JP2006286844A - Optical fiber amplifying device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、希土類添加光ファイバに信号光と励起光とを入力して信号光を増幅する光ファイバ増幅装置に関し、特に、この信号光として発振したレーザ光を所望の光パワーに段階的に増幅する多段階増幅に好適な光ファイバ増幅装置に関するものである。 The present invention relates to an optical fiber amplifying device for amplifying signal light by inputting signal light and pump light to a rare earth-doped optical fiber, and in particular, amplifies laser light oscillated as signal light step by step to a desired optical power. The present invention relates to an optical fiber amplifier suitable for multistage amplification.
従来から、エルビウム（Ｅｒ）またはイットリビウム（Ｙｂ）等の希土類元素を添加した光ファイバである希土類添加光ファイバを増幅媒体として用いた光ファイバ増幅装置が提案されている。かかる光ファイバ増幅装置は、その増幅媒体に信号光であるレーザ光と励起光とを導入し、誘導放出現象によってこのレーザ光を増幅する。このような光ファイバ増幅装置として、たとえば、信号光として伝送するレーザ光に低周波信号を重畳して変調し、このレーザ光のスペクトル線幅を広げて誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）を抑制したものがある（特許文献１参照）。 Conventionally, an optical fiber amplifying apparatus using a rare earth-doped optical fiber, which is an optical fiber doped with a rare earth element such as erbium (Er) or yttrium (Yb), as an amplification medium has been proposed. Such an optical fiber amplifying apparatus introduces laser light and pumping light, which are signal lights, into the amplification medium, and amplifies the laser light by a stimulated emission phenomenon. As such an optical fiber amplifying device, for example, a device that suppresses stimulated Brillouin scattering (SBS) by superimposing and modulating a low-frequency signal on a laser beam transmitted as signal light and widening the spectral line width of the laser beam. Yes (see Patent Document 1).
ところで、上述した光ファイバ増幅装置が１回の増幅によって高めることができるレーザ光の光パワーは、この増幅前のレーザ光の光パワーによって制限される。すなわち、光ファイバ増幅装置は、その増幅媒体に励起光を多量に導入して必要以上の励起エネルギーを与えた場合であっても、かかる励起エネルギーのうちの必要分を消費してレーザ光を増幅し、残りの励起エネルギーをノイズ発生に浪費する。この場合、増幅後のレーザ光は、この励起エネルギーの必要分を消費して高められる程度の光パワーを有し、かかる励起エネルギーの必要分は、増幅前のレーザ光の光パワーによって制限される。 By the way, the optical power of the laser light that can be increased by one amplification by the optical fiber amplifying device described above is limited by the optical power of the laser light before the amplification. In other words, the optical fiber amplifying device consumes a necessary amount of the pumping energy to amplify the laser beam even when a large amount of pumping light is introduced into the amplification medium and more pumping energy is applied than necessary. The remaining excitation energy is wasted in generating noise. In this case, the amplified laser light has optical power that can be increased by consuming the necessary amount of excitation energy, and the necessary amount of excitation energy is limited by the optical power of the laser light before amplification. .
したがって、所望の高い光パワーを有するレーザ光を出力するためには、光ファイバ等の伝送路の入力端から出力端に向けて複数の光ファイバ増幅装置を順次設け、かかる伝送路内を伝送するレーザ光を所望の光パワーに段階的に増幅する、すなわち多段階増幅する必要がある。 Therefore, in order to output a laser beam having a desired high optical power, a plurality of optical fiber amplifiers are sequentially provided from the input end to the output end of a transmission line such as an optical fiber, and transmitted through the transmission line. It is necessary to amplify the laser light step by step to a desired optical power, that is, multi-step amplification.
しかしながら、光ファイバ増幅装置によって増幅されたレーザ光は、その光パワーを高めているので、伝送路内を伝送した際に誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）によるラマン散乱光を発生させる場合が多い。かかるラマン散乱光は、信号光であるレーザ光とともに光ファイバ増幅装置に進入した場合、このレーザ光とともに増幅される。このため、上述した励起エネルギーが、かかるラマン散乱光の増幅のために浪費されるという問題点があった。 However, since the laser light amplified by the optical fiber amplifier increases its optical power, it often generates Raman scattered light by stimulated Raman scattering (SRS) when transmitted through the transmission path. When the Raman scattered light enters the optical fiber amplifying apparatus together with the laser light that is signal light, the Raman scattered light is amplified together with the laser light. For this reason, there is a problem that the above-described excitation energy is wasted for amplification of the Raman scattered light.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ラマン散乱光の増幅によって励起エネルギーを浪費することなく、信号光として伝送するレーザ光を所望の光パワーに効率的に多段階増幅できる光ファイバ増幅装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can efficiently and efficiently amplify laser light transmitted as signal light to a desired optical power in multiple stages without wasting excitation energy by amplification of Raman scattered light. An object is to provide a fiber amplifier.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる光ファイバ増幅装置は、希土類添加光ファイバを用いて信号光を段階的に増幅する複数の増幅手段と、前記複数の増幅手段の各後段に設けられ、前記増幅手段によって増幅された信号光を通すとともに、この増幅された信号光によって発生したラマン散乱光を除去する複数のフィルタと、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical fiber amplifying device according to
また、請求項２にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記複数の増幅手段の各後段に設けられ、前記増幅手段によって増幅された信号光を通すとともに、前段の前記増幅手段に対する少なくとも前記信号光の反射光の入力を阻止する複数のアイソレータを備えたことを特徴とする。 An optical fiber amplifying device according to claim 2 is provided in each subsequent stage of the plurality of amplifying means in the above-described invention, allows the signal light amplified by the amplifying means to pass therethrough, and at least the amplifying means in the preceding stage. A plurality of isolators for blocking input of reflected light of signal light are provided.
また、請求項３にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記アイソレータと前記フィルタとの間に空間を形成し、前記アイソレータおよび前記フィルタは、前記空間を伝送媒体にして前記信号光を伝搬することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical fiber amplifying device according to the present invention, a space is formed between the isolator and the filter, and the isolator and the filter propagate the signal light using the space as a transmission medium. It is characterized by doing.
また、請求項４にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記アイソレータおよび前記フィルタは、互いに光学的に直接接続して前記信号光を伝搬することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical fiber amplifying device according to the above invention, wherein the isolator and the filter are optically directly connected to each other to propagate the signal light.
また、請求項５にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記アイソレータは、前記増幅手段と前記フィルタとの各間に設けられ、前記増幅手段によって増幅された信号光を後段の前記フィルタに入力するとともに、前段の前記増幅手段に対する少なくとも前記信号光の反射光の入力を阻止することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the optical fiber amplifying device according to the above invention, wherein the isolator is provided between the amplifying unit and the filter, and the signal light amplified by the amplifying unit is supplied to the subsequent filter. In addition to inputting, at least the reflected light of the signal light is prevented from being input to the amplifying means in the preceding stage.
また、請求項６にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、当該光ファイバ増幅装置の光ファイバ長は、誘導ブリルアン散乱の閾値が前記信号光のトータル光パワー以上になる程度に短いことを特徴とする。
The optical fiber amplifying device according to
また、請求項７にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記複数の増幅手段のうちの２段階目の増幅手段から当該光ファイバ増幅装置の出力端に至るまでに前記信号光が通る第１の光ファイバのモードフィールド径は、当該光ファイバ増幅装置の入力端から前記２段目の増幅手段に至るまでに前記信号光が通る第２の光ファイバに比して大きいこと特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the optical fiber amplifying device according to the first aspect, wherein the signal light passes from the second stage of the plurality of amplifying means to the output end of the optical fiber amplifying device. The mode field diameter of one optical fiber is larger than that of the second optical fiber through which the signal light passes from the input end of the optical fiber amplifying device to the second-stage amplifying means.
また、請求項８にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記第１の光ファイバは、エアクラッドファイバであることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the optical fiber amplifying device according to the present invention, the first optical fiber is an air clad fiber.
