JPS62484B2 - - Google Patents

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JPS62484B2
JPS62484B2 JP59227955A JP22795584A JPS62484B2 JP S62484 B2 JPS62484 B2 JP S62484B2 JP 59227955 A JP59227955 A JP 59227955A JP 22795584 A JP22795584 A JP 22795584A JP S62484 B2 JPS62484 B2 JP S62484B2
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JP
Japan
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light
wavelength
core
main core
loss
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Application number
JP59227955A
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English (en)
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JPS61107325A (ja
Inventor
Kenichi Kitayama
Yoshuki Aomi
Masaharu Oohashi
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、光通信の分野において用いられる光
フアイバおよびかかる光フアイバを増幅媒質とし
て利用して光増幅を行う方法に関するものであ
る。
[従来技術] 第2図は光通信用として広く用いられている石
英系光フアイバの損失−波長特性である。第2図
において波長1.25μmおよび1.39μm付近に比較
的急峻な損失のピークが見られるが、これら損失
のピークは不純物として光フアイバ内に混入した
OH基に起因するものであつた。このような不純
物による吸収は比較的急峻な損失ピークをもつ
が、その波長は材料自体で決まるものである。し
たがつて、任意の波長で大きな損失をもたせるこ
とはできない。さらにまた、光フアイバの損失が
最小となる波長1.55μm帯において、OH基によ
る1.39μm、1.90μmおよび2.22μmでの吸収損
失の影響を除去するためには、OH基をできる限
り混入させないことが重要である。したがつて、
OH基の吸収損失を利用することは実用上得策で
はない。実際、現在では第3図に示すようにOH
基による吸収損失が極めて小さい光フアイバが製
造されている。
一方、光フアイバの誘導4光子混合を利用した
光増幅においては、ストークス光あるいは反スト
ークス光の波長に一致した信号光を増幅すること
ができる。第4図はその利得係数とポンプ光パワ
ーとの関係を示している。第4図からわかるよう
に、ポンプ光パワーが増加するにつれて利得係数
が飽和する傾向が見られる。これは、ポンプ光の
パワーの一部が誘導ラマン散乱の第1次ストーク
ス発振に寄与するからであり、利得係数が飽和し
始めるポンプ光パワーと誘導ラマン散乱の第1ス
トークス光の臨界パワーとはほぼ等しい。したが
つて、高ポンプ光入力化でも直線的な利得係数の
変化を得てより大きい利得係数を確保するために
は、第1次ストークス光の発振臨界ポンプ光パワ
ーを増加させる必要がある。しかし、従来はこの
ような要求を実現する方法は存在しなかつた。
[目的] 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもの
で、光増幅に適した構成の光フアイバを提供する
ことを目的とする。
本発明の他の目的は、上述の光フアイバを用い
て光増幅を行う方法を提供することにある。
[発明の構成] 本発明光フアイバは、クラツドと、クラツド内
に埋設され、主導波路を形成する主コアと、主コ
アに一方向に応力を与えるように配置された応力
付与部と、主コアと平行して配置され、特定波長
の光のみを結合させる副コアと、副コアの近傍に
長手方向に沿つて配置された損失付与部とを具え
る。
本発明光増幅方法は、クラツドと、クラツド内
