JPH11238931A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JPH11238931A
JPH11238931A JP10039085A JP3908598A JPH11238931A JP H11238931 A JPH11238931 A JP H11238931A JP 10039085 A JP10039085 A JP 10039085A JP 3908598 A JP3908598 A JP 3908598A JP H11238931 A JPH11238931 A JP H11238931A
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JP
Japan
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light
optical fiber
optical
rare
earth
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Pending
Application number
JP10039085A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiko Kobayashi
雅彦 小林
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
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Publication of JPH11238931A publication Critical patent/JPH11238931A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1301Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
    • H01S3/1302Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by all-optical means, e.g. gain-clamping

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で、内部発振光の漏れを抑制でき
る光増幅器を提供する。 【解決手段】 励起光により励起されて光を増幅する希
土類添加光ファイバ1と、増幅された光のうち所定の波
長帯の光を前記希土類添加光ファイバ1に帰還させる帰
還手段とを有する光増幅器において、前記波長帯の光を
減衰させるフィルタ9を前記希土類添加光ファイバ1中
に挿入した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類添加光ファ
イバを用いた増幅器内で発振を生じさせることにより利
得の安定化を図る光増幅器に係り、特に、簡素な構成
で、内部発振光の漏れを抑制できる光増幅器に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】希土類添加光ファイバを用いた光ファイ
バ増幅器は、高利得、高出力、低雑音などの優れた特性
を合わせ持つため、光通信システムの性能を大幅に向上
させた。光ファイバ増幅器の原理は、添加した希土類の
励起準位に相当する波長を有する励起光を希土類添加光
ファイバに入射し、希土類イオンのエネルギ準位の反転
分布により生じる誘導放出現象により信号光を増幅する
というものである。
【0003】特にエルビウム(Er)を添加した光ファ
イバを用いた光ファイバ増幅器(以下、EDFAと記
す)は、増幅波長帯が石英系光ファイバの最低損失波長
帯(1.55μm帯)に一致し、しかも効率が良く、高
利得、低雑音の増幅特性が容易に得られることから、広
く実用に供されることとなった。
【0004】EDFAなどの光ファイバ増幅器を用いる
と、波長多重化された光信号を一括して増幅することが
できるので、波長多重による大容量で柔軟な伝送システ
ムを経済的に構築することが可能となる。しかしなが
ら、このような波長多重伝送システムにおいて、多重化
されるチャンネル数がダイナミックに変動する場合、1
波あたりの利得も変動を受けることになる。
【0005】これを回避するために、光ファイバ増幅器
に入力される信号光強度と増幅された出力信号光強度と
をモニタし、この比が一定になるように励起光強度を制
御する方法が考案されている。しかしながら、この方法
では構成が複雑になる他に、広い入力範囲に亘り利得を
高精度に安定化させるのが困難であり、また入力信号光
パワーの時間変動に対する過渡的な応答特性に問題があ
る。
【0006】上記問題を解決する別の方法として、増幅
器内で発振を生じさせ、これにより利得の安定化を図る
方法が考案されている。図3にその一例を示す。図示さ