また、請求項９にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記複数の増幅手段のうちの１段階目の増幅手段以外は、ダブルクラッドファイバに希土類元素を添加した前記希土類添加光ファイバを有することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the above invention, the optical fiber amplifying apparatus includes the rare earth-doped optical fiber obtained by adding a rare earth element to a double-clad fiber other than the first-stage amplifying means of the plurality of amplifying means. It is characterized by that.
また、請求項１０にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、少なくとも前記フィルタから発生する熱を放散する放熱手段を備えたことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the optical fiber amplifying device according to the invention, further comprising a heat radiating means for radiating at least heat generated from the filter.
また、請求項１１にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記放熱手段は、前記アイソレータから発生する熱をさらに放散することを特徴とする。
The optical fiber amplifying device according to
また、請求項１２にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、前記信号光のスペクトル線幅は、予め決定した当該光ファイバ増幅装置の光ファイバ長と誘導ブリルアン散乱の閾値とに基づいて設定することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the above invention, the spectral line width of the signal light is set based on a predetermined optical fiber length of the optical fiber amplifier and a threshold of stimulated Brillouin scattering. It is characterized by that.
また、請求項１３にかかる光ファイバ増幅装置は、上記発明において、当該光ファイバ増幅装置の光ファイバ長は、予め決定した前記信号光のスペクトル線幅と誘導ブリルアン散乱の閾値とに基づいて設定することを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the optical fiber amplifying device according to the invention, the optical fiber length of the optical fiber amplifying device is set based on a predetermined spectral line width of the signal light and a threshold value of stimulated Brillouin scattering. It is characterized by that.
この発明によれば、増幅媒体である希土類添加光ファイバへのラマン散乱光の進入を防止でき、ラマン散乱光の増幅に励起エネルギーを浪費することなく、信号光を所望の光パワーに効率的に多段階増幅できる光ファイバ増幅装置を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to prevent the Raman scattered light from entering the rare-earth-doped optical fiber that is an amplifying medium, and to efficiently transmit the signal light to a desired optical power without wasting excitation energy in the amplification of the Raman scattered light. There is an effect that an optical fiber amplifying apparatus capable of performing multi-stage amplification can be realized.
以下、図面を参照して、この発明にかかる光ファイバ増幅装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Preferred embodiments of an optical fiber amplifying device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
図１は、この発明の実施の形態である光ファイバ増幅装置の一構成例を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、この光ファイバ増幅装置１は、光ファイバ４ａ，４ｂと、アイソレータ６と、フィルタモジュール９，１２，１５と、信号光を所望の光パワーに段階的に増幅（多段階増幅）する光増幅系Ａ１，Ａ２，Ａ３と、を有する。具体的には、光ファイバ増幅装置１は、信号光の入力端に信号光源２とファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部５とが設けられ、その出力端に受光部３が設けられ、かかる信号光の入力端から出力端に向けて順次、アイソレータ６と、光増幅系Ａ１と、フィルタモジュール９と、光増幅系Ａ２と、フィルタモジュール１２と、光増幅系Ａ３と、フィルタモジュール１５とを有する。この場合、アイソレータ６および光増幅系Ａ１は光ファイバ４ａによって接続され、光増幅系Ａ２およびフィルタモジュール１２は光ファイバ４ｂによって接続され、光増幅系Ａ３およびフィルタモジュール１５は光ファイバ４ｂによって接続される。また、フィルタモジュール１５および受光部３は、光ファイバ４ｂによって接続される。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration example of an optical fiber amplifying apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this optical
信号光源２は、たとえば半導体レーザ等を用いて実現され、所望の波長帯域の信号光たとえば１０００ｎｍ帯のレーザ光を発振する。ＦＢＧ部５は、信号光源２によって発振された信号光のスペクトル線幅を最適化する。すなわち、信号光源２は、光ファイバ増幅装置１に対し、ＦＢＧ部５を介して信号光を発振することによって、所望の波長帯域の信号光を光ファイバ増幅装置１に入力することができる。この場合、信号光源２は、ＦＢＧ部５を介し、たとえば１０００ｎｍ帯のレーザ光を光ファイバ増幅装置１に入力する。
The signal light source 2 is realized by using, for example, a semiconductor laser and oscillates signal light in a desired wavelength band, for example, laser light in a 1000 nm band. The FBG unit 5 optimizes the spectral line width of the signal light oscillated by the signal light source 2. That is, the signal light source 2 can input signal light of a desired wavelength band to the optical
なお、信号光源２は、かかる１０００ｎｍ帯のレーザ光を連続的に発振してもよいし、パルス発生回路（図示せず）を備えて１０００ｎｍ帯のレーザ光をパルス状に発振してもよい。また、ここでいう１０００ｎｍ帯のレーザ光とは、たとえば中心波長が１０８０ｎｍであり、半値幅すなわちスペクトル線幅が２〜３ｎｍ程度のレーザ光である。 The signal light source 2 may continuously oscillate such 1000 nm band laser light, or may include a pulse generation circuit (not shown) to oscillate the 1000 nm band laser light in a pulse form. Further, the 1000 nm band laser light referred to here is, for example, laser light having a center wavelength of 1080 nm and a half width, that is, a spectral line width of about 2 to 3 nm.
