JP2508846B2 - 光増幅器および光増幅方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光通信、光計測、光情報等の分野における光
増幅方法に関する。

（従来の技術） 信号光を光電変換することなく直接増幅する光増幅器
は光通信の長距離化、大容量化、光交換システムの大規
模化、光情報処理の高度化等に非常に有効である。この
光増幅器の一種であるファイバ型光アンプは光ファイバ
伝送路との接続損が殆どないこと、偏光依存性が小さい
こと、低雑音であること等の点で光ファイバ伝送系にお
ける光増幅器として非常に適している。ファイバ型光ア
ンプには希土類元素を光ファイバにドープした希土類元
素を光ファイバにドープした希土類ドープ・光ファイバ
・アンプと、光ファイバの非線形性減少を利用して光増
幅を行う光ファイバ・ラマン・アンプおよび光ファイバ
・ブリュリアン・アンプとがある。希土類ドープ・光フ
ァイバ・アンプの中では、石英光ファイバの低損失波長
帯である1.5μｍ帯に利得を持ち、1.5μｍ帯半導体レー
ザを励起光源に使用でき、かつ高効率であるエルビウム
ドープ・光ファイバ・アンプが近年特に注目を集めてい
る。このエルビウム ドープ・光ファイバ・アンプに関
してはK.HAGIMOTOらにより‘A212km NON−REPEATED TRA
NSMISSION EXPERIMENT AT1.8Gb/sUSING LD PUMPED FIBE
R AMPLIFIERS IN AN IM/DIRECT−DETECTION REPEATER S
YSTEM',OFC'89 POSTDEADLINE PAPERS PDP15,1989年等の
文献に詳細に説明がなされている。

（発明が解決しようとする課題） 上記のファイバ型光アンプを用いて光増幅を行う場
合、ファイバ型光アンプを励起するため信号光と励起光
を多重してファイバ型光アンプに導入する必要がある。
そしてファイバ型光アンプ通過後の励起光は、光源や受
信器に影響を及ぼさないよう信号光と分離する必要があ
る。従来この励起光と信号光の多重および分離を損失な
く行うためには、波長多重・波長分離技術が用いられて
きた。

しかしファイバ型光アンプのなかには信号光と励起光
の波長が非常に近接しているものがある。例えばエルビ
ウムドープ・光ファイバ・アンプの場合、利得のピーク
波長は1.536μｍ付近であり、もっとも効率のよい励起
光波長は1.485μｍ付近である。このように信号光と励
起光の波長が非常に近接している場合、両者の多重およ
び分離を波長多重・波長分離によって行うのは、波長特
性が急峻でかつ低損失な波長フィルタが得にくい等の理
由で非常に困難である。従って本発明の目的は、ファイ
バ型光アンプを用いた光増幅において、信号光と励起光
の波長にかかわらず両者を高効率で多重および分離する
ことのできる光増幅方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の光増幅器は、２つの入力ポートから入力した
光をそれぞれ直交する２つの偏光方向に分離し、直交し
た偏光成分同士を多重する偏光多重器と、該偏光多重器
の２つの出力ポートにそれぞれ接続されたファイバ型光
アンプと、該２つのファイバ型光アンプの出力光を２つ
の入力ポートで受け、この出力光を前記偏光多重器で分
離した偏光方向と同じまたは直交した偏光方向で分離
し、異なる入力ポートから入力した光の直交した偏光成
分同士を多重する偏光分離器とからなることを特徴とす
る。

また、信号光および励起光をそれぞれ直交する２つの
偏光方向に分離し、該分離した信号光および励起光の直
交した偏光成分同士を多重し、該２つの多重光を２つの
ファイバ型光アンプにそれぞれ入力して該２つのファイ
バ型光アンプの励起を行い、前記ファイバ型光アンプ透
過後の前記２つの多重光を偏光分離し、前記信号光同士
の直交した偏光成分、および前記励起光の直交した偏光
成分同士を合波して信号光と励起光の分離を行うことを
特徴とする光増幅方法である。

