損失が小さく抑えられる等の特
徴を有するため、1.5μm帯光通信における光増幅器
として開発が進められ光通信システムへの応用が進めら
れている。かかる現状にあって、近年では伝送容量の拡
大のために波長多重(WDM)伝送の研究が盛んに行な
われている。このWDM光伝送システムにおいては、光
増幅器の光増幅波長帯域が波長多重数を制限しており、
また光増幅器を多段に接続して構成したWDM光通信シ
ステムにおいては、光増幅器の各信号波長の利得係数の
違いに伴い光信号受信端での光信号強度が異なったり、
雑音の蓄積によりS/Nが劣化したりする等の問題が生
じている。この結果、広い波長域にわたってWDM光信
号を利得偏差なく増幅できる低雑音の光ファイバ増幅器
の開発が求められる。
【0003】かかる光ファイバ増幅器の開発の過程にお
いて、増幅特性の改善方法として次のような方策があげ
られる。 (1)Er3+添加石英系光ファイバにAl又はAlとP
とを共添加する。すなわち、例えばAlを共添加しない
Er3+添加石英系光ファイバとAlを共添加したEr3+
添加石英系光ファイバとは、図6に示すようにAl共添
加なしの場合の光増幅波長特性は1536nmと155
2nmにて鋭いピークがあるのに対し、Al共添加の場
合には1552nmのピークが平坦になると共に増幅利
得が増大して信号波長域1540〜1560nmでの光
増幅波長特性が改善される。しかしながら、図6から判
明するようにAl共添加をしても平坦部の信号波長域1
540〜1560nmでの利得偏差はなお残り、信号波
長域を1532〜1560nmまで含めると大きな利得
偏差が存在する。
いて、増幅特性の改善方法として次のような方策があげ
られる。 (1)Er3+添加石英系光ファイバにAl又はAlとP
とを共添加する。すなわち、例えばAlを共添加しない
Er3+添加石英系光ファイバとAlを共添加したEr3+
添加石英系光ファイバとは、図6に示すようにAl共添
加なしの場合の光増幅波長特性は1536nmと155
2nmにて鋭いピークがあるのに対し、Al共添加の場
合には1552nmのピークが平坦になると共に増幅利
得が増大して信号波長域1540〜1560nmでの光
増幅波長特性が改善される。しかしながら、図6から判
明するようにAl共添加をしても平坦部の信号波長域1
540〜1560nmでの利得偏差はなお残り、信号波
長域を1532〜1560nmまで含めると大きな利得
偏差が存在する。
【0004】(2)かかる(1)に示すAl等共添加に
よる特性改善でもなお残る問題点を解決するため、構成
上波長依存性を補償する波長等価器を付加する構成が考
えられる。つまり、図7に示すようにEr3+添加光ファ
イバである光増幅媒体1−1、この光増幅媒体1−1へ
の励起光を発生する励起光源2−1,2−2,信号光と
励起光とを合波する合波器3−1,3−2,発振を抑え
る光アイソレータ4−1,4−2,を有し、更に波長等
価器10が出力側に配置されている。この場合、波長等
価器10としては、マッハツェンダ干渉回路からなる石
英系光回路が用いられる。かかる波長等価器10の存在
により信号波長域1540〜1560nmにおけるWD
M信号を利得偏差0.1dBにて増幅可能な光ファイバ
増幅器を構成できるが、光ファイバ増幅器に波長等価器
10を付加するための価格が上昇し、また全体の増幅利
得を最も近い増幅利得に合わせるために非効率になると
共に、光増幅波長帯域は光ファイバによって決定される
ため1540〜1560nm以上は不可能であった。
よる特性改善でもなお残る問題点を解決するため、構成
上波長依存性を補償する波長等価器を付加する構成が考
えられる。つまり、図7に示すようにEr3+添加光ファ
イバである光増幅媒体1−1、この光増幅媒体1−1へ
の励起光を発生する励起光源2−1,2−2,信号光と
励起光とを合波する合波器3−1,3−2,発振を抑え
る光アイソレータ4−1,4−2,を有し、更に波長等
価器10が出力側に配置されている。この場合、波長等
価器10としては、マッハツェンダ干渉回路からなる石
英系光回路が用いられる。かかる波長等価器10の存在
により信号波長域1540〜1560nmにおけるWD
M信号を利得偏差0.1dBにて増幅可能な光ファイバ
増幅器を構成できるが、光ファイバ増幅器に波長等価器
10を付加するための価格が上昇し、また全体の増幅利
得を最も近い増幅利得に合わせるために非効率になると
共に、光増幅波長帯域は光ファイバによって決定される
ため1540〜1560nm以上は不可能であった。
【0005】(3)更に、上述の(1)(2)に示す場
合には光増幅波長帯域が1540〜1560nmに制限
されていた問題を解決すべくEr3+添加光ファイバのホ
ストをフッ化物ガラス又は多成分ガラスに変更すること
も提案されている。すなわち、図8に示すように従来技
術(1)に示す石英系光ファイバに対して光ファイバの
ホストをフッ化物ガラスに変更した場合には、1532
〜1560nmのWDM信号に対して利得偏差1.5d