光ファイバ４ａは、シングルモード光ファイバであり、光ファイバ４ｂは、光ファイバ４ａに比して大きいモードフィールド径を有するシングルモード光ファイバである。かかる光ファイバ４ｂとして、たとえば光ファイバ４ａに比して大きいコア径を有するラージモードエリア（ＬＭＡ）ファイバが用いられる。光ファイバ４ａは、アイソレータ６の出力端と光増幅系Ａ１の入力端とを接続する。また、光ファイバ４ｂは、光増幅系Ａ２の出力端とフィルタモジュール１２の入力端とを接続し、光増幅系Ａ３の出力端とフィルタモジュール１５の入力端とを接続し、フィルタモジュール１５の出力端と受光部３の入力端とを接続する。
The optical fiber 4a is a single mode optical fiber, and the
アイソレータ６は、信号光源２によって発振された信号光を光増幅系Ａ１に向けて通過させるとともに、信号光源２側に対して信号光の反射光等が進入することを阻止するよう機能する。この場合、アイソレータ６は、信号光源２によって発振された信号光たとえば１０００ｎｍ帯のレーザ光を光増幅系Ａ１に入力する。これと同時に、アイソレータ６は、かかる信号光の反射光および誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）によるブリルアン散乱光が信号光源２側に進入することを阻止する。これによって、アイソレータ６は、信号光源２による信号光の発振が不安定になることおよび信号光源２の破損等を防止する。
The
このようにアイソレータ６を通過した信号光は、光ファイバ４ａを介して光増幅系Ａ１に入力される。光増幅系Ａ１は、上述した信号光の多段階増幅のうちの１段階目の光増幅を行う。かかる光増幅系Ａ１は、増幅媒体である希土類添加光ファイバ８と、信号光を増幅するための励起光を発振する励起光源１６と、かかる信号光と励起光とを希土類添加光ファイバ８に入力するためのＷＤＭカプラ７と、ＷＤＭカプラ７と励起光源１６とを接続する光ファイバ１９とを有する。
The signal light passing through the
ＷＤＭカプラ７は、光ファイバ４ａを介してアイソレータ６から入力された信号光を希土類添加光ファイバ８に出力するとともに、光ファイバ１９を介して励起光源１６から入力された励起光を希土類添加光ファイバ８に出力する。すなわち、かかる信号光および励起光は、ＷＤＭカプラ７によって希土類添加光ファイバ８に入力される。
The WDM coupler 7 outputs the signal light input from the
励起光源１６は、たとえば半導体レーザ等を用いて実現され、信号光源２によって発振された信号光を増幅する励起光として好適なものを発振する。この場合、励起光源１６は、たとえば中心波長が９１５ｎｍまたは９７５ｎｍの励起光を発振する。かかる励起光は、希土類添加光ファイバ８に入力された場合、上述した信号光の１段階目の光増幅を行うために必要な励起エネルギーを発生させる。
The
希土類添加光ファイバ８は、たとえばシングルモードの光ファイバのコアにイットリビウム（Ｙｂ）またはエルビウム−イットリビウム（Ｅｒ−Ｙｂ）等の希土類元素を添加した構造を有し、ＷＤＭカプラ７から伝送された信号光を増幅する増幅媒体として機能する。具体的には、希土類添加光ファイバ８は、ＷＤＭカプラ７を介して上述した信号光と励起光とが入力された場合、この励起光に起因する励起エネルギーを用いてこの信号光を増幅する。これによって、かかる信号光の１段階目の光増幅が達成される。この場合、上述したＷＤＭカプラ７、希土類添加光ファイバ８、および励起光源１６は、このように信号光を増幅する増幅手段として機能する。
The rare earth doped
このように１段階目の光増幅が行われた信号光は、希土類添加光ファイバ８からフィルタモジュール９に入力される。フィルタモジュール９は、アイソレータ９ａ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９ｂ、およびヒートシンク９ｃを混成して一体化した（すなわちハイブリッド化した）モジュールである。かかるハイブリッド構成において、アイソレータ９ａは、ＢＰＦ９ｂの前段に設けられる。また、フィルタモジュール９は、希土類添加光ファイバ８の出力端とアイソレータ９ａの入力端とが接続され、ＢＰＦ９ｂの出力端と光増幅系Ａ２の入力端とが接続される。なお、かかるフィルタモジュール９のハイブリッド構成については、後述する。
The signal light subjected to the first-stage optical amplification in this way is input from the rare earth-doped
アイソレータ９ａは、上述したアイソレータ６とほぼ同様の機能を有する。すなわち、アイソレータ９ａは、後段のＢＰＦ９ｂに向けて信号光を通すとともに、前段の光増幅系Ａ１に対する信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を阻止する。アイソレータ９ａは、このように信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を阻止することによって、希土類添加光ファイバ８に対する信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を防止するとともに、信号光源２および励起光源１６の破損等を防止する。
The isolator 9a has substantially the same function as the
ＢＰＦ９ｂは、所定のフィルタ特性を有し、前段の光増幅系Ａ１によって増幅された信号光を通過させるとともに、光増幅系Ａ１，Ａ２でＳＲＳによって発生するラマン散乱光を除去するように機能する。この場合、ＢＰＦ９ｂは、たとえば中心波長が１０８０ｎｍであり、通過帯域幅が２〜３ｎｍ程度であるフィルタ特性を有する。なお、かかるＢＰＦ９ｂによるラマン散乱光の除去については、後述する。
The
ヒートシンク９ｃは、フィルタモジュール９に発生した熱を放散してフィルタモジュール９を冷却するためのものである。具体的には、ヒートシンク９ｃは、たとえばＢＰＦ９ｂがラマン散乱光を除去した場合に発生した熱を放散してＢＰＦ９ｂを冷却するとともに、アイソレータ９ａに発生した熱を放散してアイソレータ９ａを冷却する。この場合、ヒートシンク９ｃは、かかる放熱処理によってアイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂの各フィルタ特性の劣化および破損等を防止する。
The heat sink 9 c is for dissipating heat generated in the filter module 9 to cool the filter module 9. Specifically, for example, the heat sink 9c dissipates heat generated when the
このように光増幅系Ａ１によって１段階目の光増幅が行われた信号光は、フィルタモジュール９内を通過して光増幅系Ａ２に入力される。光増幅系Ａ２は、上述した信号光の多段階増幅のうちの２段階目の光増幅を行う。この２段階目の光増幅は、上述した１段階目の光増幅が行われた信号光をさらに増幅する処理である。かかる光増幅系Ａ２は、増幅媒体である希土類添加光ファイバ１０と、かかる２段階目の光増幅を行うための励起光を発振する励起光源１７ａ〜１７ｃと、希土類添加光ファイバ１０に励起光を入力するための光合波器１１と、光合波器１１と励起光源１７ａ〜１７ｃとをそれぞれ接続する光ファイバ２０ａ〜２０ｃとを有する。
The signal light subjected to the first-stage optical amplification by the optical amplification system A1 passes through the filter module 9 and is input to the optical amplification system A2. The optical amplification system A2 performs second-stage optical amplification among the above-described multistage amplification of signal light. This second-stage optical amplification is a process of further amplifying the signal light that has been subjected to the first-stage optical amplification described above. The optical amplification system A2 includes a rare earth-doped
希土類添加光ファイバ１０は、ダブルクラッドファイバのコアにイットリビウム（Ｙｂ）またはエルビウム−イットリビウム（Ｅｒ−Ｙｂ）等の希土類元素を添加した構造を有し、光増幅系Ａ１によって１段階目の光増幅が行われた信号光を増幅する増幅媒体として機能する。図２は、希土類添加光ファイバ１０の横断面構造を模式的に例示する断面模式図である。図２に示すように、希土類添加光ファイバ１０は、希土類元素が添加されたシングルモードのコア層３１の外側に、たとえば横断面が多角形状のインナークラッド層３２を有し、このインナークラッド層３２の外側にアウタークラッド層３３を有し、このアウタークラッド層３３の外側に保護ポリマー層３４を有する。インナークラッド層３２は、マルチモードで励起光を伝搬するクラッド層であり、コア層３１に比して低い屈折率を有する。このようなダブルクラッド構造を有する希土類添加光ファイバ１０は、上述した希土類添加光ファイバ８に比して多量の励起光を伝搬でき、これによって、希土類添加光ファイバ８に比して多量の励起エネルギーを有することができる。すなわち、希土類添加光ファイバ１０は、上述した１段階目の光増幅が行われた信号光をさらに高い光パワーに増幅するための増幅媒体として好適な構造を有する。
The rare earth-doped