さらに、信号光の偏光分離を行い、該偏光分離された
信号光を２つのファイバ型光アンプにそれぞれ入力し、
励起光の偏光分離を行い、該偏光分離された励起光を前
記信号光の偏光方向と直交する側の前記２つのファイバ
型光アンプに前記信号光と逆方向から入力し、該２つの
ファイバ型光アンプの励起を行う、該２つのファイバ型
光アンプ透過後の偏光分離された信号光を合波し、前記
ファイバ型光アンプ透過後の偏光分離された励起光合を
波することを特徴光増幅方法である。

信号光および励起光をそれぞれ直交する２つの偏光方
向に分離し、該分離した信号光と第１の励起光の直交し
た偏光成分同士を偏光多重し、該２つの多重光を２つの
ファイバ型光アンプにそれぞれ入力し、該ファイバ型光
アンプ透過後の前記２つの多重光を偏光分離し、前記信
号光の直交する成分同士および前記励起光の直交する成
分同士を合波して信号光と第１の励起光を分離し、第２
の励起光を直交する２つの偏光方向に分離し、第２の励
起光を前記信号光の偏光方向と直交する側の前記２つの
ファイバ型光アンプに前記多重光と逆方向から入力し、
前記第１の励起光と共に該２つのファイバ型光アンプの
励起を行い、該ファイバ型光アンプを透過した第２の励
起光を前記信号光光路から分離することを特徴とする光
増幅方法である。

（作用） 本発明によると信号光と励起光の多重及び分離は偏光
多重・分離によって行われる。第２図はこの偏光多重・
分離の方法を説明するための図である。まず信号光１と
励起光２を偏光多重器３の入力ポートである第１、第２
のポート4,5にそれぞれ入力し、偏光多重器３の出力ポ
ートである第3,第４のポート6,7から多重光8,9を出力す
ることによって信号光１と励起光２の偏光多重を行う。
このとき多重光８には信号光の水平偏光成分10と励起光
の垂直偏光成分11が多重されており、多重光９には信号
光の垂直偏光成分12と励起光の水平偏光成分13が多重さ
れている。

偏光多重３の第3,第４のポート6,7から出力された多
重光8,9はそれぞれファイバ型光アンプ14,15に入力され
る。多重光8,9中の信号光成分と励起光成分は互いに偏
光状態が直交しているが、ファイバ型光アンプ14,15の
増幅特性は信号光と励起光の偏光状態に存在しないの
で、このファイバ型光アンプ14,15によって多重光8,9中
の信号光成分が増幅される。

このファイバ型光アンプ14,15通過後の多重光8,9は偏
光分離器16の入力ポートである第5,第６のポート17,18
に入力される。偏光分離器16では偏光分離がおこなわ
れ、多重光８のうち信号光の水平偏光成分10は偏光分離
器16の第７のポート19から、励起光の垂直偏光成分11は
偏光分離器16の第８ポート20から出力される。また多重
光９のうち信号光の垂直偏光成分12は偏光分離器16の第
７のポート19から、励起光の水平偏光成分13は偏光分離
器16の第８のポート20から出力される。このように偏光
分離器の出力ポートである第７のポート19からは増幅後
の信号光21が出力され、第８のポート20からは励起後の
励起光22が出力され、信号光と励起光の分離か行われ
る。

なお信号光１の偏光状態によって信号光の水平偏光成
分10と信号光の垂直偏光成分12の強度や位相が変化す
る。しかしどちらの信号光成分もファイバ型光アンプ1
4,15によって等しい利得で増幅された後、偏光分離器16
において合波されるため、増幅後の信号光21の強度は信
号光１の偏光状態に係わらす一定となる。また偏光分離
器16における信号光の水平偏光成分10と信号光の垂直偏
光成分12の合波の際、両者は偏光状態が直交しているの
で両者がどのような位相関係にあっても干渉によりお互
いに打ち消し合ったりすることはない。従って本発明に
よれば信号光１の偏光状態にかかわらない光増幅を行う
ことができる。

また本発明によれば励起光を信号光と逆方向に多重す
ることもできる。すなわち第２図で励起光２を偏光多重
器３の第２のポート５に入力するのではなく偏光分離器
16の第８のポート20に入力することも可能である。この
場合単に励起光２の進行方向が逆になるだけであり、励
起光と信号光を同方向から入力した場合と同様に損失な
く励起光１と信号光２の偏光多重・分離を行うことがで
きる。この場合、信号光１と励起光２の分離が不十分で
あっても、信号光１の信号方向すなわち光受信機がある
方向に励起光２が漏れ込むことがないという利点があ
る。