Bで増幅できると共に増幅波長帯域が1540nm以下
の短波長側にても改善することができた。この結果、波
長等価器を用いることなくフッ化物ガラスにより利益偏
差を抑えて平坦な光増幅波長特性を有しかつ1532〜
1560nmの如く光増幅波長帯域も広がった。
合には光増幅波長帯域が1540〜1560nmに制限
されていた問題を解決すべくEr3+添加光ファイバのホ
ストをフッ化物ガラス又は多成分ガラスに変更すること
も提案されている。すなわち、図8に示すように従来技
術(1)に示す石英系光ファイバに対して光ファイバの
ホストをフッ化物ガラスに変更した場合には、1532
〜1560nmのWDM信号に対して利得偏差1.5d
Bで増幅できると共に増幅波長帯域が1540nm以下
の短波長側にても改善することができた。この結果、波
長等価器を用いることなくフッ化物ガラスにより利益偏
差を抑えて平坦な光増幅波長特性を有しかつ1532〜
1560nmの如く光増幅波長帯域も広がった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このフ
ッ化物光ファイバを用いた場合、図9に示すように雑音
指数が高いという問題が生じている。すなわち、Er3+
イオンのエネルギ凖位に関しては、図10に示す如く基
底状態のエネルギ凖位4 I15/2に対し4 I13/2, 4 I
11/2,4 I9/2 等に分かれるのであるが、フッ化物光フ
ァイバでは格子振動に係るフォノンエネルギが約500
cm-1で石英系光ファイバのフォノンエネルギ約110
0cm-1よりも小さいため、Er3+イオンの4 I11/2凖
位の寿命はフッ化物光ファイバでは石英系光ファイバに
比べ長くなり、フッ化物光ファイバでの4 I11/2凖位を
励起するとこの凖位の電子が励起光を吸収し更に高い凖
位例えば4 I9/2 へ遷移する励起状態吸収が発生し、発
光始凖位である4 I13/2へ緩和せず、増幅が生じない。
この結果、フッ化物光ファイバを増幅媒体とした場合、
この光ファイバ増幅器ではEr3+イオンの4 I11/2凖位
の励起できず、図9に示す6dB以上もの高い雑音指数
が生ずるという欠点を持つ。
ッ化物光ファイバを用いた場合、図9に示すように雑音
指数が高いという問題が生じている。すなわち、Er3+
イオンのエネルギ凖位に関しては、図10に示す如く基
底状態のエネルギ凖位4 I15/2に対し4 I13/2, 4 I
11/2,4 I9/2 等に分かれるのであるが、フッ化物光フ
ァイバでは格子振動に係るフォノンエネルギが約500
cm-1で石英系光ファイバのフォノンエネルギ約110
0cm-1よりも小さいため、Er3+イオンの4 I11/2凖
位の寿命はフッ化物光ファイバでは石英系光ファイバに
比べ長くなり、フッ化物光ファイバでの4 I11/2凖位を
励起するとこの凖位の電子が励起光を吸収し更に高い凖
位例えば4 I9/2 へ遷移する励起状態吸収が発生し、発
光始凖位である4 I13/2へ緩和せず、増幅が生じない。
この結果、フッ化物光ファイバを増幅媒体とした場合、
この光ファイバ増幅器ではEr3+イオンの4 I11/2凖位
の励起できず、図9に示す6dB以上もの高い雑音指数
が生ずるという欠点を持つ。
【0007】本発明は、上述の問題に鑑み、Er3+添加
光ファイバ増幅器の増幅波長帯域が狭く、各信号波長の
利得偏差が大きいという欠点や雑音指数が大きいという
欠点を除去して、広帯域・利得平坦で低雑音の増幅特性
を有する光ファイバ増幅器の提供を目的とする。
光ファイバ増幅器の増幅波長帯域が狭く、各信号波長の
利得偏差が大きいという欠点や雑音指数が大きいという
欠点を除去して、広帯域・利得平坦で低雑音の増幅特性
を有する光ファイバ増幅器の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。 (1)コア部及びクラッド部にEr3+を添加した光ファ
イバからなる光増幅媒体と、この光増幅媒体への励起光
を発光する励起光源と、この励起光源からの励起光及び
被増幅光を結合して前記光増幅媒体に導く光学手段と、
を有する増幅部を備えた光ファイバ増幅器において、前
記増幅部を初段増幅部、中段増幅部、後段増幅部からな
る3段とし、この3段の増幅部の少なくとも1段の光増
幅媒体をEr3+添加フツリン酸ファイバとし、たことを
特徴とする。 (2)(1)において、初段増幅部及び中段増幅部の光
増幅媒体としてはEr 3+添加石英系ファイバとEr3+添
加フツリン酸ファイバとの組合せとし、後段増幅部をE
r3+添加フッ化物ファイバとしたことを特徴とする。 (3)(1)又は(2)において、Er3+添加フツリン
酸ファイバは酸素とフッ素との濃度割合を変えて光増幅
波長特性を変化させたことを特徴とする。 (4)(1)において、Er3+添加フツリン酸ファイバ
を少なくとも2段の増幅部につきそれぞれ配置し、それ
ぞれの段の前記Er3+添加フツリン酸ファイバの酸素と
フッ素の濃度割合を変えて相互に補い合う光増幅波長特
