JP3453301B2 - 能動型光ファイバ及び光ファイバ増幅器 - Google Patents
能動型光ファイバ及び光ファイバ増幅器Info
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Description
プした能動型光ファイバ及び光ファイバ増幅器に関し、
特に、能動型光ファイバに入射される励起光の変換効率
を高くして光増幅特性の向上を図った能動型光ファイバ
及び光ファイバ増幅器に関する。
信号を電気信号に変換し、タイミング再生(retiming)、
波形等化(reshaping) 及び識別再生(regenerating)を行
う光再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現
在では光ファイバ増幅器の実用化が進み、光ファイバ増
幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検
討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換え
ることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信
頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれ
る。
る方法のひとつとして、1つの伝送路に2つ以上の異な
る波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重(WD
M)光伝送方式が注目されている。WDM光伝送方式と
光増幅中継伝送方式を組み合わせたWDM光増幅中継伝
送方式においては、光ファイバ増幅器を用いて2つ以上
の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可
能であり、簡素な構成による経済的で大容量かつ長距離
の光伝送が可能である。
励起)の基本的な構成の一例を示す。図31において、
励起光源1から出力される励起光Lpは、合波器2にお
いて入力端子T1からの信号光Lsと合波されて、図で
太線で示す能動型光ファイバ3の一端に入射される。能
動型光ファイバ3は、例えばエルビウム等の希土類元素
をドープした光ファイバである。この能動型光ファイバ
3を用いた光ファイバ増幅器を非飽和動作させると、平
坦な利得波長特性を得ることができ、大容量伝送を実現
できる。
は、非飽和動作させる場合に、能動型光ファイバ3に入
射された励起光パワーの一部だけが希土類元素を励起す
るのに用いられ、大量の励起光パワーが能動型光ファイ
バの後方側に漏れてしまう。具体的には、能動型光ファ
イバに入射された励起光パワーのうちの約70%が能動
型光ファイバ3を通過してしまい、希土類元素の励起に
は励起光パワーの約30%しか使用されない場合があ
る。このため、従来の光ファイバ増幅器では励起効率が
悪いとういう欠点があった。
ファイバ増幅器として、例えば、U.S.Patent5,138,483
号明細書で公知のものなどがある。この従来の光ファイ
バ増幅器の構成を図32に示す。図32において、励起
効率を向上させた光ファイバ増幅器は、図31に示した
光ファイバ増幅器について、能動型光ファイバ3の後方
側(励起光の入射端とは反対側の他端の外側)に、励起
光Lpは反射し、かつ、信号光Lsは透過する光反射器
4を付加したものである。この付加された光反射器4に
よって、励起光Lpが反射されて能動型光ファイバ3内
を1往復するようになり、励起効率の改善が図られる。
具体的には、入射された励起光パワーの約50%が希土
類元素の励起に使用されるようになる。
起効率の向上を図った従来の光ファイバ増幅器であって
も、励起光パワーの残りの約50%が依然として有効に
は使用されていない。また、付加された光反射器4の挿
入損失や、能動型光ファイバ3と光反射器4を接続する
接続部における損失などにより、光ファイバ増幅器から
出力される信号光Lsのパワーが低下して、励起効率が
悪くなってしまう可能性もある。
で、励起光が能動型ファイバ内を2回以上往復するよう
にして励起光パワーの変換効率を高め、さらなる高出力
化を図った光ファイバ増幅器を提供するとともに、励起
光を2回以上往復させる機能を備えた能動型光ファイバ
を提供することを目的とする。
ファイバ増幅器の1つの態様は、予め設定した繰り返し
周波数の信号を発生する信号発生手段と、該信号発生手
段からの信号に基づいて中心波長が周期的に変化する励
起光を発生する励起光発生手段と、希土類元素をドープ
した能動型光ファイバと、前記励起光発生手段から出力
される励起光を前記能動型光ファイバの一端に入射させ
る励起光入射手段と、前記励起光発生手段から前記能動
型光ファイバの一端に至る光路中に挿入され、前記励起
光の波長変化範囲よりも狭い透過波長帯域を有し、該透
過波長帯域の透過中心波長が、前記信号発生手段からの
信号を基に前記励起光の中心波長に一致するように変化
する透過中心波長可変型光フィルタと、前記能動型光フ
ァイバの他端に設けられ、励起光を反射し、かつ、信号
光を透過する励起光反射手段と、を備え、前記能動型光
ファイバに入射し前記励起光反射手段で反射した励起光
が、前記透過中心波長可変型光フィルタにおいて少なく
とも1回反射されるように、前記励起光の中心波長及び
前記透過中心波長可変型光フィルタの透過中心波長が変
化する構成としたものである。
変化する励起光が励起光発生手段で発生して、励起光入
射手段の前段または後段に挿入された透過中心波長可変
型光フィルタに送られる。透過中心波長可変型光フィル
タでは、透過中心波長が信号発生手段からの信号を基に
励起光の中心波長に一致して周期的に変化するため、発
生直後の励起光は透過中心波長可変型光フィルタを透過
して能動型光ファイバの一端に入射する。能動型光ファ
イバに入射した励起光は、能動型光ファイバの他端に設
けられた励起光反射手段で反射し、能動型光ファイバ内
を1往復して再び透過中心波長可変型光フィルタに戻
る。このときの透過中心波長可変型光フィルタの透過中
心波長は、1往復した励起光の中心波長とは異なる値に
変化している。このため能動型光ファイバ内を往復した
励起光は、透過中心波長可変型光フィルタで反射して、
さらに能動型光ファイバ内を往復し、透過中心波長可変
型光フィルタの透過中心波長が1周期を経過して同じ波
長となるまで能動型光ファイバ内に閉じ込められる。1
周期経過時に励起光が透過中心波長可変型光フィルタに
到達すると、能動型光ファイバ内を2回以上往復して光
