JP2000049406A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号入力のチャンネル数が大幅に変化しても
各チャンネルの増幅率が変化せず、かつチャンネル数が
大幅に増加したときのサージを抑制する光ファイバ増幅
器を提供する。 【解決手段】 励起光源４からの励起光により励起され
た希土類添加光ファイバ５の入力端に信号光を入力し、
この希土類添加光ファイバ５の出力端からの出力光を光
サーキュレータ６に通し、この光サーキュレータ６から
の光のうち増幅波長帯域内の一部の光を選択的に反射さ
せて巡回帰還光として前記光サーキュレータ６に戻し、
この光サーキュレータ６より出力される巡回帰還光の少
なくとも一部を前記希土類添加光ファイバ５の入力端に
入力する。

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
イバを用いた光ファイバ増幅器に係り、特に、信号入力
のチャンネル数が大幅に変化しても各チャンネルの増幅
率が変化せず、かつチャンネル数が大幅に増加したとき
のサージを抑制する光ファイバ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に光合分波器を介
して励起光源より励起光を入力する光ファイバ増幅器に
ついて図６を用いて説明する。図６の光ファイバ左端よ
り入射される信号光は、光アイソレータ２を通過し、光
合波器３により励起光源４から入射される励起光と合波
されて希土類添加光ファイバ５に入射する。励起光は、
添加した希土類イオンの励起準位に相当する波長を有し
ており、希土類添加光ファイバ５内では励起光により希
土類イオンのエネルギ準位の反転分布が形成される。反
転分布が形成された状態において、信号光が希土類添加
光ファイバ５に入射されると、誘導放出現象が起こり、
信号光が増幅される。希土類添加光ファイバ５で増幅さ
れ信号光は、光アイソレータ２´を通過して出力され
る。光アイソレータ２´は、信号光出力端からの反射光
が再び希土類添加光ファイバ５に戻るのを防ぐために設
けられている。反射光が再び希土類添加光ファイバ５に
戻ると、光ファイバ増幅器が発振等の不安定状態に陥る
からである。

【０００３】このような光ファイバ増幅器では信号入力
のチャンネル数が変化すると、その度に各チャンネルの
利得が変化してしまい、波長ルーティング等のシステム
にこのような増幅器を用いるのは困難である。

【０００４】このような問題を解決するため、光ファイ
バ増幅器の自然放出光の一部を巡回帰還させることによ
り、自動的に利得を固定する方式が考えられている。即
ち、図５に示される方式では、希土類添加光ファイバ５
の出力端からの出力光のうち一部の波長帯の光を選択的
に希土類添加光ファイバ５に巡回帰還するようになって
いる。図５の光ファイバ左端より入射される信号光は、
光アイソレータ２を通過し、光合波器３により励起光源
４から入射される励起光と合波され、ファイバグレーテ
ィングフィルタ７を通過して希土類添加光ファイバに入
射する。同時に、希土類添加光ファイバ５から自然放出
光が放射される。この自然放出光の一部がファイバグレ
ーティングフィルタ７，７´の波長で反射し、希土類添
加光ファイバ内で発振を起こす。この発振光により希土
類添加光ファイバは飽和状態となり、図３に特性曲線Ｂ
で示したように、広い入力ダイナミックレンジで利得を
固定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】希土類添加光ファイバ
で増幅された信号光は光アイソレータ２´を通過して出
力される。このとき希土類添加光ファイバ５内で発振し
ている光は光ファイバ増幅器の飽和出力程度の大パワを
有することになる。ファイバグレーティングフィルタ７
の反射率が小さい場合、この発振光は光ファイバ増幅器
の出力（光アイソレータの出力）に漏れ出し、雑音とし
て信号に影響を与えてしまう。発振光が漏れ出すのを抑
制するためにファイバグレーティングフィルタ７の反射
率を大きくする方法が考えられるが、この場合、発振光
パワが光ファイバ増幅器の信号入力側で最大となり、雑
音指数の劣化を招く。図４に示されるように、発振光を
信号光の進行方向とは逆方向に巡回するような構成とし
ても、上記と同様の理由で雑音指数が劣化する。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、信号入力のチャンネル数が大幅に変化しても各チャ
ンネルの増幅率が変化せず、かつチャンネル数が大幅に
増加したときのサージを抑制する光ファイバ増幅器を提
供することにある。