かかる希土類添加光ファイバ１０は、フィルタモジュール９を介して上述した信号光が入力され、かつ励起光源１７ａ〜１７ｃによって発振された励起光が光合波器１１を介して入力された場合、かかる励起光に起因する励起エネルギーを用いてこの信号光を増幅する。この場合、希土類添加光ファイバ１０、光合波器１１、および励起光源１７ａ〜１７ｃは、このように信号光を増幅する増幅手段として機能する。具体的には、希土類添加光ファイバ１０は、かかる２段階目の光増幅を行い、上述した１段階目の光増幅の場合に比して高い光パワーを有する信号光を光合波器１１に出力する。
The rare earth-doped
なお、かかる２段階目の光増幅を行うための励起光を発振する励起光源は、上述した光増幅系Ａ１の励起光源１６に比してトータルで多量の励起光を希土類添加光ファイバ１０に導入するものであれば、その設置数は３つに限定されない。すなわち、かかる条件を満足するように所望数の励起光源を配置すればよい。この場合、かかる励起光は、希土類添加光ファイバ１０に導入された場合、上述した信号光の２段階目の光増幅を行うために必要な励起エネルギーを発生させる。
The pumping light source that oscillates the pumping light for performing the second stage optical amplification introduces a total amount of pumping light into the rare earth-doped
光合波器１１は、光ファイバ２０ａ〜２０ｃを介して励起光源１７ａ〜１７ｃから入力された各励起光を希土類添加光ファイバ１０に導入するとともに、希土類添加光ファイバ１０によって２段階目の光増幅が行われた信号光をフィルタモジュール１２に出力する。この場合、かかる増幅された信号光は、光ファイバ４ｂを介してフィルタモジュール１２に入力される。
The
フィルタモジュール１２は、上述したフィルタモジュール９とほぼ同様に、アイソレータ１２ａ、ＢＰＦ１２ｂ、およびヒートシンク１２ｃをハイブリッド化したモジュールである。この場合、アイソレータ１２ａは、ＢＰＦ１２ｂの前段に設けられる。また、フィルタモジュール１２は、光ファイバ４ｂを介して光合波器１１の出力端とアイソレータ１２ａの入力端とが接続され、ＢＰＦ１２ｂの出力端と光増幅系Ａ３の入力端とが接続される。
The
アイソレータ１２ａは、上述したアイソレータ９ａとほぼ同様に機能する。すなわち、アイソレータ１２ａは、上述した２段階目の光増幅が行われた信号光を後段のＢＰＦ１２ｂに向けて通すとともに、前段の光増幅系Ａ２に対する信号光の反射光およびＳＢＳによるブリルアン散乱光の進入を阻止する。アイソレータ１２ａは、このように信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を阻止することによって、希土類添加光ファイバ１０に対する信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を防止するとともに、信号光源２および励起光源１６の破損等を防止する。
The
ＢＰＦ１２ｂは、上述したＢＰＦ９ｂと同様のフィルタ特性を有し、光増幅系Ａ２によって２段階目の光増幅が行われた信号光を通過させるとともに、光増幅系Ａ２，Ａ３でＳＲＳによって発生するラマン散乱光を除去する。ヒートシンク１２ｃは、上述したヒートシンク９ｃとほぼ同様に機能し、たとえばＢＰＦ１２ｂがラマン散乱光を除去した場合に発生した熱を放散してＢＰＦ１２ｂを冷却するとともに、アイソレータ１２ａに発生した熱を放散してアイソレータ１２ａを冷却する。ヒートシンク１２ｃは、かかる放熱処理によって、アイソレータ１２ａおよびＢＰＦ１２ｂの各フィルタ特性の劣化および破損等を防止する。
The
このように光増幅系Ａ２によって２段階目の光増幅が行われた信号光は、光ファイバ４ｂとフィルタモジュール１２とを順次通過して光増幅系Ａ３に入力される。光増幅系Ａ３は、上述した信号光の多段階増幅のうちの３段階目の光増幅を行う。この３段階目の光増幅は、上述した２段階目の光増幅が行われた信号光をさらに増幅する処理である。かかる光増幅系Ａ３は、増幅媒体である希土類添加光ファイバ１３と、かかる３段階目の光増幅を行うための励起光を発振する励起光源１８ａ〜１８ｃと、希土類添加光ファイバ１３に励起光を入力するための光合波器１４と、光合波器１４と励起光源１８ａ〜１８ｃとをそれぞれ接続する光ファイバ２１ａ〜２１ｃとを有する。
The signal light that has been subjected to the second-stage optical amplification by the optical amplification system A2 in this manner sequentially passes through the
希土類添加光ファイバ１３は、上述した希土類添加光ファイバ１０と同様にダブルクラッドファイバのコアに希土類元素を添加した構造を有し、上述した３段階目の光増幅を行う増幅媒体として機能する。かかる希土類添加光ファイバ１３は、上述した希土類添加光ファイバ８に比して多量の励起光を伝搬でき、これによって、希土類添加光ファイバ８に比して多量の励起エネルギーを有することができる。具体的には、希土類添加光ファイバ１３は、フィルタモジュール１２を介して上述した信号光が入力され、かつ励起光源１８ａ〜１８ｃによって発振された励起光が光合波器１４を介して入力された場合、かかる励起光に起因する多量の励起エネルギーを用いてこの信号光を所望の光パワーに増幅できる。この場合、希土類添加光ファイバ１３、光合波器１４、および励起光源１８ａ〜１８ｃは、このように信号光を増幅する増幅手段として機能する。希土類添加光ファイバ１３は、かかる３段階目の光増幅を行って所望の光パワーに増幅した信号光を光合波器１４に出力する。
The rare-earth-doped
なお、かかる３段階目の光増幅を行うための励起光を発振する励起光源は、上述した光増幅系Ａ１の励起光源１６に比してトータルで多量の励起光を希土類添加光ファイバ１３に導入するものであれば、その設置数は３つに限定されない。すなわち、かかる条件を満足するように所望数の励起光源を配置すればよい。この場合、かかる励起光は、希土類添加光ファイバ１３に導入された場合、上述した信号光の３段階目の光増幅を行うために必要な励起エネルギーを発生させる。
The pumping light source that oscillates the pumping light for performing the third-stage optical amplification introduces a total amount of pumping light into the rare earth-doped
光合波器１４は、光ファイバ２１ａ〜２１ｃを介して励起光源１８ａ〜１８ｃから入力された各励起光を希土類添加光ファイバ１３に導入するとともに、希土類添加光ファイバ１３によって３段階目の光増幅が行われた信号光をフィルタモジュール１５に出力する。この場合、かかる増幅された信号光は、光ファイバ４ｂを介してフィルタモジュール１５に入力される。
The
フィルタモジュール１５は、上述したフィルタモジュール９とほぼ同様に、アイソレータ１５ａ、ＢＰＦ１５ｂ、およびヒートシンク１５ｃをハイブリッド化したモジュールである。この場合、アイソレータ１５ａは、ＢＰＦ１５ｂの前段に設けられる。また、フィルタモジュール１５は、光ファイバ４ｂを介して光合波器１４の出力端とアイソレータ１５ａの入力端とが接続され、ＢＰＦ１５ｂの出力端と上述した受光部３の入力端とが接続される。
The
アイソレータ１５ａは、上述したアイソレータ９ａとほぼ同様に機能する。すなわち、アイソレータ１５ａは、上述した３段階目の光増幅が行われた信号光を後段のＢＰＦ１５ｂに向けて通すとともに、前段の光増幅系Ａ３に対する信号光の反射光およびＳＢＳによるブリルアン散乱光の進入を阻止する。アイソレータ１５ａは、このように信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を阻止することによって、希土類添加光ファイバ１３に対する信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を防止するとともに、信号光源２および励起光源１６の破損等を防止する。
The isolator 15a functions in substantially the same manner as the isolator 9a described above. That is, the isolator 15a passes the signal light on which the above-described third-stage optical amplification has been performed toward the subsequent BPF 15b, and the reflected light of the signal light and the entry of the Brillouin scattered light by the SBS into the upstream optical amplification system A3. To prevent. The isolator 15a prevents the reflected light of the signal light and the Brillouin scattered light from entering the rare earth-doped
ＢＰＦ１５ｂは、上述したＢＰＦ９ｂと同様のフィルタ特性を有し、光増幅系Ａ３によって３段階目の光増幅が行われた信号光を通過させるとともに、ＳＲＳによるラマン散乱光を除去する。ヒートシンク１５ｃは、上述したヒートシンク９ｃとほぼ同様に機能し、たとえばＢＰＦ１５ｂがラマン散乱光を除去した場合に発生した熱を放散してＢＰＦ１５ｂを冷却するとともに、アイソレータ１５ａに発生した熱を放散してアイソレータ１５ａを冷却する。ヒートシンク１５ｃは、かかる放熱処理によって、アイソレータ１５ａおよびＢＰＦ１５ｂの各フィルタ特性の劣化および破損等を防止する。