パワーが小さくなった励起光が透過中心波長可変型光フ
ィルタを通過して能動型光ファイバの外に出され、代わ
りに新たな励起光が透過中心波長可変型光フィルタを通
過して能動型光ファイバ内に入射される。このように励
起光が能動型光ファイバ内を2回以上往復することで、
希土類元素が励起光により非常に高い変換効率で励起状
態とされる。そして、能動型光ファイバに信号光が入射
されると、その信号光は誘導放出作用により増幅され励
起光反射手段を通過して外部に出力される。したがっ
て、光ファイバ増幅器の高出力化が図られるようにな
る。
て、前記透過中心波長可変型光フィルタは、前記透過中
心波長が前記励起光の中心波長に同期し、かつ、同相の
関係で変化するようにしてもよく、特に、励起光の中心
波長及び透過中心波長可変型光フィルタの透過中心波長
の時間変化を鋸波形に設定するのが好ましい。また、前
記能動型光ファイバは、励起光の波長変化範囲よりも狭
い透過波長帯域を有し、該透過波長帯域の透過中心波長
が可変で、かつ、信号光を透過する透過中心波長可変型
の回折格子が前記一端の近傍に配置された光フィルタ領
域を備え、該光フィルタ領域が、前記透過中心波長可変
型光フィルタとして機能するようにしてもよい。さら
に、前記光フィルタ領域は、光ファイバの長手方向に直
列接続され、互いの反射中心波長の間に所定の波長差を
有する2つの反射中心波長可変型の回折格子を備えるよ
うにすることもできる。
で、透過中心波長可変型光フィルタの挿入損失や接続損
失がなくなり、励起光の変換効率をより高くすることが
できるようになる。加えて、複数の回線に対応した光フ
ァイバ増幅器において、前記能動型光ファイバ、前記励
起光入射手段、前記透過中心波長可変型光フィルタ及び
前記励起光反射手段が、前記複数の回線毎にそれぞれ設
けられ、前記信号発生手段が、前記予め設定した繰り返
し周波数の信号を前記励起光発生手段及び前記各透過中
心波長可変型光フィルタにそれぞれ送り、前記励起光発
生手段が、前記励起光を前記各励起光入射手段にそれぞ
れ送る構成としてもよい。
り回線等の複数の回線に対応した光ファイバ増幅器につ
いても、各回線に対応した能動型光ファイバ内を励起光
が2回以上往復するようになるため、複数の回線につい
ての高出力化を同時に図ることが可能になる。また、本
発明に係る光ファイバ増幅器の他の態様は、予め設定し
た繰り返し周波数の信号を発生する信号発生手段と、該
信号発生手段からの信号に基づいて中心波長が周期的に
変化する励起光を発生する励起光発生手段と、希土類元
素をドープした能動型光ファイバと、前記励起光発生手
段から出力される励起光を前記能動型光ファイバの一端
に入射させる励起光入射手段と、前記励起光発生手段か
ら前記能動型光ファイバの一端に至る光路中に挿入さ
れ、前記励起光の波長変化範囲よりも狭い反射波長帯域
を有し、該反射波長帯域の反射中心波長が、前記信号発
生手段からの信号を基に前記励起光の中心波長と互いに
異なるように変化する反射中心波長可変型光フィルタ
と、前記能動型光ファイバの他端に設けられ、励起光を
反射し、かつ、信号光を透過する励起光反射手段と、を
備え、前記能動型光ファイバに入射し前記励起光反射手
段で反射した励起光が、前記反射中心波長可変型光フィ
ルタにおいて1回反射されるように、前記励起光の中心
波長及び前記反射中心波長可変型光フィルタの反射中心
波長が変化する構成としたものである。
変化する励起光が励起光発生手段で発生して、励起光入
射手段の前段または後段に挿入された反射中心波長可変
型光フィルタに送られる。反射中心波長可変型光フィル
タでは、反射中心波長が信号発生手段からの信号を基に
励起光の中心波長と互いに異なるように周期的に変化
し、その反射中心波長と異なる中心波長の励起光が反射
中心波長可変型光フィルタを透過して能動型光ファイバ
の一端に入射する。能動型光ファイバに入射した励起光
は、能動型光ファイバの他端に設けられた励起光反射手
段で反射し、能動型光ファイバ内を1往復して再び反射
中心波長可変型光フィルタに戻る。このときの反射中心
波長は、1往復した励起光の中心波長と同じ値に変化し
ているため、その励起光は反射中心波長可変型光フィル
タで反射して、さらに能動型光ファイバ内を往復する。
励起光が再び反射中心波長可変型光フィルタに到達する
と1周期が経過して、2往復して光パワーが小さくなっ
た励起光が反射中心波長可変型光フィルタを通過して能
動型光ファイバの外に出され、代わりに新たな励起光が
反射波長可変型光フィルタを通過して能動型光ファイバ
内に入射される。このように励起光が能動型光ファイバ
内を2回往復することで、希土類元素が励起光により高
い変換効率で励起状態とされる。そして、能動型光ファ
イバに信号光が入射されると、その信号光は誘導放出作
用により増幅され励起光反射手段を通過して外部に出力
される。したがって、光ファイバ増幅器の高出力化が図
られるようになる。
て、前記反射中心波長可変型光フィルタは、前記反射中
心波長が前記励起光の中心波長に同期し、かつ、逆相の
関係で変化するようにしてもよい。また、前記信号発生
手段は、前記反射中心波長可変型光フィルタ及び前記励
起光反射手段の間を前記励起光が往復するのに要する時
間の逆数に等しい繰り返し周波数の信号を発生するよう
にする。さらに。励起光の中心波長及び反射中心波長可
変型光フィルタの反射中心波長の時間変化を方形波形ま
たは正弦波形とするのが好ましい。
波長変化範囲よりも狭い反射波長帯域を有し、該反射波
長帯域の反射中心波長が可変で、かつ、信号光を透過す
る反射中心波長可変型の回折格子が前記一端の近傍に配
置された光フィルタ領域を備え、該光フィルタ領域が、
前記反射中心波長可変型光フィルタとして機能するよう
にしてもよい。
で、反射中心波長可変型光フィルタの挿入損失や接続損
失がなくなり、励起光の変換効率をより高くすることが
できるようになる。さらに、複数の回線に対応した光フ
ァイバ増幅器において、前記能動型光ファイバ、前記励
起光入射手段、前記反射中心波長可変型光フィルタ及び
前記励起光反射手段が、前記複数の回線毎にそれぞれ設
けられ、前記信号発生手段が、前記予め設定した繰り返
し周波数の信号を前記励起光発生手段及び前記各反射中
心波長可変型光フィルタにそれぞれ送り、前記励起光発
生手段が、前記励起光を前記各励起光入射手段にそれぞ
れ送る構成としてもよい。
り回線等の複数の回線に対応した光ファイバ増幅器につ
いても、各回線に対応した能動型光ファイバ内を励起光
が2回往復するようになるため、複数の回線についての
高出力化を同時に図ることが可能になる。上述した各態