【０００７】

【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、励起光源からの励起光により励起された希
土類添加光ファイバの入力端に信号光を入力し、この希
土類添加光ファイバの出力端からの出力光を光サーキュ
レータに通し、この光サーキュレータからの光のうち増
幅波長帯域内の一部の光を選択的に反射させて巡回帰還
光として前記光サーキュレータに戻し、この光サーキュ
レータより出力される巡回帰還光の少なくとも一部を前
記希土類添加光ファイバの入力端に入力するものであ
る。

【０００８】前記増幅波長帯域内の一部の光を選択的に
反射させる手段はファイバグレーティングフィルタであ
ってもよい。

【０００９】前記光サーキュレータより出力される巡回
帰還光の少なくとも一部を光減衰が可変の光減衰器に通
した後に前記希土類添加光ファイバの入力端に入力して
もよい。

【００１０】前記光サーキュレータより出力される巡回
帰還光の少なくとも一部を光カプラにより前記希土類添
加光ファイバの入力端に入力してもよい。

【００１１】前記希土類添加光ファイバの入力端に入力
するための信号光を前記ファイバグレーティングフィル
タとは別のファイバグレーティングフィルタに通してか
ら前記光サーキュレータとは別の光サーキュレータに入
力し、前記巡回帰還光を前記別の光サーキュレータに通
して前記信号光とは逆方向に前記別のファイバグレーテ
ィングフィルタに入力し、この別のファイバグレーティ
ングフィルタで反射された巡回帰還光を前記信号光と共
に前記別の光サーキュレータより前記希土類添加光ファ
イバの入力端に入力してもよい。

【００１２】

【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。

【００１３】図１に示されるように、光ファイバ増幅器
は、信号光及び巡回帰還光を合波して入力する光カプラ
１と、入力された光を一方向のみに通過させる光アイソ
レータ２と、光アイソレータ２からの光に励起光を合波
する光合波器３と、励起光を発生する１乃至複数の励起
光源４と、光を増幅する希土類添加光ファイバ５と、増
幅光からある波長帯の光を選択的に巡回帰還光として反
射する手段として用いるファイバグレーティングフィル
タ７と、その反射された巡回帰還光を取り出す手段とし
て用いる光サーキュレータ６と、その巡回帰還光を減衰
させて光カプラ１に入力する可変光アッテネータ８とか
らなる。

【００１４】図１の構成において、励起状態にある希土
類添加光ファイバ５より前方（図の右方向）に放出され
る自然放出光は、光サーキュレータ６の左のポートから
右のポートへ通過する。この自然放出光のうち一部をフ
ァイバグレーティングフィルタ７で反射させると、光サ
ーキュレータ６の下のポートから取り出すことができ
る。取り出した光を任意の値に減衰させ、再度、希土類
添加光ファイバ５に入射させる。このように増幅部（希
土類添加光ファイバ５）を含むループを構成することに
よりループ内で発振が生じる。

【００１５】発振光は大パワを有するので、この発振光
により増幅部は飽和状態になる。この状態で発振光のパ
ワより十分小さいパワを有する信号光を増幅部に入力す
ると、信号の利得は発振光の利得に固定され、広い入力
ダイナミックレンジで利得を安定化することができる。

【００１６】希土類添加光ファイバ５は、コアに希土類
元素が添加された光ファイバであり、希土類元素として
は、Ｅｒ（エルビウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｙｂ
（イットリビウム）、Ｐｒ（プラセオジウム）、Ｃｅ
（セリウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｔｍ（ツリウ
ム）、Ｌａ（ランタン）等があり、これらの希土類元素
を少なくとも一種類添加したものである。

【００１７】信号光の波長は、希土類添加光ファイバ５
に添加された希土類元素に対応しており、例えば、Ｅｒ
を用いた場合には、その増幅帯域にあたる１．５５μｍ
付近の光を信号光に用いることができる。

【００１８】また、励起光の波長は、希土類添加光ファ
イバ５に添加された希土類元素に対応しており、例え
ば、Ｅｒを用いた場合には、励起光の波長は約０．９８
μｍあるいは約１．４８μｍである。

【００１９】ファイバグレーティングフィルタ７の反射
波長は、希土類添加光ファイバ５に添加された希土類元
素に対応しており、例えば、Ｅｒを用いた場合には、反
射波長は１．５５μｍ付近の、信号光に使用しない狭い
波長帯域とする。

【００２０】本発明によれば、ファイバグレーティング
フィルタ７の反射波長により定まる発振光により光ファ
イバ増幅器の利得を安定に保つことが可能となる。ま
た、ファイバグレーティングフィルタ７の反射率を１０
０％に近付けることにより、出力に漏れ出す発振光を抑
えることが可能となる。