The BPF 15b has the same filter characteristics as the
このように光増幅系Ａ３によって３段階目の光増幅が行われた信号光は、光ファイバ４ｂとフィルタモジュール１５とを順次通過して受光部３に入力される。この場合、かかる信号光は、上述した多段階増幅が完了しており、所望の光パワーを有するように増幅されている。すなわち、光ファイバ増幅装置１は、信号光源２によって発振された信号光たとえば上述した１０００ｎｍ帯のレーザ光を所望の光パワーに多段階増幅して受光部３に出力できる。この場合、光ファイバ増幅装置１は、このように所望の光パワーを有する信号光をシングルモードで受光部３に伝送できる。
The signal light that has been subjected to the third-stage light amplification by the light amplification system A3 in this way sequentially passes through the
なお、このような光ファイバ増幅装置１は、レーザマーキング装置、医療用レーザメス、または光通信装置等のレーザ光（特に高出力のレーザ光）を用いる各種装置に好適な光ファイバ増幅装置を実現できる。たとえば、受光部３が、上述した所望の光パワーのレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、このコリメータレンズを介して受けたレーザ光を所望の文字や記号等に沿って走査する光走査機構と、この光走査機構を介して受けたレーザ光を集光し、かかるレーザ光をマーキング対象物に出力する集光レンズとを備えるようにし、さらに、上述した信号光源によるレーザ光の発振駆動、励起光源１６，１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃの各励起光の発振駆動、および受光部３の駆動を制御する制御部（図示せず）を備えるようにすれば、かかる光ファイバ増幅装置１を光増幅手段として用いたレーザマーキング装置を構成できる。
Such an optical
つぎに、上述したフィルタモジュール９のハイブリッド構成について説明する。図３は、フィルタモジュール９のハイブリッド構成の一例を模式的に示す模式図である。図３に示すように、フィルタモジュール９は、アイソレータ９ａとＢＰＦ９ｂとを内蔵し、アイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂにそれぞれ発生した熱を放散するようにヒートシンク９ｃが設けられる。
Next, the hybrid configuration of the filter module 9 described above will be described. FIG. 3 is a schematic diagram schematically illustrating an example of a hybrid configuration of the filter module 9. As shown in FIG. 3, the filter module 9 includes an isolator 9a and a
アイソレータ９ａは、上述したように、その入力端に希土類添加光ファイバ８が接続される。また、アイソレータ９ａは、その出力端に信号光を出力するための開口部を有し、かかる開口部にレンズ９ｄを有する。一方、ＢＰＦ９ｂは、上述したように、その出力端に希土類添加光ファイバ１０が接続される。また、ＢＰＦ９ｂは、その入力端に信号光を入力するための開口部を有し、かかる開口部にレンズ９ｅを有する。この場合、アイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂは、その間に空間が形成され、レンズ９ｄ，９ｅが対向するように配置される。
As described above, the rare earth-doped
ここで、信号光源２によって発振された信号光Ｓ１が希土類添加光ファイバ８内を通過してアイソレータ９ａに入力された場合、アイソレータ９ａは、図３に示すように、かかる空間を伝送媒体にして後段のＢＰＦ９ｂに信号光Ｓ１を入力する。この場合、信号光Ｓ１は、レンズ９ｄを通過してかかる空間上を空気伝搬し、その後、レンズ９ｅを通過してＢＰＦ９ｂに入力される。この場合、ＢＰＦ９ｂは、上述したように、信号光Ｓ１を希土類添加光ファイバ１０に出力するとともにラマン散乱光を除去する。なお、この信号光Ｓ１は、たとえば中心波長が１０８０ｎｍであり、スペクトル線幅が２〜３ｎｍのレーザ光である。
Here, when the signal light S1 oscillated by the signal light source 2 passes through the rare earth-doped
このようにハイブリッド化したアイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂは、かかるフィルタモジュール９内の空間を伝送媒体にして信号光Ｓ１の入出力を行う。すなわち、アイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂは、かかるハイブリッド構成によって光ファイバを用いずに信号光Ｓ１を伝送できる。なお、上述したフィルタモジュール１２，１５は、フィルタモジュール９とほぼ同様のハイブリッド構成を有する。これによって、光ファイバ増幅装置１の光ファイバの全長をより短く構成することができる。
The hybridized isolator 9a and
なお、アイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂのハイブリッド化の構成は、上述した実施の形態に限定されない。すなわち、このように空間を伝送媒体にする空間結合系は、たとえばフィルタモジュール９の入力端（希土類添加光ファイバ８に接続される入力端）とフィルタモジュール９の出力端（希土類添加光ファイバ１０に接続される出力端）とに、光ファイバおよびレンズからなるファイバコリメータをそれぞれ設けて構成してもよい。かかる空間結合系を用いたハイブリッド化の構成は、この空間結合系のファイバコリメータ間を空間伝搬する信号光Ｓ１がアイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂを通過するように、フィルタモジュール９内にアイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂを配置して実現すればよい。この場合、フィルタモジュール９のハイブリッド構成は、上述したハイブリッド構成の他に、フィルタモジュール９の入力端側にＢＰＦ９ｂを配置し、このＢＰＦ９ｂの後段にアイソレータ９ａを配置したものであってもよい。このことは、上述したフィルタモジュール１２，１５のハイブリッド構成の場合も同様である。
Note that the hybrid configuration of the isolator 9a and the
つぎに、光ファイバ増幅装置１においてＳＢＳを抑制するための構成について説明する。信号光源２によって発振された信号光Ｓ１は、上述したように、光ファイバ増幅装置１を介して受光部３に入力される。この場合、光ファイバ増幅装置１におけるＳＢＳは、その光ファイバ（光ファイバ４ａ，４ｂおよび希土類添加光ファイバ８，１０，１３）の全長またはモードフィールドエリア（ＭＦＡ）の横断面積等を調整することによって抑制することができる。具体的には、光ファイバ増幅装置１にはＳＢＳの閾値ＰCBが設定され、光ファイバ増幅装置１を介して伝送する信号光Ｓ１のトータル光パワーが閾値ＰCB以下になるように光ファイバの全長またはＭＦＡの横断面積等を調整することによって、ＳＢＳを抑制できる。
Next, a configuration for suppressing SBS in the optical
ここで、かかる閾値ＰCBは、ＳＢＳを発生させずに光ファイバ増幅装置１内を伝搬できる信号光のトータル光パワーの最大値である。この閾値ＰCBは、光ファイバ増幅装置１内で信号光が伝搬する光ファイバの有効ファイバ長Ｌeffと、かかる光ファイバのＭＦＡの有効断面積Ａeffと、かかる光ファイバによって決定されるブリルアンゲイン定数ＧBと、この信号光の周波数幅Δνと、ブリルアン散乱光の周波数幅Δνbと、偏光係数Ｋとを用いて次式（１）で示される。
ＰCB＝（２１×Ｋ×Ａeff）／（ＧB×Ｌeff）×（１＋Δν／Δνb）・・・（１）
Here, the threshold value PCB is the maximum value of the total optical power of the signal light that can propagate through the optical
P CB = (21 × K × A eff) / (G B × L eff) × (1 + Δν / Δν b) ··· (1)
また、この式（１）における周波数幅Δν，Δνbをこの信号光のスペクトル線幅Δλとブリルアン散乱光のスペクトル線幅Δλbとにそれぞれ変換すると、この式（１）は、次式（２）にほぼ置き換えることができる。すなわち、閾値ＰCBは、次式（２）で示される。
ＰCB＝（２１×Ｋ×Ａeff）／（ＧB×Ｌeff）×（１＋Δλ／Δλb）・・・（２）
Further, when the frequency widths Δν and Δν b in the equation (1) are respectively converted into the spectral line width Δλ of the signal light and the spectral line width Δλ b of the Brillouin scattered light, the equation (1) is expressed by the following equation (2) ) Can be almost replaced. That is, the threshold value PCB is expressed by the following equation (2).