さらに本発明によれば信号光と同方向および逆方向に
２つの励起光を多重することもできる。すなわち２つの
励起光を第２図における第２のポート５および第８のポ
ート20に同時に入力することも可能である。この場合も
励起光と信号光の無損失の偏光多重・分離が可能であ
り、しかもファイバ型光アンプ内に入力される励起光量
が増大するため利得を大きくすることができる。

（実施例） 第１図に本発明の第１の実施例の構成図を示す。第１
の実施例では偏光多重器３および偏光分離器16に偏光ビ
ームスプリッタを用い、ファイバ型光アンプ14,15とし
てエルビウムをドープした光ファイバ型光増幅器を用い
た。光ファイバ23,24によって送られてきた信号光１お
よび励起光２は、レンズ25,26によってコリメート光と
された後、偏光多重器３の第１及び第２のポート4,5に
それぞれ入力され、偏光多重される。本実施例では偏光
多重器３入力時の信号光１の波長は1.535μｍ、強度−3
0dBm、励起光２の波長は1.48μｍ、強度は＋13dBmであ
った。偏光多重器３の第３及び第４のポート6,7からは
信号光１と励起光２が偏光多重された多重光8,9が出力
され、この多重光8,9はレンズ27,28によって集光され、
ファイバ型光アンプ14,15に入力される。ただし偏光多
重器３に入力時の励起光２の偏光状態は、多重光8,9中
の励起光成分の強度が等しくなるよう偏光調整器29によ
って調整される。この偏光調整器29は1/2波長板と1/4波
長板を組み合せたもので、入力光を任意の偏光状態に調
整して出力することが可能である。多重光8,9中の信号
光成分はファイバ型光アンプ14,15によりいずれも15dB
増幅された。

このファイバ型光アンプ14,15通過後の多重光8,9はレ
ンズ30,31によってコリメート光とされた後、それぞれ
偏光分離器16の第5,第６のポート17,18に入力される。
ただし多重光８の偏光状態は、第７のポート19から多重
光８中の信号光成分のみが出力されるよう偏光調整器32
によって調整される。このとき多重光８中の励起光成分
は、信号光成分と直交偏光状態にあるため第８のポート
20から出力される。同様に多重光９の偏光状態は、多重
光９中の信号光成分が第７のポート19から出力され、励
起光成分が第８のポート20から出力されるよう偏光調整
器33によって調整される。このようにして第７のポート
19から増幅後の信号光21が出力され、第８のポート20か
らは励起後の励起光22が出力される。この増幅後の信号
光21はレンズ34によって集光され伝送路である光ファイ
バ53に入力される。このとき第７のポート19に増幅後の
信号光21と共に出力された励起光成分の強度は−40dBm
以下の非常に低いレベルに抑えられた。

第３図に本発明の第２実施例の構成図を示す。第２の
実施例では偏光多重器３および偏光分離器16にファイバ
カプラ型の偏光ビームスプリッタを用い、ファイバ型光
アンプ14,15として偏光保存光ファイバにエルビウムを
ドープした光ファイバ型光増幅器を使用した。また励起
光２は信号光１と進行方向が逆になるよう多重した。第
３図において、光ファイバ23中を伝送されてきた信号光
１は光ファイバカプラ形の偏光多重器３の第１のポート
４に入力され、第3,第４のポート6,7から信号光の水平
偏光成分10、信号光の垂直偏光成分12がそれぞれ出力さ
れる。また光ファイバ36中を伝送されてきた励起光２は
ファイバカプラ型の偏光分離器16の第８のポート20に入
力され、第5,第６のポート17,18から励起光の垂直偏光
成分11、励起光の水平偏光成分13がそれぞれ出力され
る。光ファイバ36としては偏光保存光ファイバが用いら
れており、励起光の垂直偏光成分11と励起光の水平偏光
成分13の強度が等しくなるようひねり角が調整された後
に第８のポート20とスプライスにより接続されている。
偏光多重器３の第３、第４のポート6,7と偏光分離器16
の第５、第６のポート17,18とは偏光保存光ファイバ性
のファイバ型光アンプ14,15を介してスプライスによっ
て接続されている。ただしファイバ型光アンプ14中の信
号光の水平偏光成分10と励起光の垂直偏光成分11、およ
びファイバ型光アンプ15中の信号光の垂直偏光成分12の
励起光の水平偏光成分13の偏光状態がいずれも互いに直
交するよう、ファイバ型光アンプ14,15と第3,第4,第5,
第６のポート6,7,17,18との接続の際のひねり角が調整
される。このように接続されることにより信号光の水平
偏光成分10と信号光の垂直偏光成分12は偏光分離器16に
よって偏光多重され、第７のポート19から増幅後の信号
光21として出力される。また励起光の垂直偏光成分11と
励起光の水平偏光成分13は偏光多重器３で多重され、励
起後の励起光22として第２のポート５から出力される。
本実施例の場合も第１の実施例と同様、波長1.48μｍ、
強度＋13dBmの励起光２を用いて波長1.535μｍ、強度−
30dBmの信号光１を15dB増幅することができた。