様の光ファイバ増幅器について、前記励起光発生手段の
具体的な構成としては次の4つの構成のいずれかとして
もよい。第1の励起光発生手段の構成は、励起光を発生
する励起光源と、前記信号発生手段からの信号に基づい
て、前記励起光源で発生する励起光の中心波長を変調す
る励起光変調回路と、を備えるものとする。
の異なる励起光を発生する複数の励起光源と、該各励起
光源からの励起光をそれぞれ入力し、少なくとも1つの
励起光を選択して出力可能な光スイッチと、前記信号発
生手段からの信号を基に前記光スイッチを駆動させる駆
動信号を発生する光スイッチ駆動回路と、を備えるもの
とする。
光発生手段は、中心波長の異なる励起光を発生する複数
の励起光源と、前記信号発生手段からの信号を基に前記
各励起光源の駆動状態を制御する励起光源駆動回路と、
前記各励起光源からの励起光をそれぞれ入力して前記励
起光入射手段へ出力する光カプラと、を備えるものとす
る。
の異なる2種類の励起光を発生する2つの励起光源と、
前記信号発生手段からの信号を基に前記各励起光源の駆
動状態を制御する励起光源駆動回路と、前記各励起光源
からの励起光を入力し波長合成して前記励起光入射手段
へ出力する波長多重カプラと、を備えるものとする。ま
た、上述した各態様の光ファイバ増幅器について、前記
能動型光ファイバは、励起光を反射し、かつ、信号光を
透過する回折格子が前記他端の近傍に配置された励起光
反射領域を備え、該励起光反射領域が、前記励起光反射
手段として機能するようにしてもよい。このような能動
型光ファイバを用いることで、光反射手段の挿入損失や
接続損失をなくして、励起光の変換効率を一層高くする
ことができるようになる。
としては、前記繰り返し周波数が100kHz以上で、
かつ、100MHz以下とするのが好ましい。また、本
発明に係る能動型光ファイバの1つの態様は、希土類元
素をドープした能動型光ファイバにおいて、入射される
励起光の波長変化範囲よりも狭い透過波長帯域を有し、
該透過波長帯域の透過中心波長が可変で、かつ、信号光
を透過する特性を備え、前記励起光の波長変化を示す外
部からの信号を基に、前記透過波長帯域の透過中心波長
を励起光の中心波長に一致するように変化させることの
できる透過中心波長可変型の回折格子が一端近傍に配置
された光フィルタ領域と、励起光を反射し、かつ、信号
光を透過する特性を備え、前記透過中心波長可変型の回
折格子との間で励起光を2回以上往復させることの可能
な回折格子が他端近傍に配置された励起光反射領域と、
を備えて構成されるものである。
他の態様としては、希土類元素をドープした能動型光フ
ァイバにおいて、入射される励起光の波長変化範囲より
も狭い反射波長帯域を有し、該反射波長帯域の反射中心
波長が可変で、かつ、信号光を透過する特性を備え、前
記励起光の波長変化を示す外部からの信号を基に、前記
反射波長帯域の反射中心波長を励起光の中心波長と互い
に異なるように変化させることのできる反射中心波長可
変型の回折格子が一端近傍に配置された光フィルタ領域
と、励起光を反射し、かつ、信号光を透過する特性を備
え、前記反射中心波長可変型の回折格子との間で励起光
を2回以上往復させることの可能な回折格子が他端近傍
に配置された励起光反射領域と、を備えて構成されるも
のである。
射された励起光が光フィルタ領域と励起光反射領域との
間で往復可能な構造となるため、励起光の変換効率の向
上を図ることができるようになる。
基づいて説明する。図1は、本発明の基本構成を示す第
1の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
図1において、本光ファイバ増幅器は、繰り返し周波数
foで発振する信号発生手段としての発振器10と、該
発振器10から出力される信号を入力し、中心波長が周
期的に変化する励起光Lpを発生する励起光発生手段と
しての励起光発生部11と、該励起光発生部11からの
励起光Lp及び入力端子T1からの信号光Lsを合波し
て出力する励起光入射手段としての合波器12と、該合
波器12の出力光を入力する透過中心波長可変の光フィ
ルタ13と、発振器10の出力信号を入力して光フィル
タ13の透過中心波長を変化させる制御信号を発生する
透過中心波長変調回路14と、光フィルタ13の出力光
が一端に入射される能動型光ファイバ15と、該能動型
光ファイバ15の他端と出力端子T2の間に接続される
励起光反射手段としての光反射器16と、を備えて構成
される。ここでは、光フィルタ13及び透過中心波長変
調回路14によって透過中心波長可変型光フィルタとし
ての機能が実現される。
される繰り返し周波数foの電気信号に応じて、中心波
長がλSからλLまで周期的に変化する励起光Lpを発
生する。繰り返し周波数foは、信号光Lsが能動型光
ファイバ15を通過する時間を考慮して、例えば100
kHz〜100MHz等とするのが望ましい。図2に
は、励起光Lpの中心波長成分のスペクトルを示し、図
3には、励起光Lpの中心波長の時間変化を示す。図の
ように、励起光Lpの中心波長は、鋸波形の時間変化を
示すものとする。即ち、励起光Lpの中心波長は、波長
λSから一定の割合で増加して波長λLに達すると瞬時
に波長λSに戻るといった一連の変化を周期Tで繰り返
す。この周期Tは、後述するように、能動型光ファイバ
15内で励起光Lpを往復させる回数及びそれに要する
時間に応じて適宜に設定される。また、励起光Lpの波
長帯としては、例えば、一般的な0.98μm帯や1.48μm
帯などを用いるものとする。
光を透過し、励起光Lpの波長帯については、所定の波
長範囲の励起光Lpのみを透過し、それ以外の波長の励
起光Lpを反射する特性を有する。ここでは、上記励起
光Lpを透過する所定の波長範囲(透過波長帯域)の中
心を光フィルタ13の透過中心波長λtとし、この透過
中心波長λtが、発振器10からの電気信号に応じて透
過中心波長変調回路14で生成された制御信号に従って
変化するものとする。図4及び図5には、励起光Lpの
波長帯に関する光フィルタ13の透過率及び反射率を示
す。図のように、光フィルタ13の透過中心波長λt
は、波長λSから波長λLまでの間で変化し、その時間
変化は、上記図3に示した励起光Lpの中心波長の時間
変化(鋸波形)に同期し、かつ、同相の関係にする。
ム等の希土類元素をドープした一般的なドープファイバ
である。この能動型光ファイバ15では、ドープされた
希土類元素が励起光Lpによって励起され、その誘導放
出作用により信号光Lsの増幅が行われる。光反射器1
6は、信号光Lsを透過し、励起光Lpを反射する特性
を有する。この光反射器16は、上述した従来の光ファ