に埋設され、主導波路を形成する主コアと、主コ
アに一方向に応力を与えるように配置された応力
付与部と、主コアと平行して配置され、特定波長
の光のみを結合させる副コアと、副コアの近傍に
長手方向に沿つて配置された損失付与部とを具え
た光フアイバにポンプ光および信号光を同時に導
き、ポンプ光の波長に対する誘導4光子混合のス
トークス光あるいは反ストークス光の波長と信号
光の波長とを一致させ、主コアの導波モードを、
誘導ラマン散乱の第1次ストークス光の波長にお
いてのみ副コアの導波モードと結合させて、主コ
アからモード結合により光エネルギーを副コアに
移行させ、移行した光エネルギーを損失付与部に
よつて減衰させることにより、主コアの導波モー
ドのうち、誘導ラマン散乱の第1次ストークス光
の波長に相当する波長の光の損失のみを増大させ
て誘導ラマン散乱を抑圧し、主コアにおいて信号
光を誘導4光子混合により増幅する。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
第1図は本発明光フアイバの構成の1例を示
し、ここで、1はクラツド、2はクラツド1内に
埋設され、主導波路を形成するコア(主コア)、
3はクラツド1内に主コア2と平行して配置さ
れ、特定波長の光のみを結合させ、副導波路を形
成するコア(副コア)、4は副コア3の近傍にそ
の長手方向に沿つて配置された損失付与部、5は
主コア2に一方向に応力を付与するように主コア
2を挟んで対向配置された応力付与部である。
このような構造の光フアイバは、ロツドインチ
ユーブ法によつて石英管内にVAD法あるいは
MCVD法によつて作製されたコア母材、応力付
与部用母材、クラツド母材および損失付与部母材
を挿入し、これら母材を加熱して一体化しながら
線引きしていくことによつて製造することができ
る。
応力付与母材は、クラツド母材と線膨張係数を
変えるためのもので、B2O3等の不純物をドープ
したガラスを用いることができる。損失付与母材
には、損失を与えることを目的として、やはり、
B2O3等の不純物をドープしたガラスを用いるこ
とができる。
なお、第1図示の実施例では2つのコアを設け
たが、本発明光フアイバはこれに限られず、3個
以上のコアと複数個の損失付与部を含むように構
成してもよいこともちろんである。
応力付与部5によつて主コア2に対して一方向
に応力を加えることにより、この主コア2に複屈
折が生じる。ここで、誘導4光子混合のストーク
ス波長はポンプ波長とかかる複屈折の大きさとの
関係によつて定まる。この複屈折の大きさは、主
コア2と応力付与部5との間隔、応力付与部5の
材料に依存して定まる。
そこで、誘導4光子混合のストークス波長を変
化させ、信号光波長に合致させることができるの
で、複屈折コアの誘導4光子混合は光増幅に適し
ている。
さて、第1図示の光フアイバにおいて、特定の
波長、すなわち誘導ラマン散乱の第1次ストーク
ス波長λS1(例えばポンプ光波長λPを1.318μm
とすると、λS1=1.401μm)で両コア2および
3の導波モード間に十分に結合を生ぜしめ、ポン
プ光波長λP、誘導4光子混合のストークス光波
長に一致させた信号光波長λSでの結合を十分に
抑圧して、波長選択性のある結合を行うことがで
きる。すなわち、かかる結合は両コアのコア径お
よびコア・クラツド間の屈折率差を互いに異なる
値とすることによつ実現できる。
第5図は第1図のコア2およびコア3を伝搬す
る最低次導波モードLP01モードの規格化伝搬定
数β/kと波長k(=2π/λ、λは波長)との
関係の1例を示し、第1ストークス波長λ=λS1
=1.401μmで両モードの伝搬定数は等しくなつ
ており、λ=λP=1.318μmおよびλSでは異な
つている。この場合、コアとクラツドの比屈折率
差Δは主コア2に対しては0.4%、副コア3に対
して0.26%、コア半径は主コア2については3.4
μm、副コア3については5.9μmとした。
このとき、仮に主コア2にλ=λS1の光波が入
射すると、一定距離伝搬後はモード結合によつて
100%パワーが副コア3に移行するが、λ=λP
λSの光波は、上記の比屈折率差およびコア径の
設定では副コアには移行しない。本数値例でのλ
=λPおよびλSでの結合は約5%以下であつた。
主コア2から副コア3に移行したλ=λS1の光波
は損失付与部4によつて吸収されるため、主コア
2から見れば結合が見かけ上λ=λS1における損
失として寄与することになる。