れるように、この光増幅器は、通常の光ファイバ増幅器
と同様の基本部分を有する。その基本部分は、励起光に
より励起されて信号光を増幅する希土類添加光ファイバ
1、励起光を供給する励起光源2、信号光と励起光とを
合波する光合波器3、信号光を希土類添加光ファイバ1
に取り込む入力側光アイソレータ4a、信号光を取り出
す出力側光アイソレータ4bとからなる。この構成に加
えてこの光増幅器には、発振を生じさせるために、希土
類添加光ファイバ1の両端に光ファイバグレーティング
フィルタ5a,5bが接続されている。
【0007】光ファイバグレーティングフィルタ5a,
5bは、ゲルマニウムを高濃度に含む光ファイバにおい
て、ホログラフィックな手法により高出力の短波長レー
ザ光を照射することにより、光ファイバ中に回折格子を
形成したものである。このようなフィルタによれば、回
折格子の周期、格子数などを変えることにより、所望の
波長、帯域幅の光のみを反射させることができ、しかも
ファイバ型であるので、従来の光学部品で構成した場合
に比べて接続などによる損失も少ないという利点があ
る。このように、光ファイバグレーティングフィルタ5
a,5bは、希土類添加光ファイバ1おいて増幅される
光のうち所定の波長帯の光を選択的に反射させるもので
あり、各々、希土類添加光ファイバ1からの光を希土類
添加光ファイバ1内に反射させるように配置される。従
って、この波長帯の光に関しては、希土類添加光ファイ
バ1による帰還ループが形成される。
【0008】図3の例では、光ファイバグレーティング
フィルタ5a,5bで選択された波長において発振が生
じ、増幅部の利得が固定される。増幅部の利得の大きさ
は、増幅部と反射部とからなる帰還ループの利得が1に
なるよう決定されるので、各光ファイバグレーティング
フィルタ5a,5bの反射率により定まる。
【0009】このような内部発振を用いた方法によれ
ば、入力信号光パワーの変化によらず常に一定の利得を
保つことができ、入力信号光パワーの時間変化に対する
過渡的な応答特性も安定している。しかも、複雑な電気
制御も不要である。図5に、光帰還の有無による利得の
入力信号光パワー依存性の違いを示す。光帰還のない場
合には、利得は入力信号光パワーに依存して大きく変動
するが、光帰還制御(発振)を行うことにより、一定の
利得に安定化される入力信号光パワー範囲が拡大され
る。また、制御の無い場合には、入力信号光パワーに応
じて利得の波長依存性も変化するが、帰還ループによる
制御を行うことにより、利得が安定化されている範囲に
おいては利得の波長依存性も安定化される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記光
帰還による方法においては、内部発振光が信号光ととも
に外部に出力されるという問題がある。内部発振により
利得を安定化されている信号光パワー領域では、発振光
は信号光に比べ光パワーが大きいので、このような光が
外部に放射されることは問題である。
【0011】内部発振光の漏れを抑制する方法として
は、図3の構成において、後方(信号光出力側)の光フ
ァイバグレーティングフィルタ5bの反射率を大きくす
ることが考えられる。その際、利得をある適当な値に設
定するためには前方(信号光入力側)の光ファイバグレ
ーティングフィルタ5aの反射率を小さくする必要があ
る。このように非対称に反射率を設定した場合、希土類
添加光ファイバ1内における内部発振光の長手方向の光
パワー分布は、前方の光ファイバグレーティングフィル
タ5a近傍において最大となる分布を示す。強い発振光
パワーがあると希土類イオンの反転分布密度が低減され
ることになり、信号光入力側の反転分布密度の低減は光
ファイバ増幅器の雑音特性の低下(雑音指数NF;nois
e figureの増加)を招く。
【0012】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡素な構成で、内部発振光の漏れを抑制できる光増
幅器を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、励起光により励起されて光を増幅する希土
類添加光ファイバと、増幅された光のうち所定の波長帯
の光を前記希土類添加光ファイバに帰還させる帰還手段
とを有する光増幅器において、前記波長帯の光を減衰さ
せるフィルタを前記希土類添加光ファイバ中に挿入した
ものである。
【0014】前記帰還手段は、前記希土類添加光ファイ
バの両端に前記波長帯の光を前記希土類添加光ファイバ
内に反射させる光ファイバグレーティングフィルタを配
置して構成してもよい。
【0015】前記帰還手段は、前記希土類添加光ファイ
バの一端に増幅された光を取り出す光カプラを配置し、
他端に帰還される光を取り込む光カプラを配置し、これ
ら光カプラ間に前記波長帯の光を透過させるバンドパス
フィルタを設けて構成してもよい。