イバ増幅器に付加された光反射器4と同様であり、励起
光発生部11から出力されるすべての波長の励起光Lp
を反射するものである。
する。本光ファイバ増幅器が起動されると、繰り返し周
波数foの電気信号が発振器10から励起光発生部11
及び透過中心波長変調回路14に出力される。この発振
器10からの電気信号に応じて、励起光発生部11で
は、中心波長が周期的に変化する励起光Lpが発生し、
透過中心波長変調回路14では、光フィルタ13の透過
中心波長λtを周期的に変化させる制御信号が発生す
る。励起光発生部11で発生した励起光Lpは、合波器
12を介して光フィルタ13に送られる。光フィルタ1
3では、透過中心波長λtが透過中心波長変調回路14
からの制御信号により制御される。これにより、励起光
Lpの中心波長と光フィルタ13の透過中心波長λtと
が一致して変化し、励起光Lpが能動型光ファイバ15
内を2回以上往復するようになる。
て、図6及び図7を用いて具体的に説明する。まず、図
6において実線で示すように、ここでは励起光Lpの中
心波長が、ある波長λ1となってから次に同じ波長λ
1’となるまでの1周期について考える。また、中心波
長λ1の励起光Lpが光フィルタ13に入射する時間を
Aとし、その励起光Lpが、光フィルタ13を透過し光
反射器16で反射して光フィルタ13まで戻ってきた時
間、即ち、励起光Lpが能動型光ファイバ15内を1往
復した時間をBとする。これと同様にして、中心波長λ
1の励起光Lpが能動型光ファイバ15内を2往復、3
往復及び4往復した時間をそれぞれC、D及びA’と
し、4往復目の時間A’で1周期が経過するものとす
る。さらに、時間B,C,Dにおける励起光Lpの中心
波長を、それぞれ波長λ2,λ3,λ4とする。
フィルタ13の透過中心波長λtが波長λ1となるた
め、中心波長λ1の励起光Lpは光フィルタ13を通過
して能動型光ファイバ15の一端に入射される。そし
て、中心波長λ1の励起光Lpは、図6に示したよう
に、能動型光ファイバ15内を伝播して光反射器16で
反射され、能動型光ファイバ15内を逆方向に伝播して
光フィルタ13に戻される。
フィルタ13の透過中心波長λtが波長λ2となるた
め、能動型光ファイバ15内を1回往復した中心波長λ
1の励起光Lpは、光フィルタ13で反射されて、再び
能動型光ファイバ15内を往復する。なお、このとき図
6の破線に示すように、中心波長λ2の励起光Lpが光
フィルタ13を通過して能動型光ファイバ15の一端に
入射される。また、時間C,Dにおいても、光フィルタ
13の透過中心波長λtが波長λ3,λ4となるため、
時間Bの場合と同様に、中心波長λ1の励起光Lpは光
フィルタ13で反射されて能動型光ファイバ15内をさ
らに往復することになる。
ように、光フィルタ13の透過中心波長λtが波長λ1
となるため、能動型光ファイバ15内を4回往復した中
心波長λ1の励起光Lpが、光フィルタ13を通過して
合波器12の方向に進む。またこのとき、新たな中心波
長λ1の励起光Lpが、光フィルタ13を通過して能動
型光ファイバ15の一端に入射される。これにより、能
動型光ファイバ15内を4往復して光パワーの低下した
中心波長λ1の励起光Lpが、十分な光パワーを持つ新
たな励起光Lpに交換される。
能動型光ファイバ15に入射されると、その励起光Lp
は周期Tが経過する間に能動型光ファイバ15内を4回
往復するようになるため、励起光の変換効率が非常に高
くなる。単純に計算すると、励起光Lpが能動型光ファ
イバ内を2回往復すると、入射励起光パワーの約75%
が希土類元素の励起に使用され、3回往復すると約87
%が使用され、4回往復すると約94%が使用されるよ
うになる。
れた能動型光ファイバ15に、入力端子T1から合波器
12及び光フィルタ13を介して信号光Lsが入射され
ると、その信号光Lsは、能動型光ファイバ15を通過
する間に誘導放出作用によって増幅され、光反射器16
を通過して出力端子T2から外部に出力される。このよ
うに本発明の基本構成を示す第1の実施形態では、透過
中心波長の可変な光フィルタ13を能動型光ファイバ1
5の一端に設け、その光フィルタ13の透過中心波長λ
tと励起光Lpの中心波長とを一致させて周期的に変化
させることによって、能動型光ファイバ15に入射され
た励起光Lpは、1周期が経過する間、能動型光ファイ
バ15内に閉じ込められ、ここでは能動型光ファイバ1
5内を4回往復するようになるため、励起光の変換効率
が非常に高くなって、光ファイバ増幅器の高出力化を図
ることが可能となる。
pが能動型光ファイバ15内を4回往復する場合につい
て説明したが、励起光の往復回数はこれに限られるもの
ではなく、2回以上の適切な回数で往復するように周期
Tを設定することで、従来の光ファイバ増幅器よりも高
い変換効率を達成できる。また、合波器12の出力端と
能動型光ファイバ15の一端との間に光フィルタ13を
接続する構成としたが、図8に示すように、光フィルタ
13は、励起光発生部11の出力端と合波器12の励起
光入力端との間に接続しても構わない。ただしこの場
合、励起光Lpは、合波器12及び能動型光ファイバ1
5内を2回以上往復するようになる。このため、合波器
12の通過による励起光Lpの損失が励起効率に影響を
及ぼすようなときには、合波器12と能動型光ファイバ
15の間に光フィルタ13を配置したほうがよい。
実施形態について説明する。図9は、第2の実施形態に
係る光ファイバ増幅器の構成を示す図である。ただし、
第1の実施形態の構成と同じ部分には同一の符号を付し
て説明を省略する。図9において、本光ファイバ増幅器
は、第1の実施形態で用いた透過中心波長の可変な光フ
ィルタ13に代えて、反射中心波長の可変な光フィルタ
23を用いたことを特徴とする。また、光フィルタの変
更に伴って、第1の実施形態で用いた励起光発生部11
及び透過中心波長変調回路に14代えて、励起光発生部
21及び反射中心波長変調回路24を使用する。上記以
外の構成は、第1の実施形態の構成と同様である。
される繰り返し周波数foの電気信号に応じて、中心波
長がλ1またはλ2のいずれかに周期的に変化する励起
光Lpを発生する。図10には、励起光Lpの中心波長
成分のスペクトルを示し、図11には、中心波長に対応
した励起光パワーの時間変化を示す。図のように、励起
光Lpの中心波長は、周期τでλ1とλ2を交互に繰り
返すものとする。ここでは中心波長の時間変化を方形波
としたが、正弦波としても構わない。また、周期τは、
後述するように、励起光Lpが能動型光ファイバ15内