性としたことを特徴とする。 (5)(1),(2),(3)又は(4)において、3
段の増幅部は光アイソレータを介して直列に接続されて
いることを特徴とする。 (6)(1)(2)(3)、又は(4)において、3段
の増幅部のうち初段増幅部の励起光源は、Er3+イオン
のエネルギ凖位のうち、4 I11/2凖位を励起する光源と
したことを特徴とする。
発明は、次の発明特定事項を有する。 (1)コア部及びクラッド部にEr3+を添加した光ファ
イバからなる光増幅媒体と、この光増幅媒体への励起光
を発光する励起光源と、この励起光源からの励起光及び
被増幅光を結合して前記光増幅媒体に導く光学手段と、
を有する増幅部を備えた光ファイバ増幅器において、前
記増幅部を初段増幅部、中段増幅部、後段増幅部からな
る3段とし、この3段の増幅部の少なくとも1段の光増
幅媒体をEr3+添加フツリン酸ファイバとし、たことを
特徴とする。 (2)(1)において、初段増幅部及び中段増幅部の光
増幅媒体としてはEr 3+添加石英系ファイバとEr3+添
加フツリン酸ファイバとの組合せとし、後段増幅部をE
r3+添加フッ化物ファイバとしたことを特徴とする。 (3)(1)又は(2)において、Er3+添加フツリン
酸ファイバは酸素とフッ素との濃度割合を変えて光増幅
波長特性を変化させたことを特徴とする。 (4)(1)において、Er3+添加フツリン酸ファイバ
を少なくとも2段の増幅部につきそれぞれ配置し、それ
ぞれの段の前記Er3+添加フツリン酸ファイバの酸素と
フッ素の濃度割合を変えて相互に補い合う光増幅波長特
性としたことを特徴とする。 (5)(1),(2),(3)又は(4)において、3
段の増幅部は光アイソレータを介して直列に接続されて
いることを特徴とする。 (6)(1)(2)(3)、又は(4)において、3段
の増幅部のうち初段増幅部の励起光源は、Er3+イオン
のエネルギ凖位のうち、4 I11/2凖位を励起する光源と
したことを特徴とする。
【0009】Er3+添加した光ファイバ増幅器にあって
フツリン酸ファイバを少なくとも1段備えており、この
フツリン酸ファイバでは、Er3+イオンは酸素とフッ素
の両方に囲まれているために、Er3+イオンが酸素に囲
まれている石英系ファイバと、Er3+イオンがフッ素に
囲まれているフッ化物ファイバの中間的な特性が現れ
る。したがって、石英系ファイバやフッ化物ファイバあ
るいは他の濃度のフツリン酸ファイバを組み合せること
により増幅利得を広範囲にて平坦化させ得る光ファイバ
増幅器が得られる。また、雑音指数は初段増幅媒体が重
要となり、この初段にてEr3+イオンの励起凖位に依存
する雑音指数を小さくすべく4 I11/2凖位励起を生ずる
石英系やフツリン酸からなる増幅媒体を備えることによ
り低雑音化が図られる。
フツリン酸ファイバを少なくとも1段備えており、この
フツリン酸ファイバでは、Er3+イオンは酸素とフッ素
の両方に囲まれているために、Er3+イオンが酸素に囲
まれている石英系ファイバと、Er3+イオンがフッ素に
囲まれているフッ化物ファイバの中間的な特性が現れ
る。したがって、石英系ファイバやフッ化物ファイバあ
るいは他の濃度のフツリン酸ファイバを組み合せること
により増幅利得を広範囲にて平坦化させ得る光ファイバ
増幅器が得られる。また、雑音指数は初段増幅媒体が重
要となり、この初段にてEr3+イオンの励起凖位に依存
する雑音指数を小さくすべく4 I11/2凖位励起を生ずる
石英系やフツリン酸からなる増幅媒体を備えることによ
り低雑音化が図られる。
【0010】
【発明の実施の形態】ここで、図1〜図5及び図11を
参照して本発明による実施の形態の一例を説明する。図
1は一例の構成を示している。なお、図1において図7
と同一部分には同符号を付す。すなわち、1−1,,1
−2,1−3は増幅用光ファイバ、2−1,2−2,2
−3は増幅用光ファイバ1−1,1−2,1−3への励
起光を発生する励起光源、3−1,3−2,3−3はそ
れぞれ励起光源2−1,2−2,2−3で発生された励
起光を信号光と合波する合波器、4−1,4−2,4−
3,4−4は光アイソレータである。増幅用光ファイバ
1−1としてはEr3+添加石英系光ファイバ(ファイバ
長2m、比屈折率差1.8%、カットオフ波長1.1μ
m、Al添加濃度4wt%、Er3+添加濃度1300p
pm)、増幅用ファイバ1−2としてはEr3+添加フツ
リン酸ファイバ(ガラス組成P2 O5 −Al2 O3 −A
lF3 −LiF−MgF2 −CaF2 −SrF2 −Ba
F2 −LaF3 、ファイバ長50cm、比屈折率差0.
29%、カットオフ波長1.3μm、Er3+添加濃度3
300ppm)、増幅用ファイバ1−3としてはEr3+
添加フッ化物ファイバ(ガラス組成ZrF4 −BaF2
−LaF3 −YF3 −AlF3 −LiF−NaF、ファ
イバ長5m、比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.