第４図に本発明の第３実施例の構成図を示す。第２実
施例では信号光と逆方向の励起光を多重したが、第３の
実施例はさらに信号光と同方向の励起光を同時に多重し
たものである。第３の実施例では第２の実施例と同様、
偏光多重器３および偏光分離器16にファイバカプラ型の
偏光ビームスプリッタを用い、ファイバ型光アンプ14、
15として偏光保存光ファイバにエルビウムをドープした
光ファイバ型光増幅器を使用した。光ファイバ24、36に
よって伝送されてきた第1,第２の励起光37,38はそれぞ
れ第2,第８のポート5,20に入力される。ここで光ファイ
バ24,36は偏光保存光ファイバであり、第2,第８のポー
ト5,20との接続の際、ファイバ型光アンプ14,15におけ
る第１および第２の励起光37,38に強度がそれぞれ等し
くなるようひねり角が調整される。また第２の実施例と
同様、ファイバ型光アンプ14,15と第３、第４、第５、
第６のポート6,7,17,18との接続の際のひねり角は、信
号光１が第７のポート19のみから出力されるよう調整さ
れる。このとき第２のポート３から入力された第１の励
起光37は、第１の励起後の励起光39として第８のポート
20から出力される。また第８のポート20から入力された
第２の励起光38は、第２の励起後の励起光40として第２
のポート３から出力される。これら第1,2の励起後の励
起光39,40が励起光光源に戻らないよう、光ファイバ24,
36には光アイソレータ41,42がもうけてある。本実施例
の場合、励起光2,37の波長および強度はいずれも1.48μ
ｍ、＋13dBmであった。この２つの励起光2,37を用いて
ファイバ型光アンプ14,15を励起した結果、波長1.535μ
ｍ、強度−30dBmの信号光１を25dB増幅することができ
た。

以上本発明の３つの実施例を説明したが、本発明はこ
れらの実施例に限定されるものではなく本発明の範囲内
で種々の変更が可能であることは言うまでもない。例え
ば第１の実施例では多重光8,9中の励起光成分の強度が
等しくなるように励起光２の偏光状態を偏光調整器29で
調整した。これはファイバ型光アンプ14,15の利得に差
があると増幅後の信号光１の偏光状態によって変化して
しまうからである。しかしファイバ型光アンプ14,15の
増幅特性に差があったり、ファイバ型光アンプ14,15と
偏光多重器３、偏光分離器16の結合にバラ付きかあるば
あい、偏光調整器29で励起光２の偏光状態を調整しファ
イバ型光アンプ14,15の利得を変えることによって、ト
ータルでみた利得の偏光状態依存性をなくすことができ
る。また第１の実施例では偏光調整器29,32,33として波
長板を用いたものを使用したが、無論外の種類の偏光調
整器、例えば光ファイバに応力やひねりを加えることに
よって偏光状態を調整する光ファイバ型の偏光調整器を
使用することもできる。この場合ファイバ型光アンプ1
4,15に応力やひねりを加えることで、ファイバ型光アン
プ14,15と偏光調整器32,33を一体化することができる。