で2回往復するのに要する時間に応じて適宜に設定され
る。さらに、励起光Lpの波長帯としては、例えば、一
般的な0.98μm帯や1.48μm帯などを用いるものとす
る。
光を透過し、励起光Lpの波長帯については、所定の波
長範囲の励起光Lpのみを反射し、それ以外の波長の励
起光Lpを透過する特性を有する。ここでは、上記励起
光Lpを反射する所定の波長範囲(反射波長帯域)の中
心を光フィルタ23の反射中心波長λrとし、この反射
中心波長λrが、発振器10からの電気信号に応じて反
射中心波長変調回路24で生成された制御信号に従って
変化するものとする。図12及び図13には、励起光L
pの波長帯に関する光フィルタ23の透過率及び反射率
を示す。図のように、光フィルタ23の反射中心波長λ
rは、波長λ1と波長λ2の間で交互に変化し、その時
間変化は、上記図11に示した励起光Lpの中心波長の
時間変化に同期し、波長λ1,λ2が逆相の関係にある
ものとする。
する。本光ファイバ増幅器が起動されると、繰り返し周
波数foの電気信号が発振器10から励起光発生部21
及び反射中心波長変調回路24に出力される。この発振
器10からの電気信号に応じて、励起光発生部21で
は、中心波長がλ1、λ2で交互に変化する励起光Lp
が発生し、反射中心波長変調回路24では、光フィルタ
23の反射中心波長λrを周期的に変化させる制御信号
が発生する。励起光発生部21で発生した励起光Lp
は、合波器12を介して光フィルタ23に送られる。光
フィルタ23では、反射中心波長λrが反射中心波長変
調回路24からの制御信号により制御される。これによ
り、励起光Lpの中心波長と光フィルタ23の反射中心
波長λrとが同期した逆相の関係で変化し、励起光Lp
が能動型光ファイバ15内を2回往復するようになる。
て、図14及び図15を用いて具体的に説明する。ま
ず、図14において実線で示すように、励起光Lpの中
心波長が波長λ1となってから次に同じ波長λ1’とな
るまでの1周期について考える。また、中心波長λ1の
励起光Lpが光フィルタ23に入射する時間をaとし、
その励起光Lpが、光フィルタ23を透過し光反射器1
6で反射して光フィルタ23まで戻ってきた時間、即
ち、励起光Lpが能動型光ファイバ15内を1往復した
時間をbとする。この時間bにおける励起光Lpの中心
波長はλ2である。また、中心波長λ1の励起光Lpが
能動型光ファイバ15内を2往復した時間をa’とし、
この時間a’で1周期が経過するものとする。
光フィルタ23の反射中心波長λrが波長λ2となるた
め、中心波長λ1の励起光Lpは光フィルタ23を通過
して能動型光ファイバ15の一端に入射される。そし
て、中心波長λ1の励起光Lpは、図14に示したよう
に、能動型光ファイバ15内を伝播して光反射器16で
反射され、能動型光ファイバ15内を逆方向に伝播して
光フィルタ23に戻される。
光フィルタ23の反射中心波長λrが波長λ1となるた
め、能動型光ファイバ15内を1回往復した中心波長λ
1の励起光Lpは、光フィルタ23で反射されて、再び
能動型光ファイバ15内を往復する。なお、このとき図
14の破線に示すように、中心波長λ2の励起光Lpが
光フィルタ23を通過して能動型光ファイバ15の一端
に入射される。
すように、光フィルタ23の反射中心波長λrが波長λ
2となるため、能動型光ファイバ15内を2回往復した
中心波長λ1の励起光Lpが、光フィルタ23を通過し
て合波器12の方向に進む。またこのとき、新たな中心
波長λ1の励起光Lpが、光フィルタ23を通過して能
動型光ファイバ15の一端に入射される。これにより、
能動型光ファイバ15内を2往復して光パワーの低下し
た中心波長λ1の励起光Lpが、十分な光パワーを持つ
新たな励起光Lpに交換される。
光Lpが能動型光ファイバ15に入射されると、その励
起光Lpは周期τが経過する間に能動型光ファイバ15
内を2回往復するようになるため、励起光の変換効率が
高くなり、入射励起光パワーの約75%が希土類元素の
励起に使用されるようになる。そして、高い変換効率で
励起状態とされた能動型光ファイバ15に、信号光Ls
が入射されると、その信号光Lsは、能動型光ファイバ
15を通過する間に誘導放出作用によって増幅され、光
反射器16を通過して出力端子T2から外部に出力され
る。
2の実施形態では、反射中心波長の可変な光フィルタ2
3を能動型光ファイバ15の一端に設け、その光フィル
タ23の反射中心波長λrと励起光Lpの中心波長とを
同期した逆相の関係で周期的に変化させることによっ
て、能動型光ファイバ15に入射された励起光Lpは、
1周期が経過する間に能動型光ファイバ15内を2回往
復するようになるため、励起光の変換効率が高くなっ
て、光ファイバ増幅器の高出力化を図ることが可能とな
る。
2の出力端と能動型光ファイバ15の一端との間に光フ
ィルタ23を接続する構成としたが、図16に示すよう
に、光フィルタ23は、励起光発生部21の出力端と合
波器12の励起光入力端との間に接続しても構わない。
ただしこの場合も上述したように、合波器12の通過に
よる励起光Lpの損失が励起効率に影響を及ぼすような
ときには、合波器12と能動型光ファイバ15の間に光
フィルタ23を配置したほうがよい。
態について説明する。まず、第3の実施形態では、上述
した第1の実施形態の基本構成について、上り回線及び
下り回線のそれぞれに対応させた構成を考える。図17
は、第3の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示
す図である。図17において、本光ファイバ増幅器は、
基本的に、透過中心波長可変の光フィルタを用いた上述
の基本構成を上り回線及び下り回線にそれぞれ対応させ
て2つ組み合わせたものである。具体的には、上下回線
に共通な構成として、発振器10及び励起光発生部11
を備え、また、上り回線に対応した構成として、合波器
121 、光フィルタ131 、透過中心波長変調回路14
1 、能動型光ファイバ151 及び光反射器161 を備
え、下り回線に対応した構成として、合波器12 2 、光
フィルタ132 、透過中心波長変調回路142 、能動型
光ファイバ152及び光反射器162 を備える。
光波長変調回路11Aと、励起光源11Bと、光カプラ
11Cと、を備える。励起光波長変調回路11Aは、発
振器10からの信号に応じて、上述の図3に示したよう
に、励起光源11Bで発生する励起光Lpの中心波長を
鋸波形に変化させる制御信号を発生する。この制御信号
に従って、励起光源11Bは、中心波長がλSからλL
まで周期Tで変化する励起光Lpを発生する。この励起