【0016】前記帰還手段は、前記希土類添加光ファイ
バの一端に増幅された光を取り出す光サーキュレータを
配置し、他端に帰還される光を取り込む光サーキュレー
タを配置し、この光サーキュレータ間に前記波長帯の光
を透過させるバンドパスフィルタを設けて構成してもよ
い。
【0017】前記波長帯の光を減衰させるフィルタは、
前記希土類添加光ファイバによる増幅利得の波長依存性
を相殺する波長損失特性を有してもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0019】図1に示されるように、本発明の光増幅器
は、図3の光増幅器にフィルタを付加したものであり、
重複する部分の説明は省略する。付加された光バンドリ
ジェクトフィルタ9は、希土類添加光ファイバ中に挿入
され、希土類添加光ファイバを希土類添加光ファイバ1
a,1bに分割している。この光バンドリジェクトフィ
ルタ9は、光ファイバグレーティングフィルタ5a,5
bにより決定される発振波長において損失が大きく、か
つ信号光波長帯及び励起光波長帯においては損失が小さ
くなるような波長特性を有するものである。
【0020】このような構成によれば、光ファイバグレ
ーティングフィルタ5a,5bの反射率をともに大きく
し、信号光利得(増幅部の利得)を光バンドリジェクト
フィルタ9の発振波長における損失量により設定するこ
とが可能になる。従って、信号光入力側における発振光
パワー分布を小さくすることができ、希土類イオンの反
転分布密度低減による雑音特性低下を防ぐことができ
る。また、後方(信号光出力側)の光ファイバグレーテ
ィングフィルタ5bの反射率を可能な限り大きくするこ
とができるので、内部発振光の外部への漏れも低減でき
る。
【0021】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【0022】まず、従来技術として図3とは異なる帰還
ループを持つ光増幅器を図4に示す。この光増幅器は、
励起光により励起されて信号光を増幅する希土類添加光
ファイバ1、励起光を供給する励起光源2、信号光と励
起光とを合波する光合波器3、信号光を希土類添加光フ
ァイバ1に取り込むと共に発振光を取り出す入力側光サ
ーキュレータ6a、信号光を希土類添加光ファイバ1か
ら取り出すと共に発振光を取り込む出力側光サーキュレ
ータ6b、発振光帯に透過特性を持つ光バンドパスフィ
ルタ7、光を減衰させる光減衰器8とから構成されてい
る。
【0023】光サーキュレータ6a,6bは、いずれも
A,B,Cの3端子を有し、端子Aから端子B、端子B
から端子Cへの順方向特性を持つ。従って、信号光入力
は、入力側光サーキュレータ6aの端子Aから端子Bに
至り、光合波器3により励起光と合波され希土類添加光
ファイバ1に取り込まれる。希土類添加光ファイバ1で
増幅された信号光は出力側光サーキュレータ6bの端子
Bから端子Cに至り、信号光出力として取り出される。
【0024】一方、入力側光サーキュレータ6aの端子
Cと出力側光サーキュレータ6bの端子Aとが光バンド
パスフィルタ7及び光減衰器8を介して接続されてい
る。これにより、入力側光サーキュレータ6aの端子B
から端子Cに至り、光減衰器8、光バンドパスフィルタ
7を経て出力側光サーキュレータ6bの端子Aから端子
Bに至り、光増幅部である希土類添加光ファイバ1を経
て再び入力側光サーキュレータ6aの端子Bに戻る帰還
ループが形成される。従って、光バンドパスフィルタ7
により選択された波長において発振が生じ、希土類添加
光ファイバ1からなる光増幅部の利得が一定に固定され
る。その固定利得は光減衰器8により調節できる。
【0025】上記帰還ループにおける発振光の方向は、
信号光の方向とは逆方向であるので、発振光が外部に出
力されることがない。従って、発振光の発振波長は、信
号光波長帯域を含む任意の波長を選択することができ
る。
【0026】しかしながら、希土類添加光ファイバ1内
の発振光は信号光入力側において光パワーが最大になる
ような分布となるので、前述の理由により雑音特性の劣
化を生じる。そこで、図4の従来技術に本発明を適用し
たのが図2の光増幅器である。図2の光増幅器は、図3
の光増幅器に光フィルタを付加したものであり、重複す
る部分の説明は省略する。光バンドリジェクトフィルタ
9は、希土類添加光ファイバ中に挿入され、希土類添加
光ファイバを希土類添加光ファイバ1a,1bに分割し
ている。この光バンドリジェクトフィルタ9は、光バン
ドパスフィルタ7により決定される発振波長において損
失が大きく、かつ信号光波長帯及び励起光波長帯におい
ては損失が小さくなるような波長特性を有するものであ
る。
【0027】このような構成によれば、信号光入力側に
おける光パワー分布を小さくすることができ、反転分布
密度低減による雑音特性劣化を防ぐことができる。ま
た、前述した内部発振光が外部に漏れないという長所は
そのまま生かされる。