P CB = (21 × K × A eff) / (G B × L eff) × (1 + Δλ / Δλ b) ··· (2)
また、光ファイバ増幅装置１内を伝搬する信号光Ｓ１は、たとえば中心波長が１０８０ｎｍであり、スペクトル線幅Δλが２〜３ｎｍである。この場合、信号光Ｓ１は、たとえば図４の曲線Ｌ１によって示される波長特性を有し、かかる曲線Ｌ１の積分値すなわち図４の斜線領域に対応する値のトータル光パワーＰS1を有する。かかる信号光Ｓ１が光ファイバ増幅装置１内を伝搬する場合、トータル光パワーＰS1が閾値ＰCB以下であれば、光ファイバ増幅装置１においてＳＢＳは発生せず、トータル光パワーＰS1が閾値ＰCBを超過すれば、光ファイバ増幅装置１においてＳＢＳが発生する。すなわち、この閾値ＰCBを可能な限り大きくすることによって、ＳＢＳは光ファイバ増幅装置１において発生し難くなる。ここで、閾値ＰCBは、式（２）に示すように、有効ファイバ長Ｌeffを短くするほど大きくなり、有効断面積Ａeffを大きくするほど大きくなり、スペクトル線幅Δλを大きくするほど大きくなる。したがって、光ファイバ増幅装置１に用いる光ファイバ４ａ，４ｂの全長を可能な限り短くし、光ファイバ４ａ，４ｂのモードフィールド径を大きくし、または信号光Ｓ１のスペクトル線幅Δλを大きくすることによって、光ファイバ増幅装置１でのＳＢＳを抑制できる。
Further, the signal light S1 propagating through the optical
かかるＳＢＳの抑制を実現するために、光ファイバ増幅装置１では、上述したように、たとえばフィルタモジュール９，１２，１５のハイブリッド構成によって光ファイバを可能な限り省略できるようにし、光ファイバ増幅装置１の光増幅機能を損なわずに光ファイバの全長を容易に短くできるようにしている。また、光ファイバ増幅装置１では、上述したように、光増幅系Ａ２から受光部３に至る範囲においてＬＭＡファイバである光ファイバ４ｂを用い、これによって、上述したＭＦＡ特に光増幅系Ａ２の前段に比して光パワーが非常に高い信号光を伝搬する光ファイバのＭＦＡを可能な限り大きくできるようにしている。なお、光ファイバ増幅装置１は、上述した光ファイバ４ａに代えてＬＭＡファイバを用いてもよい。この場合、光ファイバ増幅装置１が信号光Ｓ１をシングルモードで受光部３に伝送できるように、そのファイバ長等を調整すればよい。
In order to realize such suppression of SBS, in the optical
また、かかるＳＢＳの抑制を実現するために、信号光Ｓ１に低周波信号を重畳して変調する変調手段を信号光源２に設け、かかる変調手段による変調処理によって信号光Ｓ１のスペクトル線幅Δλを広げてもよい。この場合、信号光源２は、このように信号光Ｓ１のスペクトル線幅Δλ１を広げた信号光Ｓ２を光ファイバ増幅装置１に出力する。この信号光Ｓ２は、たとえば中心波長が１０８０ｎｍであり、スペクトル線幅Δλ２（＞Δλ１）のレーザ光である。このように信号光のスペクトル線幅Δλを広げることによって、閾値ＰCBは、上述したように大きくなり、これによって、光ファイバ増幅装置１でのＳＢＳを抑制できる。
Further, in order to realize such suppression of SBS, the signal light source 2 is provided with a modulation means that superimposes and modulates a low frequency signal on the signal light S1, and the spectral line width Δλ of the signal light S1 is set by modulation processing by the modulation means. You can spread it. In this case, the signal light source 2 outputs the signal light S2 in which the spectral line width Δλ1 of the signal light S1 is thus widened to the optical
なお、このようなスペクトル線幅Δλ２の信号光Ｓ２を伝搬する場合、光ファイバ増幅装置１は、かかる信号光２を多段階増幅して受光部３に出力できるように、アイソレータ６，９ａ，１２ａ，１５ａの各フィルタ特性と、ＢＰＦ９ａ，１２ａ，１５ａの各フィルタ特性とを信号光Ｓ２に対して最適化する。
When the signal light S2 having such a spectral line width Δλ2 is propagated, the optical
一方、このようなＳＢＳの抑制と同様に、光ファイバ増幅装置１の光ファイバの全長またはＭＦＡの横断面積等を調整することによって、光ファイバ増幅装置１でのＳＲＳを抑制することができる。光ファイバ増幅装置１には、上述したＳＢＳの閾値ＰCBとともにＳＲＳの閾値ＰCRが設定される。かかる閾値ＰCRは、ＳＲＳを発生させずに光ファイバ増幅装置１を伝搬できる信号光のトータル光パワーの最大値である。この閾値ＰCRは、上述した有効ファイバ長Ｌeffと、ＭＦＡの有効断面積Ａeffと、光ファイバによって決定されるラマンゲイン定数ＧRと、信号光の周波数幅Δνと、ラマン散乱光の周波数幅ΔνRと、偏光係数Ｋとを用いて次式（３）で示される。
ＰCR＝（１６×Ｋ×Ａeff）／（ＧR×Ｌeff）×（１＋Δν／ΔνR）・・・（３）
On the other hand, SRS in the optical
P CR = (16 × K × A eff ) / (G R × L eff ) × (1 + Δν / Δν R ) (3)
また、この式（３）における周波数幅Δν，ΔνRをこの信号光のスペクトル線幅Δλとラマン散乱光のスペクトル線幅ΔλRとにそれぞれ変換すると、この式（３）は、次式（４）にほぼ置き換えることができる。すなわち、閾値ＰCRは、次式（４）で示される。
ＰCR＝（１６×Ｋ×Ａeff）／（ＧR×Ｌeff）×（１＋Δλ／ΔλR）・・・（４）
Further, when the frequency widths Δν and Δν R in the equation (3) are respectively converted into the spectral line width Δλ of the signal light and the spectral line width Δλ R of the Raman scattered light, the equation (3) can be expressed by the following equation (4) ) Can be almost replaced. That is, the threshold value PCR is expressed by the following equation (4).
P CR = (16 × K × A eff ) / (G R × L eff ) × (1 + Δλ / Δλ R ) (4)
ここで、信号光Ｓ１が光ファイバ増幅装置１内を伝搬する場合、トータル光パワーＰS1が閾値ＰCR以下であれば、光ファイバ増幅装置１においてＳＲＳは発生せず、トータル光パワーＰS1が閾値ＰCRを超過すれば、光ファイバ増幅装置１においてＳＲＳが発生する。式（４）に示すように、この閾値ＰCRは、上述した閾値ＰCBの場合と同様に大きくすることができ、これによって、光ファイバ増幅装置１でのＳＲＳを抑制することができる。
Here, if the signal light S1 is propagated through the
つぎに、ＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂによるラマン散乱光の除去処理について説明する。ＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂは、上述したように、信号光源２から発振された信号光（たとえば１０００ｎｍ帯のレーザ光）を通過させるとともにＳＲＳによるラマン散乱光を除去するフィルタ特性を有する。図５は、かかるＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂのフィルタ特性を例示する模式図である。ＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂは、たとえば図５の曲線Ｌ３に示すように、中心波長が１０８０ｎｍであり、通過帯域幅が２〜３ｎｍ程度であるフィルタ特性を有する。
Next, a process for removing Raman scattered light by the
ここで、上述した信号光Ｓ１の伝送に起因してＳＲＳが発生した場合、かかるＳＲＳによるラマン散乱光は、信号光Ｓ１に比して５０ｎｍ程度高い中心波長（たとえば１１３０ｎｍ程度の中心波長）を有する。この場合、かかるラマン散乱光は、図５の曲線Ｌ２に例示される波長特性を有する。図５に示すように、ＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂは、曲線Ｌ３に例示されるフィルタ特性を有するので、信号光Ｓ１を通過させるとともに、曲線Ｌ２に例示される波長特性のラマン散乱光を取り除くことができる。
Here, when SRS occurs due to the transmission of the signal light S1 described above, the Raman scattered light by the SRS has a center wavelength (for example, a center wavelength of about 1130 nm) higher than the signal light S1 by about 50 nm. . In this case, the Raman scattered light has a wavelength characteristic exemplified by a curve L2 in FIG. As shown in FIG. 5, since the
したがって、ＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂは、このようにラマン散乱光を除去することによって、増幅媒体である希土類添加光ファイバ８，１０，１３へのラマン散乱光の進入を防止できる。これによって、希土類添加光ファイバ８，１０，１３は、信号光Ｓ１を増幅するための励起エネルギーをラマン散乱光の増幅（すなわちノイズ発生）に浪費することなく、かかる励起エネルギーを信号光Ｓ１の多段階増幅に効率的に消費できる。すなわち、光ファイバ増幅装置１は、かかるラマン散乱光の除去処理によって、信号光Ｓ１を所望の光パワーに効率的に多段階増幅することができる。
Therefore, the
また、ＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂのうちの最も下流側すなわち受光部３の前段に位置するＢＰＦ１５ｂは、上述した信号光Ｓ１を受光部３に向けて通過させるとともにラマン散乱光を除去する。これによって、ＢＰＦ１５ｂは、ノイズであるラマン散乱光が受光部３に進入することを防止するとともに、所望の光パワーに多段階増幅された信号光Ｓ１を受光部３に出力できる。
Further, the BPF 15b located on the most downstream side of the
つぎに、光ファイバ増幅装置１においてＳＢＳを抑制するための信号光のスペクトル線幅Δλの設定について説明する。光ファイバ増幅装置１に伝搬する信号光のスペクトル線幅Δλは、上述した式（１）に基づき、有効ファイバ長Ｌeff、ＭＦＡの有効断面積Ａeff、およびＳＢＳの閾値ＰCB等を用いて示すことができる。ここで、式（２）においてＭＦＡの有効断面積Ａeffが一定である場合、次式（５）によって定数Ｃが示される。
Ｃ＝（２１×Ｋ×Ａeff）／ＧB ・・・（５）
Next, setting of the spectral line width Δλ of signal light for suppressing SBS in the optical
C = (21 × K × A eff) / G B ··· (5)
この場合、上述した閾値ＰCBと有効ファイバ長Ｌeffとスペクトル線幅Δλとの間には、かかる定数Ｃと式（２）とに基づいて次式（６）の関係が成立する。
ＰCB＝Ｃ／Ｌeff×（１＋Δλ／Δλb） ・・・（６）
なお、この式（６）におけるブリルアン散乱光のスペクトル線幅Δλbは、ファイバ材質によって決定される。
In this case, the relationship of the following equation (6) is established between the threshold value PCB , the effective fiber length L eff, and the spectral line width Δλ described above based on the constant C and equation (2).