光Lpは、光カプラ11Cで2分岐されて、上り回線の
合波器121 及び下り回線の合波器122 に送られる。
上り回線及び下り回線のそれぞれにおいて、上述した第
1の実施形態の場合と同様の動作が行われる。即ち、各
光フィルタ131 ,132 の透過中心波長λt1 ,λt
2 が、励起光発生部11で発生する励起光Lpの中心波
長の変化に一致して変化することで、励起光Lpが各能
動型光ファイバ151 ,152 内を2回以上往復するよ
うになる。したがって、各回線での励起光の変換効率を
同時に高くすることができる。
中心波長可変の光フィルタを用いた基本構成を、上り回
線及び下り回線に対応させて組み合わせて光ファイバ増
幅器を構成したことによって、1台の光ファイバ増幅器
で上下回線両方の高出力化を図ることが可能となる。次
に、第4の実施形態について説明する。
形態の基本構成について、上り回線及び下り回線のそれ
ぞれに対応させた構成を考える。図18は、第4の実施
形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示す図である。図
18において、本光ファイバ増幅器は、基本的に、反射
中心波長可変の光フィルタを用いた上述の基本構成を上
り回線及び下り回線にそれぞれ対応させて2つ組み合わ
せたものである。具体的には、上下回線に共通な構成と
して、発振器10及び励起光発生部21を備え、また、
上り回線に対応した構成として、合波器121 、光フィ
ルタ231 、反射中心波長変調回路241 、能動型光フ
ァイバ151 及び光反射器161 を備え、下り回線に対
応した構成として、合波器12 2 、光フィルタ232 、
反射中心波長変調回路242 、能動型光ファイバ152
及び光反射器162 を備える。
光源21A,21Bと、光スイッチ21Cと、光スイッ
チ駆動回路21Dとを備える。励起光源21Aは、中心
波長λ1の励起光Lpを連続的に発生して光スイッチ2
1Cに送る。また、励起光源21Bは、中心波長λ2の
励起光Lpを連続的に発生して光スイッチ21Cに送
る。光スイッチ21Cは、光スイッチ駆動回路21Dか
らの駆動信号に従って切り替え動作し、励起光源21A
からの励起光Lpを合波器121 に送り、かつ、励起光
源21Bからの励起光Lpを合波器122 に送る状態
と、励起光源21Aからの励起光Lpを合波器122 に
送り、かつ、励起光源21Bからの励起光Lpを合波器
121 に送る状態とを周期τで繰り返す。光スイッチ駆
動回路21Dからの駆動信号は、発振器10から出力さ
れる電気信号に応じて生成される信号である。
射中心波長λr1 ,λr2 が、各反射中心波長変調回路
241 ,242 からの制御信号により、励起光発生部2
1から各合波器121 ,122 を介して送られてくる励
起光Lpの中心波長の変化に同期した逆相の関係となる
ように制御される。図19には、各回線に送られる励起
光Lpの中心波長と、各光フィルタ231 ,232 の反
射中心波長λr1 ,λr2 との関係を示す。
上り回線及び下り回線のそれぞれにおいて、上述した第
2の実施形態の場合と同様の動作が行われる。即ち、各
光フィルタ231 ,232 の反射中心波長λr1 ,λr
2 が、励起光発生部21から送られてくる励起光Lpの
中心波長の変化に対して、図19に示したように変化す
ることで、励起光Lpが各能動型光ファイバ151 ,1
52 内を2回往復するようになる。したがって、各回線
での励起光の変換効率を同時に高くすることができる。
中心波長可変の光フィルタを用いた基本構成を、上り回
線及び下り回線に対応させて組み合わせて光ファイバ増
幅器を構成することによっても、1台の光ファイバ増幅
器で上下回線両方の高出力化を図ることが可能となる。
なお、上記第3、4の実施形態では、2つの回線に対応
させた場合を説明したが、もちろん1つの回線に適用し
ても構わない。例えば図20には、第4の実施形態の構
成を1つの回線に対して提供した一例を示す。また、本
発明は3回線以上の場合にも上記の場合と同様にして応
用可能である。
第5の実施形態では、第4の実施形態の光ファイバ増幅
器について、励起光発生部に光カプラを用いた他の構成
例につてい説明する。図21は、第5の実施形態に係る
光ファイバ増幅器の構成を示す図である。図21におい
て、本光ファイバ増幅器は、第4の実施形態の構成につ
いて、光スイッチを備えた励起光発生部21に代えて、
光カプラを備えた励起光発生部21’を用いることを特
徴とする。その他の構成は、第4の実施形態の構成と同
様である。
21Eと、2つの励起光源21F,21Gと、光カプラ
21Hとから構成される。励起光源駆動回路21Eは、
発振器10からの電気信号に応じて、各励起光源21
F,21Gを交互に駆動する駆動信号を発生する。励起
光源21Fは、励起光源駆動回路21Eからの駆動信号
により中心波長λ1の励起光Lpを発生する。また、励
起光源21Gは、励起光源駆動回路21Eからの駆動信
号により中心波長λ2の励起光Lpを発生する。光カプ
ラ21Hは、2つの入力ポートと2つの出力ポートを有
し、各入力ポートに入力された励起光Lpを2つに分岐
してそれぞれの出力ポートから各合波器121 ,122
へ出力する。
射中心波長λr1 ,λr2 が、各反射中心波長変調回路
241 ,242 からの制御信号により、励起光発生部2
1’から各合波器121 ,122 を介して送られてくる
励起光Lpの中心波長の変化に同期した逆相の関係とな
るように制御される。図22には、各回線に送られる励
起光Lpの中心波長と、各光フィルタ231 ,232 の
反射中心波長λr1 ,λr2 との関係を示す。
た構成の光ファイバ増幅器によっても、各光フィルタ2
31 ,232 の反射中心波長λr1 ,λr2 が、励起光
発生部21’から送られてくる励起光Lpの中心波長の
変化に対して、図22のように変化することで、励起光
Lpが各能動型光ファイバ151 ,152 内を2回往復
するようになる。したがって、各回線での励起光の変換
効率を同時に高くすることができる。ただし、励起光発
生部21’から出力される各励起光Lpは、光カプラ2
1Hで2分岐されたものであるため、励起光発生部に光
スイッチを用いた場合と同等の励起光パワーを得るに
は、各励起光源21F,21Gの出力光パワーを大きく
する必要がある。
第6の実施形態では、第4の実施形態の光ファイバ増幅
器について、励起光発生部に波長多重(WDM)カプラ
を用いた他の構成例につてい説明する。図23は、第6
の実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成を示す図であ