【0028】なお、この実施形態では、増幅部から帰還
ループへ発振光を取り出し、帰還ループから増幅部へ発
振光を取り込むためにそれぞれ光サーキュレータを用い
たが、光サーキュレータの代わりに光カプラを用いるこ
とができる。
【0029】また、図1、図2の構成において、希土類
添加光ファイバ1中に挿入するフィルタ9に増幅部の利
得の波長依存性を相殺するような損失特性を付与するこ
とにより、波長依存性の小さい広帯域光ファイバ増幅器
を実現することができる。
【0030】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0031】(1)増幅部の途中に発振光を減衰させる
光フィルタを挿入したので、増幅部内部の発振光が外部
へ漏れることが抑制され、しかも雑音特性の劣化が小さ
くなる。
【0032】(2)上記光フィルタに増幅部の利得の波
長依存性を補償する損失特性を持たせることにより、波
長特性を平坦化することが可能である。
【0033】(3)部品点数が少なく構成が簡単なの
で、小型化、低価格化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す光増幅器の構成図で
ある。
【図2】本発明の他の実施形態を示す光増幅器の構成図
である。
【図3】従来の光増幅器の構成図である。
【図4】従来の光増幅器の構成図である。
【図5】光増幅器の利得の入力信号光パワー依存性を示
す特性図である。
【符号の説明】
1a,1b 希土類添加光ファイバ 2 励起光源 3 光合波器 5a,5b 光ファイバグレーティングフィルタ 6a,6b 光サーキュレータ 7 光バンドパスフィルタ 9 光バンドリジェクトフィルタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起光により励起されて光を増幅する希
    土類添加光ファイバと、増幅された光のうち所定の波長
    帯の光を前記希土類添加光ファイバに帰還させる帰還手
    段とを有する光増幅器において、前記波長帯の光を減衰
    させるフィルタを前記希土類添加光ファイバ中に挿入し
    たことを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項2】 前記帰還手段は、前記希土類添加光ファ
    イバの両端に前記波長帯の光を前記希土類添加光ファイ
    バ内に反射させる光ファイバグレーティングフィルタを
    配置して構成することを特徴とする請求項1記載の光増
    幅器。
  3. 【請求項3】 前記帰還手段は、前記希土類添加光ファ
    イバの一端に増幅された光を取り出す光カプラを配置
    し、他端に帰還される光を取り込む光カプラを配置し、
    これら光カプラ間に前記波長帯の光を透過させるバンド
    パスフィルタを設けて構成することを特徴とする請求項
    1記載の光増幅器。
  4. 【請求項4】 前記帰還手段は、前記希土類添加光ファ
    イバの一端に増幅された光を取り出す光サーキュレータ
    を配置し、他端に帰還される光を取り込む光サーキュレ
    ータを配置し、この光サーキュレータ間に前記波長帯の
    光を透過させるバンドパスフィルタを設けて構成するこ
    とを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
  5. 【請求項5】 前記波長帯の光を減衰させるフィルタ
    は、前記希土類添加光ファイバによる増幅利得の波長依
    存性を相殺する波長損失特性を有することを特徴とする
    請求項1〜4いずれか記載の光増幅器。
JP10039085A 1998-02-20 1998-02-20 光増幅器 Pending JPH11238931A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019207901A (ja) * 2018-05-25 2019-12-05 国立大学法人島根大学 光検出装置
EP3514895A4 (en) * 2016-11-01 2020-06-10 Nippon Telegraph and Telephone Corporation OPTICAL AMPLIFIER

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US11196227B2 (en) 2016-11-01 2021-12-07 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical amplifier
JP2019207901A (ja) * 2018-05-25 2019-12-05 国立大学法人島根大学 光検出装置

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