0μm、Er3+添加濃度1000ppm)からなる。励
起光源2−1,2−2として、980nm帯歪量子井戸
半導体レーザ(励起光量は励起光源2−1,2−2共に
120mW)を用い、励起光源2−3として、1480
nm帯半導体レーザを用いた。合波器3−1,3−2,
3−3として共にWDMファイバカップラを用いた。光
アイソレータ4−1,4−2,4−3,4−4として
は、偏波無依存型の1550nm帯用光アイソレータを
用いた。
参照して本発明による実施の形態の一例を説明する。図
1は一例の構成を示している。なお、図1において図7
と同一部分には同符号を付す。すなわち、1−1,,1
−2,1−3は増幅用光ファイバ、2−1,2−2,2
−3は増幅用光ファイバ1−1,1−2,1−3への励
起光を発生する励起光源、3−1,3−2,3−3はそ
れぞれ励起光源2−1,2−2,2−3で発生された励
起光を信号光と合波する合波器、4−1,4−2,4−
3,4−4は光アイソレータである。増幅用光ファイバ
1−1としてはEr3+添加石英系光ファイバ(ファイバ
長2m、比屈折率差1.8%、カットオフ波長1.1μ
m、Al添加濃度4wt%、Er3+添加濃度1300p
pm)、増幅用ファイバ1−2としてはEr3+添加フツ
リン酸ファイバ(ガラス組成P2 O5 −Al2 O3 −A
lF3 −LiF−MgF2 −CaF2 −SrF2 −Ba
F2 −LaF3 、ファイバ長50cm、比屈折率差0.
29%、カットオフ波長1.3μm、Er3+添加濃度3
300ppm)、増幅用ファイバ1−3としてはEr3+
添加フッ化物ファイバ(ガラス組成ZrF4 −BaF2
−LaF3 −YF3 −AlF3 −LiF−NaF、ファ
イバ長5m、比屈折率差2.5%、カットオフ波長1.
0μm、Er3+添加濃度1000ppm)からなる。励
起光源2−1,2−2として、980nm帯歪量子井戸
半導体レーザ(励起光量は励起光源2−1,2−2共に
120mW)を用い、励起光源2−3として、1480
nm帯半導体レーザを用いた。合波器3−1,3−2,
3−3として共にWDMファイバカップラを用いた。光
アイソレータ4−1,4−2,4−3,4−4として
は、偏波無依存型の1550nm帯用光アイソレータを
用いた。
【0011】この図1に示す構成につき、図2に示すW
DM信号増幅特性評価系を用いて評価した。なお、この
特性評価のための構成において、5−1,5−2,5−
3,5−4,5−5,5−6,5−7,5−8は波長可
変の信号光源、6は波長可変光源5の信号光を合波する
合波器、7は信号光量を調整する光アッテネータ、8は
図1に示す被測定光ファイバ増幅器、9は光ファイバ増
幅器8で増幅された信号光を検出する光スペクトラムア
ナライザである。波長可変光源5−1,5−2,5−
3,5−4,5−5,5−6,5−7,5−8の信号波
長は、1532,1536,1540,1544,15
48,1552,1556nmである。
DM信号増幅特性評価系を用いて評価した。なお、この
特性評価のための構成において、5−1,5−2,5−
3,5−4,5−5,5−6,5−7,5−8は波長可
変の信号光源、6は波長可変光源5の信号光を合波する
合波器、7は信号光量を調整する光アッテネータ、8は
図1に示す被測定光ファイバ増幅器、9は光ファイバ増
幅器8で増幅された信号光を検出する光スペクトラムア
ナライザである。波長可変光源5−1,5−2,5−
3,5−4,5−5,5−6,5−7,5−8の信号波
長は、1532,1536,1540,1544,15
48,1552,1556nmである。
【0012】この評価の結果、前述の被測定光ファイバ
増幅器の光増幅波長特性及び雑音特性は、図3に示すも
のとなった。すなわち、前述した光ファイバ増幅器で
は、1532〜1560nmのWDM信号を平均利得2
5dBとし、利得偏差1dB以内で光増幅でき、更に雑
音指数は4.9dB以下となった。このように前述した
例の構成とすることにより、光増幅波長特性及び雑音特
性を改善することができ、従来技術に示す図8、図9と
比べても利得偏差0.5dB雑音指数1dB以上の改善
となり、例えば光ファイバ増幅器を10台直列につなげ
た伝送路を考えた場合、利得偏差は従来技術(3)では
15dBになるのに対し、本光ファイバ増幅器で10d
Bに抑えることができる。
増幅器の光増幅波長特性及び雑音特性は、図3に示すも
のとなった。すなわち、前述した光ファイバ増幅器で
は、1532〜1560nmのWDM信号を平均利得2
5dBとし、利得偏差1dB以内で光増幅でき、更に雑
音指数は4.9dB以下となった。このように前述した
例の構成とすることにより、光増幅波長特性及び雑音特
性を改善することができ、従来技術に示す図8、図9と
比べても利得偏差0.5dB雑音指数1dB以上の改善
となり、例えば光ファイバ増幅器を10台直列につなげ
た伝送路を考えた場合、利得偏差は従来技術(3)では
15dBになるのに対し、本光ファイバ増幅器で10d
Bに抑えることができる。
【0013】図3の場合に示す特性は、励起光源2−2
として800nm帯量子井戸半導体レーザを用いたと
き、初段増幅部及び中段増幅部を図4に示す後方励起系
とし、後段増幅部を前方励起系としても同様の光増幅波
長特性や雑音特性が得られた。
として800nm帯量子井戸半導体レーザを用いたと
き、初段増幅部及び中段増幅部を図4に示す後方励起系
とし、後段増幅部を前方励起系としても同様の光増幅波
長特性や雑音特性が得られた。
【0014】次に他の変形例につき図1を用いて説明す
る。増幅用光ファイバ1−1としては、Er3+添加フツ
リン酸ファイバ(ガラス組成P2 O5 −Al2 O3 −A
lF 3 −LiF−MgF2 −CaF2 −SrF2 −Ba
F2 −LaF3 、ファイバ長50cm、比屈折率差0.