る。図23において、本光ファイバ増幅器は、第4の実
施形態の構成について、光スイッチを備えた励起光発生
部21に代えて、WDMカプラを備えた励起光発生部2
1’’を用いることを特徴とする。その他の構成は、第
4の実施形態の構成と同様である。
路21Iと、2つの励起光源21J,21Kと、WDM
カプラ21Lとから構成される。励起光源駆動回路21
Iは、発振器10からの電気信号に応じて、各励起光源
21J,21Kを交互に駆動する駆動信号を発生する。
各励起光源21J,21Kは、励起光源駆動回路21I
からの駆動信号により中心波長λ1の励起光Lp及び中
心波長λ2の励起光Lpを同時に発生する。WDMカプ
ラ21Lは、励起光源21Jが接続される第1入力ポー
ト及び励起光源21Kが接続される第2入力ポートと、
合波器121 が接続される第1出力ポート及び合波器1
22 が接続される第2出力ポートを有する。その伝達特
性は、第1入力ポートに中心波長λ1,λ2の光が入力
されると、中心波長λ1の光を第1出力ポートから出力
し、中心波長λ2の光を第2出力ポートから出力する。
また、第2入力ポートに中心波長λ1,λ2の光が入力
されると、中心波長λ1の光を第2出力ポートから出力
し、中心波長λ2の光を第1出力ポートから出力する。
各回線に送られる励起光Lpの中心波長と、各光フィル
タ231 ,232 の反射中心波長λr1 ,λr2 との関
係が、上記図22に示した関係と同様となり、励起光L
pが各能動型光ファイバ15 1 ,152 内を2回往復す
るようになる。したがって、各回線での励起光の変換効
率を同時に高くすることができる。ただし、励起光発生
部にWDMカプラを用いる場合、中心波長λ1,λ2の
励起光を同時に発生する励起光源21J,21Kが必要
となるため、励起光発生部に光スイッチを用いた場合の
方が励起光源の構成は簡略なものとなる。
の回線に対応させた場合を説明したが、1つの回線や3
回線以上の場合にも応用することができる。例えば図2
4、図25には、第5、6の実施形態の構成を1つの回
線に対して適用した一例を示す。次に、第7の実施形態
について説明する。
2の実施形態の光ファイバ増幅器について、能動型光フ
ァイバ15の両端に接続していた光フィルタ23及び光
反射器16の機能を、能動型光ファイバ15内に形成し
た回折格子(ファイバグレーティング)により実現した
場合について説明する。図26は、第7の実施形態に係
る光ファイバ増幅器の構成を示す図である。
は、第2の実施形態で用いた反射中心波長可変の光フィ
ルタ23及び光反射器16の代わりに、光フィルタ領域
としての光フィルタ部15A及び励起光反射領域として
の光反射部15Bを備えた能動型光ファイバ15’を用
いたことを特徴とする。その他の構成は、第2の実施形
態の構成と同様である。
ように、光ファイバの両端近傍に、回折格子であるファ
イバグレーティング15gが形成される。このファイバ
グレーティング15eは、例えば、光ファイバ内部のコ
アに対して外部から紫外線照射等を行うことにより、周
期的な屈折率変化を与えてフィルタ特性を持たせたもの
である。
心波長は、その屈折率に大きく依存する。したがって、
その屈折率を圧力、張力、音波、超音波、振動および温
度などによって変化させることにより、ファイバグレー
ティングの反射中心波長を可変することができる。ここ
では、能動型光ファイバの励起光入射側(図で左側)に
形成されたファイバグレーティング15eの周辺に、例
えば電極15e等を設けることで反射中心波長可変の光
フィルタ部15Aが構成される。この光フィルタ部15
Aは、所定の波長範囲の励起光Lpのみを反射する第2
の実施形態の光フィルタ23と同様の特性を持ち、その
反射中心波長λrが、電極15eに印加される反射中心
波長変調回路24からの制御信号に応じて変化する。
は反対側(図で右側)に形成されたファイバグレーティ
ング15eにより構成される光反射部15Bは、第2の
実施形態の光反射器16の特性と同様に、信号光Lsを
透過し、すべての波長の励起光Lpを反射する特性を有
する。上記のような能動型光ファイバ15’を用いた構
成の光ファイバ増幅器では、光フィルタ部15Aの反射
中心波長λrが、励起光発生部21から送られてくる励
起光Lpの中心波長の変化に同期した逆相の関係で変化
し、励起光Lpが光フィルタ部15Aと光反射部15B
の間で反射されて能動型光ファイバ15内を2回往復す
るため、第2の実施形態の場合と同様に励起光の変換効
率を高くすることができる。この効果に加えて、能動型
光ファイバ15’を用いることで、光フィルタ23や光
反射器16の挿入損失や接続損失がなくなるため、励起
光の変換効率をより高くすることができ、光ファイバ増
幅器の構成も簡略化される。
第8の実施形態では、例えば、上述した第1の実施形態
の光ファイバ増幅器について、能動型光ファイバ15の
両端に接続していた光フィルタ13及び光反射器16の
機能を、能動型光ファイバ15内に形成した回折格子
(ファイバグレーティング)により実現した場合につい
て説明する。
バ増幅器の構成を示す図である。図28に示すように、
本光ファイバ増幅器は、第1の実施形態で用いた透過中
心波長可変の光フィルタ13及び光反射器16の代わり
に、光フィルタ領域としての光フィルタ部15C及び励
起光反射領域としての光反射部15Bを備えた能動型光
ファイバ15’’を用いたことを特徴とする。その他の
構成は、第1の実施形態の構成と同様である。
すように、励起光入射側(図で左側)の一端近傍に、上
記第7の実施形態で能動型光ファイバ15’に形成した
反射中心波長可変の光フィルタ部15Aと同様の構成
を、光ファイバの長手方向に2つ直列に配置すること
で、透過中心波長の可変な光フィルタ部15Cを形成す
る。図30の透過特性図に示すように、直列に配置され
た2つの反射中心波長可変型光フィルタの各反射中心波
長λra,λrb間に所定の波長差を与えることにより、波
長λraと波長λrbの間に一定の波長範囲の透過領域が形
成され、この領域の中心が透過中心波長λtとなる。こ
の透過中心波長λtは、電極15eに印加される反射中
心波長変調回路14からの制御信号に応じて変化する。
能動型光ファイバの励起光入射側とは反対側(図で右
側)の他端近傍には、ファイバグレーティングを施した
上記第7の実施形態の場合と同様の光反射部15Bが形
成される。
いた構成の光ファイバ増幅器では、光フィルタ部15C
の透過中心波長λtが、励起光発生部21から送られて
くる励起光Lpの中心波長に一致して変化し、励起光L