P CB = C / L eff × (1 + Δλ / Δλ b ) (6)
Note that the spectral line width Δλ b of the Brillouin scattered light in this equation (6) is determined by the fiber material.
ここで、光ファイバ増幅装置１の有効ファイバ長ＬeffとＳＢＳの閾値ＰCBとを予め決定した場合、光ファイバ増幅装置１に入力する信号光のスペクトル線幅Δλは、式（６）に基づいて設定できる。このように設定したスペクトル線幅Δλの信号光は、ＳＢＳを発生させずに光ファイバ増幅装置１内を伝搬できる。したがって、このようなスペクトル線幅Δλの信号光を信号光源２が発振することによって、光ファイバ増幅装置１でのＳＢＳを抑制することができる。すなわち、光ファイバ増幅装置１の有効ファイバ長ＬeffとＳＢＳの閾値ＰCBとを予め決定した場合、式（６）に基づいて信号光源２のスペクトル線幅Δλを設定することによって、このＳＢＳの抑制を実現できる。
Here, when the pre-determined and the
一方、信号光源２の信号光のスペクトル線幅ΔλとＳＢＳの閾値ＰCBとを予め決定した場合、この信号光が伝搬する光ファイバ増幅装置１の有効ファイバ長Ｌeffは、式（６）に基づいて設定できる。このように設定した有効ファイバ長Ｌeffは、ＳＢＳを発生させずに伝搬できる光ファイバ増幅装置１内のファイバ長である。したがって、かかる有効ファイバ長Ｌeffを有するように光ファイバ増幅装置１を構成することによって、ＳＢＳを抑制可能な光ファイバ増幅装置１を実現できる。すなわち、スペクトル線幅ΔλとＳＢＳの閾値ＰCBとを予め決定した場合、式（６）に基づいて光ファイバ増幅装置１の有効ファイバ長Ｌeffを設定することによって、このＳＢＳの抑制を実現できる。
On the other hand, when the pre-determined and spectral line width Δλ and SBS threshold P CB of the signal light of the signal light source 2, the effective fiber length L eff of the
これと同様に、上述した式（２）においてスペクトル幅Δλと有効ファイバ長Ｌeffと閾値ＰCBとが決定している場合、光ファイバ増幅装置１のＭＦＡの有効断面積Ａeffは、この式（２）に基づいて設定できる。このようにＭＦＡの有効断面積Ａeffを設定することによって、上述したスペクトル線幅Δλまたは有効ファイバ長Ｌeffを設定した場合と同様に、ＳＢＳを抑制可能な光ファイバ増幅装置１を実現できる。
Similarly, when the spectral width Δλ, the effective fiber length L eff, and the threshold value P CB are determined in the above equation (2), the effective area A eff of the MFA of the optical
なお、この発明の実施の形態では、光増幅系Ａ１，Ａ２，Ａ３を用いて信号光の多段階増幅を３段階で行っていたが、この発明はこれに限定されるものではなく、光増幅系Ａ１から光増幅系Ａ３に向けて順次、１以上の光増幅系Ａ２を設けるようにし、信号光に対して３段階以上の光増幅を行って所望の光パワーに多段階増幅してもよい。この場合、かかる１以上の光増幅系Ａ２の各後段に、光ファイバ４ｂを介してフィルタモジュール１２をそれぞれ設ければよい。または、光増幅系Ａ２を設けずにフィルタモジュール９を介して光増幅系Ａ１と光増幅系Ａ３とを接続し、信号光に対して２段階の光増幅を行って所望の光パワーに多段階増幅してもよい。
In the embodiment of the present invention, signal light multi-stage amplification is performed in three stages using the optical amplification systems A1, A2, and A3. However, the present invention is not limited to this, and optical amplification is performed. One or more optical amplifying systems A2 may be sequentially provided from the system A1 to the optical amplifying system A3, and the signal light may be amplified in three or more stages to be amplified in multiple stages to a desired optical power. . In this case, the
また、この発明の実施の形態では、アイソレータ９ａとＢＰＦ９ｂとヒートシンク９ｃとをハイブリッド化したフィルタモジュール９を希土類添加光ファイバ８の後段に設けていたが、この発明はこれに限定されるものではなく、アイソレータ９ａ、ＢＰＦ９ｂ、およびヒートシンク９ｃはハイブリッド化しなくてもよい。この場合、アイソレータ９ａの後段にＢＰＦ９ｂを配置し、上述した信号光が光ファイバを介してアイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂをこの順序で順次伝送するように構成すればよい。ヒートシンク９ｃは、かかるアイソレータ９ａおよびＢＰＦ９ｂにそれぞれ設ければよい。これらのことは、上述したフィルタモジュール１２，１５についても同様である。
In the embodiment of the present invention, the filter module 9 in which the isolator 9a, the
さらに、この発明の実施の形態では、上述した光ファイバ４ｂとしてＬＭＡファイバを用いていたが、この発明はこれに限定されるものではなく、上述した光ファイバ４ｂに代えてエアクラッドファイバを用いてもよい。このエアクラッドファイバは、たとえばコア層の外側に形成されたクラッド層に多数のエアホール（空気孔）が形成されたシングルモードの光ファイバである。エアクラッドファイバは、かかるエアホールによって低屈折率のクラッド層を実現しているので、コア径を物理的に大きくしなくともモードフィールド径を増大できる。かかるエアクラッドファイバを用いることによって、上述したＭＦＡの有効断面積Ａeffをより大きくでき、これによって、ＬＭＡファイバを用いた場合とほぼ同様にＳＢＳの抑制を実現できる。
Further, in the embodiment of the present invention, the LMA fiber is used as the above-described
また、この発明の実施の形態では、アイソレータ９ａ，１２ａ，１５ａとＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂとがそれぞれ別体であったが、この発明はこれに限定されるものではなく、たとえばアイソレータ９ａの入力側または出力側の偏光子の表面に誘電体多層膜フィルタ等を積層させる等によって、アイソレータ９ａとＢＰＦ９ｂとを光学的に直接接続して一体化してもよい。このことは、アイソレータ１２ａ，１５ａおよびＢＰＦ１２ｂ，１５ｂのそれぞれについても同様である。
In the embodiment of the present invention, the
さらに、この発明の実施の形態では、アイソレータ９ａ，１２ａ，１５ａとＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂとをそれぞれフィルタモジュール９，１２，１５によってハイブリッド化していたが、この発明はこれに限定されるものではなく、たとえばアイソレータ９ａとＢＰＦ９ｂとを同一の光学基板上にモノリシックに集積化し、かかるアイソレータ９ａとＢＰＦ９ｂと直接接続する、あるいは可能な限り短い光導波路によって光学的に接続してもよい。このことは、アイソレータ１２ａ，１５ａおよびＢＰＦ１２ｂ，１５ｂのそれぞれについても同様である。かかる構成によって、上述したハイブリッド化の場合とほぼ同様に、光ファイバ増幅装置１内の光ファイバの全長をより短くすることができる。
Furthermore, in the embodiment of the present invention, the
また、この発明の実施の形態では、アイソレータ９ａ，１２ａ，１５ａの後段にＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂをそれぞれ設けていたが、この発明はこれに限定されるものではなく、ＢＰＦ９ｂ，１２ｂ，１５ｂの後段にアイソレータ９ａ，１２ａ，１５ａをそれぞれ設けてもよい
In the embodiment of the present invention, the
さらに、この発明の実施の形態では、多段階増幅する光増幅系Ａ２，Ａ３として、増幅媒体である希土類添加光ファイバにその後段側から励起光を入力して励起エネルギーを発生させる後方励起を行うものを用いていたが、この発明はこれに限定されるものではなく、かかる光増幅系Ａ２，Ａ３として、希土類添加光ファイバにその前段側から励起光を入力して励起エネルギーを発生させる前方励起を行うものを用いてもよいし、希土類添加光ファイバにその前段側および後段側の双方から励起光を入力して励起エネルギーを発生させる双方向励起を行うものを用いてもよい。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, as the optical amplification systems A2 and A3 that perform multi-stage amplification, backward pumping is performed in which pumping light is input to the rare earth-doped optical fiber that is an amplification medium from the subsequent stage to generate pumping energy. However, the present invention is not limited to this, and as such optical amplification systems A2 and A3, forward pumping that generates pumping energy by inputting pumping light into the rare earth-doped optical fiber from its front side. The optical fiber that performs pumping may be used, or the rare-earth-doped optical fiber that performs bidirectional pumping that generates pumping energy by inputting pumping light from both the front side and the rear side may be used.