29%、カットオフ波長1.3μm、Er3+添加濃度3
300ppm)、増幅用ファイバ1−2としてはEr3+
添加石英系ファイバ(ファイバ長2m、比屈折率差1.
8%、カットオフ波長1.1μm、Al添加濃度4wt
%、Er3+添加濃度1300ppm)、増幅用ファイバ
1−3としてはEr3+添加フッ化物ファイバ(ガラス組
成ZrF4 −BaF2 −LaF3 −YF 3 −AlF3 −
LiF−NaF、ファイバ長5m、比屈折率差2.5
%、カットオフ波長1.0μm、Er3+添加濃度100
0ppm)からなる。励起光源2−1,2−2として、
980nm帯歪量子井戸半導体レーザ(励起光量は励起
光源2−1,2−2共に120mW)を用い、励起光源
2−3として、1480nm帯半導体レーザを用いた。
合波器3−1,3−2,3−3として共にWDMファイ
バカップラを用いた。光アイソレータ4−1,4−2,
4−3,4−4としては、偏波無依存型の1550nm
帯用光アイソレータを用いた。
る。増幅用光ファイバ1−1としては、Er3+添加フツ
リン酸ファイバ(ガラス組成P2 O5 −Al2 O3 −A
lF 3 −LiF−MgF2 −CaF2 −SrF2 −Ba
F2 −LaF3 、ファイバ長50cm、比屈折率差0.
29%、カットオフ波長1.3μm、Er3+添加濃度3
300ppm)、増幅用ファイバ1−2としてはEr3+
添加石英系ファイバ(ファイバ長2m、比屈折率差1.
8%、カットオフ波長1.1μm、Al添加濃度4wt
%、Er3+添加濃度1300ppm)、増幅用ファイバ
1−3としてはEr3+添加フッ化物ファイバ(ガラス組
成ZrF4 −BaF2 −LaF3 −YF 3 −AlF3 −
LiF−NaF、ファイバ長5m、比屈折率差2.5
%、カットオフ波長1.0μm、Er3+添加濃度100
0ppm)からなる。励起光源2−1,2−2として、
980nm帯歪量子井戸半導体レーザ(励起光量は励起
光源2−1,2−2共に120mW)を用い、励起光源
2−3として、1480nm帯半導体レーザを用いた。
合波器3−1,3−2,3−3として共にWDMファイ
バカップラを用いた。光アイソレータ4−1,4−2,
4−3,4−4としては、偏波無依存型の1550nm
帯用光アイソレータを用いた。
【0015】かかる構成を図2に示すWDM信号増幅特
性評価系にて評価した結果、図5に示す如く、1532
〜1560nmのWDM信号を平均利得27dB、利得
偏差1dB以内で光増幅でき、更に雑音指数は5.1d
B以下となった。こうして、光増幅波長特性及び雑音特
性を改善でき、従来技術に比べ利得偏差0.5dB、雑
音指数1dB程度の改善ができた。
性評価系にて評価した結果、図5に示す如く、1532
〜1560nmのWDM信号を平均利得27dB、利得
偏差1dB以内で光増幅でき、更に雑音指数は5.1d
B以下となった。こうして、光増幅波長特性及び雑音特
性を改善でき、従来技術に比べ利得偏差0.5dB、雑
音指数1dB程度の改善ができた。
【0016】なお、この変形例についても励起光源2−
2として800nm帯量子井戸半導体レーザを用いたと
き、初段増幅部及び中段増幅部を図4に示す後方励起系
とし、後段増幅部を前方励起系としても同様の光増幅特
性や雑音特性が得られた。
2として800nm帯量子井戸半導体レーザを用いたと
き、初段増幅部及び中段増幅部を図4に示す後方励起系
とし、後段増幅部を前方励起系としても同様の光増幅特
性や雑音特性が得られた。
【0017】上述の説明ではEr3+添加フツリン酸ファ
イバの組成をP2 O5 −Al2 O3−AlF3 −LiF
−MgF2 −CaF2 −SrF2 −BaF2 −LaF3
としたものであるが、ここでフツリン酸ファイバのガラ
ス組成等を更に細かく変え、例えば次の3種類につき検
討する。 (1)コアガラス組成は、P2 O5 (8.0),AlF
3 (32.8),NaF(6.0),MgF2 (10.