すなわち、第6図に示すように、主コア2の
LP01モードの損失波長特性は第3図に示した通
常の光フアイバの損失にλ=λS1(=1.401μ
m)における損失が重畳された形になる。
一般に知られているように、誘導ラマン散乱に
おけるストークスの臨界ポンプパワーは損失に比
例して増大するので、本実施例に述べたλ=λS1
に大きな損失を持たせた光フアイバを光増幅に用
いることにより、第1次ストークスの臨界ポンプ
パワーは大きくなる。その結果、第7図に示すよ
うに、誘導4光子混合による増幅の利得係数とポ
ンプ光との関係は第4図に示したような飽和特性
を示さない。したがつて、ポンプ光パワーを効率
良く光増幅に利用できる。
なお、第1図示の損失付与部4の材料として、
例えば石英にB2O3をドープした母材を用いる場
合には、B2O3ドープガラスは波長1.5μm帯で30
(dB/Km)以上の損失を有するので、副コア3の
片側面に損失付与部4を隣接させることによつ
て、この副コア3を伝搬する波長1.4μm以上の
光波をこの損失付与部4によりほとんど減衰させ
ることができる。
応力付与部5の材料として、通常のB2O3ドー
プガラス母材を用いる場合には、主コア2に損失
付与部4による損失の影響を与えないようにする
ために、主コア2と応力付与部5との間隔は、主
コア2のLP01モードの電磁界分布の拡がりより
も大きくする必要があり、たとえばコア径の約3
倍以上とする。
第8図はλS1=1.401μmにおいて両LP01モー
ドに縮退を生ぜしめ結合を100%とした状態でλ
=λPにおける結合を最も小さく抑えるための最
適な比屈折率差およびコア半径を、λ=λPにお
けるコア2および3の規格化周波数V値の比VP
/VP1に対して示したものである。ここでは、
Δ=0.4%、λP=1.318μmと定め、λS1
1.401μmにおいてδβ=0とした。この場合
に、第8図からV値の比VP2/VP1を2とするた
めには、主コアのコア半径a1を3.4μm、副コア
のコア半径a2を9.4μm、比屈折率差Δを0.2と
すればよいことがわかる。
第9図および第10図は本発明光フアイバを用
いた光増幅方法を光伝送路に適用した2つの例を
示す。ここで、6は信号光光源、15はポンプ光
光源、7はミラー、8はハーフミラー、9はレン
ズ、10は本発明による光フアイバ、10′は他
の光フアイバ、11は分光器、12,16は光伝
送路、13は送信側局舎、14は受信側局舎、2
5はポンプ光、26は信号光、26′は増幅され
た信号光、35,35′は通常の光フアイバ、1
7は中継増幅器を示す。
第9図の例では、光伝送路12の中に本発明に
よる光フアイバ10を伝送路を兼ねて設置する。
信号光26はポンプ光25とハーフミラー8によ
り合波されて光フアイバ10の主コアにレンズ9
により結合される。
ここで、ポンプ光の波長に対する誘導4光子混
合のストークス光あるいは反ストークス光の波長
と信号光の波長とを一致させ、主コアの導波モー
ドを、誘導ラマン散乱の第1次ストークス光の波
長においてのみ副コアの導波モードと結合させ
て、主コアからモード結合により光エネルギーを
副コアに移行させ、移行した光エネルギーを損失
付与部によつて減衰させることにより、主コアの
導波モードのうち、誘導ラマン散乱の第1次スト
ークス光の波長に相当する波長の光の損失のみを
増大させて誘導ラマン散乱を抑圧し、主コアにお
いて信号光を誘導4光子混合により増幅する。
すなわち、信号光26は光伝送路12中で増幅
されつつ、受信側局舎14に送られる。実降には
光フアイバ10に伝播損失があるので、この損失
による信号の減衰が補なわれつつ、長距離の伝送
が可能となる。
第10図の例では、本発明光フアイバを用いて
中継増幅器17を構成する。すなわち、一般の光
フアイバ35を伝播してきた信号光26は、中継
増幅器17内でハーフミラー8によりポンプ光2
5と合波されて、本発明光フアイバ10の主コア
に結合され、その光フアイバ10内で上例と同様
にして光増幅される。増幅された出力光からは、
分光器11によりポンプ光25を分離して信号光
26′を取り出し、この信号光26′を次段の伝送
路の光フアイバ35′に結合させる。このような
構成によれば、光伝送路16としては、従来の光
ケーブルをそのまま使用できる利点がある。
[効果] 以上説明したように、本発明光フアイバによれ
ば、誘導ラマン散乱の発振を抑圧でき、かかる光