以上、説明したように、この発明の実施の形態では、信号光を所望の光パワーに多段階増幅する複数の増幅手段の各後段にＢＰＦをそれぞれ設け、かかるＢＰＦが、前段の増幅手段によって増幅された信号光を出力端側に通すとともに、かかる複数の増幅手段で増幅された信号光が発生するＳＲＳに起因したラマン散乱光を除去するように構成している。このため、増幅媒体である希土類添加光ファイバへのラマン散乱光の進入を防止できる。したがって、かかる増幅媒体に励起光を導入して得た励起エネルギーをラマン散乱光の増幅（すなわちノイズ発生）に浪費することなく、かかる励起エネルギーを効率的に消費して信号光を多段階増幅できる光ファイバ増幅装置を実現することができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, a BPF is provided in each subsequent stage of a plurality of amplification means for amplifying signal light to a desired optical power in multiple stages, and the BPF is amplified by the amplification means in the previous stage. The transmitted signal light is passed to the output end side, and the Raman scattered light caused by the SRS generated by the signal light amplified by the plurality of amplifying means is removed. Therefore, it is possible to prevent the Raman scattered light from entering the rare earth-doped optical fiber that is an amplification medium. Therefore, the excitation light obtained by introducing the excitation light into the amplification medium can be efficiently consumed and the signal light can be amplified in multiple stages without wasting the amplification of Raman scattered light (ie, generation of noise). An optical fiber amplifying device can be realized.
また、上述した増幅手段とＢＰＦとの各間にアイソレータをそれぞれ設け、かかるアイソレータが、増幅された信号光を後段のＢＰＦに向けて通すとともに、前段の増幅手段に対する信号光の反射光およびブリルアン散乱光の進入を阻止するように構成している。このため、増幅媒体である希土類添加光ファイバ、信号光源、および励起光源への信号光およびブリルアン散乱光の進入を防止でき、これによって、信号光源および励起光源の破損等を防止できるとともに、上述した励起エネルギーの浪費を確実に防止できる光ファイバ増幅装置を実現できる。 Further, an isolator is provided between each of the amplifying means and the BPF, and the isolator passes the amplified signal light toward the BPF at the subsequent stage, and the reflected light and Brillouin scattering of the signal light with respect to the preceding amplifying means. It is configured to prevent light from entering. For this reason, it is possible to prevent the signal light and the Brillouin scattered light from entering the rare-earth doped optical fiber, the signal light source, and the excitation light source, which are amplification media, thereby preventing the signal light source and the excitation light source from being damaged. It is possible to realize an optical fiber amplifying apparatus that can reliably prevent the waste of excitation energy.
さらに、信号光が伝搬する光ファイバの有効ファイバ長Ｌeffをより短くし、ＭＦＡの有効断面積Ａeffをより大きくし、または信号光のスペクトル線幅Δλをより広げることによって、上述したＳＢＳの閾値ＰCBを増大でき、これによって、ＳＢＳを抑制することができる。 Further, by reducing the effective fiber length L eff of the optical fiber through which the signal light propagates, increasing the effective area A eff of the MFA, or increasing the spectral line width Δλ of the signal light, the above-mentioned SBS The threshold value PCB can be increased, thereby suppressing SBS.
１ 光ファイバ増幅装置
２ 信号光源
３ 受光部
４ａ，４ｂ，１９，２０ａ〜２０ｃ，２１ａ〜２１ｃ 光ファイバ
５ ＦＢＧ部
６，９ａ，１２ａ，１５ａ アイソレータ
７ ＷＤＭカプラ
８，１０，１３ 希土類添加光ファイバ
９，１２，１５ フィルタモジュール
９ｂ，１２ｂ，１５ｂ ＢＰＦ
９ｃ，１２ｃ，１５ｃ ヒートシンク
９ｄ，９ｅ レンズ
１１，１４ 光合波器
１６，１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃ 励起光源
３１ コア層
３２ インナークラッド層
３３ アウタークラッド層
３４ 保護ポリマー層
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 光増幅系
DESCRIPTION OF
9c, 12c, 15c Heat sink 9d, 9e
Claims (13)
前記複数の増幅手段の各後段に設けられ、前記増幅手段によって増幅された信号光を通すとともに、この増幅された信号光によって発生したラマン散乱光を除去する複数のフィルタと、
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅装置。 A plurality of amplifying means for stepwise amplifying signal light using a rare earth-doped optical fiber;
A plurality of filters provided at each subsequent stage of the plurality of amplifying means, for passing the signal light amplified by the amplifying means, and for removing Raman scattered light generated by the amplified signal light;
An optical fiber amplifying device comprising:
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2005103379A JP2006286844A (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Optical fiber amplifying device |
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| JP2006286844A true JP2006286844A (en) | 2006-10-19 |
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Family Applications (1)
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009016804A (en) * | 2007-06-06 | 2009-01-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Light source apparatus |
| JP2011146581A (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Laser device |
| JP2012527017A (en) * | 2009-05-11 | 2012-11-01 | オーエフエス ファイテル，エルエルシー | System and method for cascaded Raman lasing at high power levels |
| WO2019077851A1 (en) * | 2017-10-20 | 2019-04-25 | 株式会社フジクラ | Fiber laser system and method |
| JP2020537758A (en) * | 2017-10-17 | 2020-12-24 | オプトスカンド エービー | Photoelectron collector |
-
2005
- 2005-03-31 JP JP2005103379A patent/JP2006286844A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009016804A (en) * | 2007-06-06 | 2009-01-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Light source apparatus |
| JP2012527017A (en) * | 2009-05-11 | 2012-11-01 | オーエフエス ファイテル，エルエルシー | System and method for cascaded Raman lasing at high power levels |
| JP2012527018A (en) * | 2009-05-11 | 2012-11-01 | オーエフエス ファイテル，エルエルシー | Cascade Raman fiber laser system based on filter fiber |
| JP2015084113A (en) * | 2009-05-11 | 2015-04-30 | オーエフエス ファイテル，エルエルシー | Cascaded raman fiber laser system based on filter fiber |
| JP2011146581A (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Laser device |
| JP2020537758A (en) * | 2017-10-17 | 2020-12-24 | オプトスカンド エービー | Photoelectron collector |
| JP7348167B2 (en) | 2017-10-17 | 2023-09-20 | オプトスカンド エービー | Optoelectronic assembly |
| WO2019077851A1 (en) * | 2017-10-20 | 2019-04-25 | 株式会社フジクラ | Fiber laser system and method |
| JP2019079849A (en) * | 2017-10-20 | 2019-05-23 | 株式会社フジクラ | Fiber laser system, method, and manufacturing method |
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