0),CaF2 (18.0),SrF2 (15.0),
BaF2 (8.0),LaF3 (2.0),FrF
3 (0.2mol%,添加濃度に換算すると3400p
pm)であり、クラッドガラス組成は、P2O5 (8.
0),AlF3 (35.0),NaF(7.0),Mg
F2 (10.0),CaF2 (18.0),SrF
2 (15.0),BaF2 (8.0)である。ファイバ
長は80cm、比屈折率差は0.28%、カットオフ波
長は0.8μmとした。 (2)コアガラス組成は、P2 O5 (16.5),Al
2 O3 (2.5),AlF3 (21.3),LiF(1
3.0),MgF2 (7.5),CaF2 (13.
5),SrF2 (11.0),BaF2 (10.5),
Li2 CO2 (2.0),LaF3 (2.0),FrF
3 (0.2mol%,添加濃度に換算すると3300p
pm)であり、クラッドガラス組成は、P2 O5 (1
6.5),AlF3 (2.5),AlF3 (22.
5),LiF(14.0),MgF2 (7.5),Ca
F2 (13.5),SrF2 (11.0),BaF
2 (10.5),Li2 CO2 (2.0)である。ファ
イバ長は80cm、比屈折率差は0.29%、カットオ
フ波長は0.8μmとした。 (3)コアガラス組成は、P2 O5 (21.0),Al
2 O3 (7.0),AlF3 (2.8),LiF(3
2.0),BaF2 (27.0),Li2 CO2(8.
0),LaF3 (2.0),FrF3 (0.2mol
%,添加濃度に換算すると3200ppm)であり、ク
ラッドガラス組成は、P2 O5 (21.0),Al2 O
3 (7.0),AlF3 (5.0),LiF(32.
0),BaF2(27.0),Li2 CO2 (8.0)
である。ファイバ長は80cm、比屈折率差は0.27
%、カットオフ波長は0.8μmとした。かかる種類の
ファイバにつき光増幅波長特性を得るため波長等価器を
除いた図7に示す構成とした。つまり励起光源2−1お
よび2−2として、980nm帯歪量子井戸半導体レー
ザ(励起光量は励起光源2−1,2−2共に120m
W)を用い、合波器3−1および3−2として共にWD
Mファイバカップラを用いた。光アイソレータ4−1,
4−2としては、偏波無依存型の1550nm帯用光ア
イソレータを用いた。
イバの組成をP2 O5 −Al2 O3−AlF3 −LiF
−MgF2 −CaF2 −SrF2 −BaF2 −LaF3
としたものであるが、ここでフツリン酸ファイバのガラ
ス組成等を更に細かく変え、例えば次の3種類につき検
討する。 (1)コアガラス組成は、P2 O5 (8.0),AlF
3 (32.8),NaF(6.0),MgF2 (10.
0),CaF2 (18.0),SrF2 (15.0),
BaF2 (8.0),LaF3 (2.0),FrF
3 (0.2mol%,添加濃度に換算すると3400p
pm)であり、クラッドガラス組成は、P2O5 (8.
0),AlF3 (35.0),NaF(7.0),Mg
F2 (10.0),CaF2 (18.0),SrF
2 (15.0),BaF2 (8.0)である。ファイバ
長は80cm、比屈折率差は0.28%、カットオフ波
長は0.8μmとした。 (2)コアガラス組成は、P2 O5 (16.5),Al
2 O3 (2.5),AlF3 (21.3),LiF(1
3.0),MgF2 (7.5),CaF2 (13.
5),SrF2 (11.0),BaF2 (10.5),
Li2 CO2 (2.0),LaF3 (2.0),FrF
3 (0.2mol%,添加濃度に換算すると3300p
pm)であり、クラッドガラス組成は、P2 O5 (1
6.5),AlF3 (2.5),AlF3 (22.
5),LiF(14.0),MgF2 (7.5),Ca
F2 (13.5),SrF2 (11.0),BaF
2 (10.5),Li2 CO2 (2.0)である。ファ
イバ長は80cm、比屈折率差は0.29%、カットオ
フ波長は0.8μmとした。 (3)コアガラス組成は、P2 O5 (21.0),Al
2 O3 (7.0),AlF3 (2.8),LiF(3
2.0),BaF2 (27.0),Li2 CO2(8.
0),LaF3 (2.0),FrF3 (0.2mol
%,添加濃度に換算すると3200ppm)であり、ク
ラッドガラス組成は、P2 O5 (21.0),Al2 O
3 (7.0),AlF3 (5.0),LiF(32.