フアイバを用いた誘導4光子混合による本発明光
増幅方法によれば、従来は避けることができなか
つた利得の飽和現象が生じないので、ポンプ光パ
ワーに比例した利得係数が得られる。したがつ
て、従来の光増幅で得られていた約30dBという
利得に対して、本発明によれば、誘導4光子混合
による増幅利得の上限はポンプ光パワーによつて
光フアイバ端面の破壊が生じない程度にまで高め
ることができ、そのときの利得は100dB以上と見
積られる。これによつて海底方式等の超長距離光
伝送方式の無中継化が可能になり、例えばF−
400M方式で100dBの増幅利得が得られるときに
は、500Km程度の無中継化を実現でき、実用上の
効果は大きい。
さらに加えて、本発明では誘導4光子混合によ
る光増幅を行うから、増幅可能な信号光波長を任
意所望に選定でき、信号光波長が材料によつて定
められてしまう誘導ラマン散乱のストークスを利
用した増幅に比べ、信号光波長に対する自由度が
大きく、これも実用上大きい利点である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明光フアイバの一実施例を示す断
面図、第2図は通常の光フアイバの損失波長特性
図、第3図はOH基の損失がない最近の光フアイ
バの損失波長特性図、第4図は従来の光増幅方法
における利得係数とポンプ光パワーとの関係を示
す特性図、第5図は本発明光フアイバのLP01
ードの分散曲線を示す特性図、第6図は本発明光
フアイバの損失波長特性の一例を示す特性図、第
7図は本実施例における利得係数とポンプ光パワ
ーとの関係を示す特性図、第8図は最適光フアイ
バパラメータとVP2/VP1との関係を示す特性
図、第9図および第10図は本発明光フアイバを
用いた本発明光増幅方法を光伝送路に適用した2
つの例を示す線図である。 1……クラツド、2……主コア、3……副コ
ア、4……損失付与部、5……応力付与部、6…
…信号光光源、7……ミラー、8……ハーフミラ
ー、9……レンズ、10……本発明の光フアイ
バ、11……分光器、12,16……光伝送路、
15……ポンプ光光源、17……中継増幅器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 クラツドと、 該クラツド内に埋設され、主導波路を形成する
    主コアと、 該主コアに一方向に応力を与えるように配置さ
    れた応力付与部と、 前記主コアと平行して配置され、前記主コアに
    ポンプ光と該ポンプ光の波長に対する誘導4光子
    混合のストークス光あるいは反ストークス波長に
    一致する波長の信号光を入射した場合に、前記ポ
    ンプ光の誘導ラマン散乱による第1次ストークス
    光の波長の光のみを結合させる副コアと、 該副コアの近傍に長手方向に沿つて配置された
    損失付与部と を具えたことを特徴とする光フアイバ。 2 クラツドと、 該クラツド内に埋設され、主導波路を形成する
    主コアと、 該主コアに一方向に応力を与えるように配置さ
    れた応力付与部と、前記主コアと平行して配置さ
    れ、特定波長の光のみを結合させる副コアと、該
    副コアの近傍に長手方向に沿つて配置された損失
    付与部とを具えた光フアイバにポンプ光および信
    号光を同時に導き、 前記ポンプ光の波長に対する誘導4光子混合の
    ストークス光あるいは反ストークス光の波長と前
    記信号光の波長とを一致させ、 前記主コアの導波モードを、誘導ラマン散乱の
    第1次ストークス光の波長においてのみ前記副コ
    アの導波モードと結合させて、前記主コアからモ
    ード結合により光エネルギーを前記副コアに移行
    させ、当該移行した光エネルギーを前記損失付与
    部によつて減衰させることにより、前記主コアの
    導波モードのうち、前記誘導ラマン散乱の第1次
    ストークス光の波長に相当する波長の光の損失の
    みを増大させて誘導ラマン散乱を抑圧し、前記主
    コアにおいて前記信号光を誘導4光子混合により
    増幅することを特徴とする光増幅方法。
JP59227955A 1984-10-31 1984-10-31 光フアイバおよび光増幅方法 Granted JPS61107325A (ja)

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