また励起光強度を増大するために複数の光源の出力光
を波長多重あるいは偏光多重したものを励起光として用
いることも可能である。

さらに本発明の２つの実施例ではファイバ型光アンプ
14,15としてエルビウムをドープした光ファイバ型光増
幅器を用いたが、他のファイバ型光アンプを用いること
も無論可能である。

（発明の効果） 本発明ではファイバ型光アンプを用いた光増幅におけ
る使用光と励起光の多重を偏光多重・分離によって行っ
ている。従って本発明によれば信号光と励起光の波長に
かかわらず両者を高効率で多重および分離することがで
き、信号光を非常に高効率で増幅することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は本発
明の作用を説明するための図、第３図は本発明の第２の
実施例の構成図、第４図は本発明の第３の実施例の構成
図である。 各図において １…信号光、2,37…励起光、３…偏光多重器、4,5,6,7
…第１、第２、第３、第４のポート、8,9…多重光、10
…信号光の水平偏光成分、11…励起光の垂直偏光成分、
12…信号光の垂直偏光成分、13…励起光の偏光成分、1
4,15…ファイバ型光アンプ、16…偏光分離器、17,18,1
9,20…第５、第６、第７、第８のポート、21…増幅後の
信号光、22…励起後の励起光、23,24,35,36…光ファイ
バ、25,26,27,28,30,31,34…レンズ、29,32,33…偏光調
整器、37,38…第１、第２の励起光、39,40…第１、第２
の励起後の励起光、41,42…光アイソレータである。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの入力ポートから入力した光をそれぞ
   れ直交する２つの偏光方向に分離し、直交した偏光成分
   同士を多重する偏光多重器と、該偏光多重器の２つの出
   力ポートにそれぞれ接続されたファイバ型光アンプと、
   該２つのファイバ型光アンプの出力光を２つの入力ポー
   トで受け、この出力光を前記偏光多重器で分離した偏光
   方向と同じまたは直交した偏光方向で分離し、異なる入
   力ポートから入力した光の直交した偏光成分同士を多重
   する偏光分離器とからなることを特徴とする光増幅器。
2. 【請求項２】信号光および励起光をそれぞれ直交する２
   つの偏光方向に分離し、該分離した信号光および励起光
   の直交した偏光成分同士を多重し、該２つの多重光を２
   つのファイバ型光アンプにそれぞれ入力して該２つのフ
   ァイバ型光アンプの励起を行い、前記ファイバ型光アン
   プ透過後の前記２つの多重光を偏光分離し、前記信号光
   同士の直交した偏光成分、および前記励起光の直交した
   偏光成分同士を合波して信号光と励起光の分離を行うこ
   とを特徴とする光増幅方法。
3. 【請求項３】信号光の偏光分離を行い、該偏光分離され
   た信号光を２つのファイバ型光アンプにそれぞれ入力
   し、励起光の偏光分離を行い、該偏光分離された励起光
   を前記信号光の偏光方向と直交する側の前記２つのファ
   イバ型光アンプに前記信号光と逆方向から入力し、該２
   つのファイバ型光アンプの励起を行い、該２つのファイ
   バ型光アンプ透過後の偏光分離された信号光を合波し、
   前記ファイバ型光アンプ透過後の偏光分離された励起光
   を合波することを特徴とする光増幅方法。
4. 【請求項４】信号光および励起光をそれぞれ直交する２
   つの偏光方向に分離し、該分離した信号光と第１の励起
   光の直交した偏光成分同士を偏光多重し、該２つの多重
   光を２つのファイバ型光アンプにそれぞれ入力し、該フ
   ァイバ型光アンプ透過後の前記２つの多重光を偏光分離
   し、前記信号光の直交する成分同士および前記励起光の
   直交する成分同士を合波して信号光と第１の励起光を分
   離し、第２の励起光を直交する２つの偏光方向に分離
   し、第２の励起光を前記信号光の偏光方向と直交する側
   の前記２つのファイバ型光アンプに前記多重光と逆方向
   から入力し、前記第１の励起光と共に該２つのファイバ
   型光アンプの励起を行い、該ファイバ型光アンプを透過
   した第２の励起光を前記信号光光路から分離することを
   特徴とする光増幅方法。