0),BaF2(27.0),Li2 CO2 (8.0)
である。ファイバ長は80cm、比屈折率差は0.27
%、カットオフ波長は0.8μmとした。かかる種類の
ファイバにつき光増幅波長特性を得るため波長等価器を
除いた図7に示す構成とした。つまり励起光源2−1お
よび2−2として、980nm帯歪量子井戸半導体レー
ザ(励起光量は励起光源2−1,2−2共に120m
W)を用い、合波器3−1および3−2として共にWD
Mファイバカップラを用いた。光アイソレータ4−1,
4−2としては、偏波無依存型の1550nm帯用光ア
イソレータを用いた。
【0018】この結果、光増幅波長特性は図11にて示
すように光ファイバ増幅器は(1)のフツリン酸ガラス
ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、1548nmに
利得の落ち込みを有する光増幅波長特性となり、(3)
のフツリン酸ガラスファイバを用いた光ファイバ増幅器
は、1548nmの利得が(1)の組成とは逆に他の信
号波長の利得に比べて大きくなるという光増幅波長特性
となる。(2)のフツリン酸ファイバを用いた光ファイ
バ増幅器は、(1)と(3)の中間的な光増幅波長特性
となる。これらの結果から、従来の技術では不可能であ
った光増幅波長特性が異なる光ファイバ増幅器を容易に
構成することができる。以上のフツリン酸ファイバの波
長特性変化はこのファイバの酸素とフッ素の濃度割合を
変えることにより得られることが判明する。つまり、E
r3+イオンのまわりを取り囲むイオンが酸素のみ又はフ
ッ素のみの場合はシュタルク分裂に伴う凖位間の遷移に
よるスペクトルの重なり方が一定で光増幅波長特性は固
定した一定のものとなるが、フツリン酸の場合には、E
r3+イオンのまわりを取り囲んでいるイオンが酸素とフ
ッ素の両方であってその濃度割合を変えることにより分
裂した各凖位間の遷移によるスペクトルの重なり方を変
えることに基づくものである。
すように光ファイバ増幅器は(1)のフツリン酸ガラス
ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、1548nmに
利得の落ち込みを有する光増幅波長特性となり、(3)
のフツリン酸ガラスファイバを用いた光ファイバ増幅器
は、1548nmの利得が(1)の組成とは逆に他の信
号波長の利得に比べて大きくなるという光増幅波長特性
となる。(2)のフツリン酸ファイバを用いた光ファイ
バ増幅器は、(1)と(3)の中間的な光増幅波長特性
となる。これらの結果から、従来の技術では不可能であ
った光増幅波長特性が異なる光ファイバ増幅器を容易に
構成することができる。以上のフツリン酸ファイバの波
長特性変化はこのファイバの酸素とフッ素の濃度割合を
変えることにより得られることが判明する。つまり、E
r3+イオンのまわりを取り囲むイオンが酸素のみ又はフ
ッ素のみの場合はシュタルク分裂に伴う凖位間の遷移に
よるスペクトルの重なり方が一定で光増幅波長特性は固
定した一定のものとなるが、フツリン酸の場合には、E
r3+イオンのまわりを取り囲んでいるイオンが酸素とフ
ッ素の両方であってその濃度割合を変えることにより分
裂した各凖位間の遷移によるスペクトルの重なり方を変
えることに基づくものである。
【0019】この結果、酸素とフッ素の濃度割合を変え
たEr3+添加フツリン酸ガラスファイバを用いることで
光増幅波長特性を変えることができるため、図1に示す
石英系、又はフッ化物の各ファイバの特性に応じてフツ
リン酸ファイバを配置することにより利得偏差を極めて
小さくすることが可能となる。また、例えば図11に示
す例(1)と(3)とについて、これらの特性は逆の波
形を示しているので、これらを組合わせることにより平
坦な特性を得ることができ、利得偏差の低減につなが
る。したがって、図1に示す3種類の光ファイバ1−
1,1−2,1−3のうち2種類を濃度割合を変えたフ
ツリン酸ファイバとすることにより利得偏差を無くす効
果も生ずる。
たEr3+添加フツリン酸ガラスファイバを用いることで
光増幅波長特性を変えることができるため、図1に示す
石英系、又はフッ化物の各ファイバの特性に応じてフツ
リン酸ファイバを配置することにより利得偏差を極めて
小さくすることが可能となる。また、例えば図11に示
す例(1)と(3)とについて、これらの特性は逆の波
形を示しているので、これらを組合わせることにより平
坦な特性を得ることができ、利得偏差の低減につなが
る。したがって、図1に示す3種類の光ファイバ1−
1,1−2,1−3のうち2種類を濃度割合を変えたフ
ツリン酸ファイバとすることにより利得偏差を無くす効
果も生ずる。
【0020】図1に戻り、図1の増幅用光ファイバ1−
1,1−2,1−3として前述した例では、前段増幅部
に石英系又はフツリン酸、中段増幅部にフツリン酸又は
石英系をそれぞれ用い、後段増幅部にフッ化物とした。
この組合せは、雑音指数を低減するために配置したもの
である。光ファイバ増幅器の雑音指数NFを表わすと次
のようになる。 NF=入射部損失+NF1 +NF2 /G1 +NF3 /G
1 ・G2 ここで、NF1 ,NF2 ,NF3 は、前段増幅部、中段
増幅部、後段増幅部の雑音指数であり、G1 G2 は前段
増幅部、中段増幅部の利得を示す。利得としては通常1
00以上あるので、前掲式の第3項、第4項は無視する
ことができ、このため光ファイバ増幅器の雑音指数は、
前段増幅部の雑音指数が重要となる。このため、前段増
幅部としは低雑音化が達成できる4 I11/2凖位励起が可
能な石英系やフツリン酸ファイバが必要となる。4 I
11/2凖位励起が低雑音化に有効であり、反面4 I11/2凖
位励起が不可能なフッ化物ファイバは後段増幅部に配置
されることになる。
1,1−2,1−3として前述した例では、前段増幅部
に石英系又はフツリン酸、中段増幅部にフツリン酸又は
石英系をそれぞれ用い、後段増幅部にフッ化物とした。
この組合せは、雑音指数を低減するために配置したもの
である。光ファイバ増幅器の雑音指数NFを表わすと次
のようになる。 NF=入射部損失+NF1 +NF2 /G1 +NF3 /G
1 ・G2 ここで、NF1 ,NF2 ,NF3 は、前段増幅部、中段
増幅部、後段増幅部の雑音指数であり、G1 G2 は前段
増幅部、中段増幅部の利得を示す。利得としては通常1
00以上あるので、前掲式の第3項、第4項は無視する
ことができ、このため光ファイバ増幅器の雑音指数は、
前段増幅部の雑音指数が重要となる。このため、前段増
幅部としは低雑音化が達成できる4 I11/2凖位励起が可
能な石英系やフツリン酸ファイバが必要となる。4 I
11/2凖位励起が低雑音化に有効であり、反面4 I11/2凖
位励起が不可能なフッ化物ファイバは後段増幅部に配置
されることになる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光ファイバ