【００２１】なお、図４に示した従来構成では、本発明
と同様に光ファイバ増幅器の利得を安定に保つことが可
能であるが、発振光を信号光とは逆方向に進行させるの
で、雑音指数の劣化を生じてしまう。これに対し、本発
明では、発振光（巡回帰還光）を信号光と同方向に進行
させるので信号光の入力端での発振光パワが小さく、利
得を十分に得ることができるので雑音指数の劣化は生じ
ない。

【００２２】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００２３】図２に示した光ファイバ増幅器において図
１と符号の同じものは同一の部材であるから説明を省略
する。この光ファイバ増幅器は、発振光（巡回帰還光）
と信号光とを合成する手段として、図１とは別の光サー
キュレータ６´とファイバグレーティングフィルタ７´
とを用いることを特徴とする。ファイバグレーティング
フィルタ７´の反射波長は、ファイバグレーティングフ
ィルタ７の反射波長と同波長である。従って、可変光ア
ッテネータ８から出力された巡回帰還光は、光サーキュ
レータを通って信号光とは逆方向に別のファイバグレー
ティングフィルタ７´に入力される。ファイバグレーテ
ィングフィルタ７´で反射される巡回帰還光とファイバ
グレーティングフィルタ７´を通過してきた信号光とが
希土類添加光ファイバに入力される。この構成によれ
ば、図１の構成における光カプラ１での分岐損失を避け
ることができ、雑音指数の低減が可能となる。

【００２４】なお、図１及び図２の実施形態では、希土
類添加光ファイバの励起方法として前方励起方式（希土
類添加光ファイバ内において信号光の進行方法と励起光
の進行方法とが同一となる方式）を用いたが、後方励起
方式あるいは双方向励起方式を用いてもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００２６】（１）増幅器に入力されるチャンネル数が
変化しても各チャンネルの利得を安定に保つことができ
る。

【００２７】（２）巡回帰還する発振光の増幅器出力側
への漏れが少ない。

【００２８】（３）雑音指数を劣化させることなく利得
を安定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す光ファイバ増幅器の
構成図である。

【図２】本発明の一実施形態を示す光ファイバ増幅器の
構成図である。

【図３】本発明及び従来技術による光ファイバ増幅器の
信号入力パワに対する信号利得特性を示す図である。

【図４】従来の光ファイバ増幅器の構成図である。

【図５】従来の光ファイバ増幅器の構成図である。

【図６】従来の光ファイバ増幅器の構成図である。

【符号の説明】

１ 光カプラ ２ 光アイソレータ ３ 光合波器 ４ 励起光源 ５ 希土類添加光ファイバ ６ 光サーキュレータ ７ ファイバグレーティングフィルタ ８ 可変光アッテネータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光源からの励起光により励起された
   希土類添加光ファイバの入力端に信号光を入力し、この
   希土類添加光ファイバの出力端からの出力光を光サーキ
   ュレータに通し、この光サーキュレータからの光のうち
   増幅波長帯域内の一部の光を選択的に反射させて巡回帰
   還光として前記光サーキュレータに戻し、この光サーキ
   ュレータより出力される巡回帰還光の少なくとも一部を
   前記希土類添加光ファイバの入力端に入力することを特
   徴とする光ファイバ増幅器。
2. 【請求項２】 前記増幅波長帯域内の一部の光を選択的
   に反射させる手段はファイバグレーティングフィルタで
   あることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅
   器。
3. 【請求項３】 前記光サーキュレータより出力される巡
   回帰還光の少なくとも一部を光減衰が可変の光減衰器に
   通した後に前記希土類添加光ファイバの入力端に入力す
   る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。
4. 【請求項４】 前記光サーキュレータより出力される巡
   回帰還光の少なくとも一部を光カプラにより前記希土類
   添加光ファイバの入力端に入力することを特徴とする請
   求項１〜３いずれか記載の光ファイバ増幅器。
5. 【請求項５】 前記希土類添加光ファイバの入力端に入
   力するための信号光を前記ファイバグレーティングフィ
   ルタとは別のファイバグレーティングフィルタに通して
   から前記光サーキュレータとは別の光サーキュレータに
   入力し、前記巡回帰還光を前記別の光サーキュレータに
   通して前記信号光とは逆方向に前記別のファイバグレー
   ティングフィルタに入力し、この別のファイバグレーテ
   ィングフィルタで反射された巡回帰還光を前記信号光と
   共に前記別の光サーキュレータより前記希土類添加光フ
   ァイバの入力端に入力することを特徴とする請求項２又
   は３記載の光ファイバ増幅器。