増幅器にてEr3+添加フツリン酸ファイバを備えること
により、広帯域・利得平坦化と低雑音化が可能となっ
た。
増幅器にてEr3+添加フツリン酸ファイバを備えること
により、広帯域・利得平坦化と低雑音化が可能となっ
た。
【図1】光ファイバ増幅器の一例の構成図。
【図2】WDM信号光増幅特性評価系の構成図。
【図3】本発明の一例の光ファイバ増幅器の増幅特性線
図。
図。
【図4】変形例を示す部分構成図。
【図5】本発明の他の例の光ファイバ増幅器の増幅特性
線図。
線図。
【図6】従来技術(1)を説明する特性線図。
【図7】従来技術(2)の構成図。
【図8】従来技術(1)と(3)を比較した利得特性線
図。
図。
【図9】従来技術(3)の雑音指数を示す線図。
【図10】Er3+イオンのエネルギ凖位図。
【図11】酸素フッ素濃度割合の差に基づく特性線図。
1−1,1−2,1−3 Er3+添加光ファイバ 2−1,2−2,2−3 励起光源 3−1,3−2,3−3 合波器 4−1,4−2,4−3,4−4 光アイソレータ 5−1,5−2,5−3,5−4,5−6,5−7,5
−8 波長可変の信号光源 6 合波器 7 光アッテネータ 8 被測走光ファイバ増幅器 9 光スペクトラムアナライザ
−8 波長可変の信号光源 6 合波器 7 光アッテネータ 8 被測走光ファイバ増幅器 9 光スペクトラムアナライザ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/18 (72)発明者 中川 幸一 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内
Claims (6)
- 【請求項1】 コア部及びクラッド部にEr3+を添加し
た光ファイバからなる光増幅媒体と、この光増幅媒体へ
の励起光を発光する励起光源と、この励起光源からの励
起光及び被増幅光を結合して前記光増幅媒体に導く光学
手段と、を有する増幅部を備えた光ファイバ増幅器にお
いて、 前記増幅部を初段増幅部、中段増幅部、後段増幅部から
なる3段とし、 この3段の増幅部の少なくとも1段の光増幅媒体をEr
3+添加フツリン酸ファイバとし、 たことを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項2】 初段増幅部及び中段増幅部の光増幅媒体
としてはEr3+添加石英系ファイバとEr3+添加フツリ
ン酸ファイバとの組合せとし、後段増幅部をEr3+添加
フッ化物ファイバとした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】 Er3+添加フツリン酸ファイバは酸素と
フッ素との濃度割合を変えて光増幅波長特性を変化させ
たことを特徴とする請求項1又は2記載の光ファイバ増
幅器。 - 【請求項4】 Er3+添加フツリン酸ファイバを少なく
とも2段の増幅部につきそれぞれ配置し、それぞれの段
の前記Er3+添加フツリン酸ファイバの酸素とフッ素の
濃度割合を変えて相互に補い合う光増幅波長特性とした
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】 3段の増幅部は光アイソレータを介して
直列に接続されていることを特徴とする請求項1,2,
3又は4記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項6】 3段の増幅部のうち初段増幅部の励起光
源は、Er3+イオンのエネルギ凖位のうち、4 I11/2凖
位を励起する光源としたことを特徴とする請求項1,
2,3,又は4記載の光ファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8159348A JPH1012952A (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8159348A JPH1012952A (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012952A true JPH1012952A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15691888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8159348A Withdrawn JPH1012952A (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1012952A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005277370A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-10-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光増幅性導波路、光増幅モジュールおよび光通信システム |
| JP2006245244A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光増幅性導波路 |
| US7760423B2 (en) | 2005-07-20 | 2010-07-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical amplifier |
| JP2018006474A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ通信システム |
-
1996
- 1996-06-20 JP JP8159348A patent/JPH1012952A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005277370A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-10-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光増幅性導波路、光増幅モジュールおよび光通信システム |
| JP2006245244A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光増幅性導波路 |
| US7760423B2 (en) | 2005-07-20 | 2010-07-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical amplifier |
| JP2018006474A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ通信システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030902 |