pが、光フィルタ部15Aと光反射部15Bの間で反射
されて能動型光ファイバ15内を2回以上往復するよう
になり、加えて、光フィルタ23や光反射器16の挿入
損失や接続損失がなくなるため、励起光の変換効率を一
層高くすることができる。また、第1の実施形態の構成
に比べて光ファイバ増幅器の構成も簡略化できる。
中心波長λrまたは透過中心波長λtを制御するために
電極15eを設ける構成としたが、本発明はこれに限ら
ず、例えばヒータまたはクーラや、コイル、圧力素子な
どをファイバグレーティング15gの周辺に設けるよう
にしてもよい。また、第2または第1の実施形態につい
て、ファイバグレーティング等を形成した能動型光ファ
イバ15’または15’’を適用した場合を説明した
が、もちろん第4〜6の実施形態または第3の実施形態
に適用することもできる。さらに、能動型光ファイバに
形成されるファイバグレーティングは、その長手方向に
ついての反射中心波長及び単位長さあたりの反射率が、
均一であっても異なる値をとるようにしても構わない。
長手方向の反射中心波長または反射率を適宜に設定すれ
ば、光ファイバ増幅器の高出力化や雑音指数の低減を図
ることも可能である。
前方励起の場合の構成について説明したが、本発明は前
方励起に限らず、後方励起や双方向励起の場合にも応用
することが可能である。ただし、双方向励起の場合に
は、前方から供給される励起光の波長と後方から供給さ
れる励起光の波長とを異なる波長に設定し、それぞれの
方向の励起光に対応させて上述した実施形態の各構成を
設けるようにする。
バ増幅器によれば、励起光の中心波長を周期的に変化さ
せ、その変化に一致させて透過中心波長可変型光フィル
タの透過中心波長を変化させるようにしたことによっ
て、能動型光ファイバ内に入射された励起光が、透過中
心波長可変型光フィルタと励起光反射手段との間で反射
して能動型光ファイバ内を2回以上往復するようになる
ため、励起光の変換効率を非常に高くすることができ、
光ファイバ増幅器の高出力化を図ることが可能である。
また、反射中心波長可変型光フィルタを用い、その反射
中心波長を励起光の中心波長の変化と互いに異なるよう
に変化させても、励起光が能動型光ファイバ内を2回往
復するようになるため、励起光の変換効率を高くして光
ファイバ増幅器の高出力化を図ることができる。
の回線に対応させた構成も可能でああり、各回線につい
ての能動型光ファイバにおける励起光の変換効率を同時
に向上させることができる。加えて、能動型光ファイバ
の両端近傍に光フィルタ領域や励起光反射領域を設けた
ことにより、励起光を能動型光ファイバ内で2回はたは
それ以上往復させる機能を持つ能動型光ファイバが提供
できる。その能動型光ファイバを用いて光ファイバ増幅
器を構成すれば、光フィルタや励起光反射手段の挿入損
失及び接続損失が低減されるため、励起光の変換効率を
一層高くすることができる。
光ファイバ増幅器の構成図である。
分のスペクトルを示す図である。
時間変化を示す図である。
特性を示す図である。
特性を示す図である。
を説明する第1図である。
を説明する第2図である。
図である。
係る光ファイバ増幅器の構成図である。
成分のスペクトルを示す図である。
時間変化を示す図である。
過特性を示す図である。
射特性を示す図である。
作を説明する第1図である。
作を説明する第2図である。
す図である。
る。
る。
長と光フィルタの反射中心波長との関係を示す図であ
る。
す図である。
る。
長と光フィルタの反射中心波長との関係を示す図であ
る。
る。
である。
である。
る。
バの構成を示す図である。
る。
バの構成を示す図である。
透過特性を示す図である。
例を示す図である。
の構成の一例を示す図である。
1K…励起光源 11C,21H…光カプラ 15A…反射中心波長可変の光フィルタ部 15B…光反射部 15C…透過中心波長可変の光フィルタ部 15e…電極 15g…ファイバグレーティング 21C…光スイッチ 21D…光スイッチ駆動回路 21E,21I…励起光源駆動回路 21L…WDMカプラ
Claims (20)
- 【請求項1】予め設定した繰り返し周波数の信号を発生
する信号発生手段と、 該信号発生手段からの信号に基づいて中心波長が周期的
に変化する励起光を発生する励起光発生手段と、 希土類元素をドープした能動型光ファイバと、 前記励起光発生手段から出力される励起光を前記能動型
光ファイバの一端に入射させる励起光入射手段と、 前記励起光発生手段から前記能動型光ファイバの一端に
至る光路中に挿入され、前記励起光の波長変化範囲より
も狭い透過波長帯域を有し、該透過波長帯域の透過中心
波長が、前記信号発生手段からの信号を基に前記励起光
の中心波長に一致するように変化する透過中心波長可変
型光フィルタと、 前記能動型光ファイバの他端に設けられ、励起光を反射
し、かつ、信号光を透過する励起光反射手段と、を備
え、 前記能動型光ファイバに入射し前記励起光反射手段で反
射した励起光が、前記透過中心波長可変型光フィルタに
おいて少なくとも1回反射されるように、前記励起光の
中心波長及び前記透過中心波長可変型光フィルタの透過
中心波長が変化する構成としたことを特徴とする光ファ
イバ増幅器。 - 【請求項2】前記透過中心波長可変型光フィルタは、前
記透過中心波長が前記励起光の中心波長に同期し、か
つ、同相の関係で変化することを特徴とする請求項1記
載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項3】前記励起光の中心波長及び前記透過中心波
長可変型光フィルタの透過中心波長は、時間変化が鋸波
形であることを特徴とする請求項2記載の光ファイバ増
幅器。 - 【請求項4】前記能動型光ファイバは、励起光の波長変
化範囲よりも狭い透過波長帯域を有し、該透過波長帯域
の透過中心波長が可変で、かつ、信号光を透過する透過
中心波長可変型の回折格子が前記一端の近傍に配置され
た光フィルタ領域を備え、該光フィルタ領域が、前記透
過中心波長可変型光フィルタとして機能することを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光ファイバ
増幅器。 - 【請求項5】前記光フィルタ領域は、光ファイバの長手
方向に直列接続され、互いの反射中心波長の間に所定の
波長差を有する2つの反射中心波長可変型の回折格子を
備えたことを特徴とする請求項4記載の光ファイバ増幅
装置。 - 【請求項6】複数の回線に対応した光ファイバ増幅器に
おいて、 前記能動型光ファイバ、前記励起光入射手段、前記透過
中心波長可変型光フィルタ及び前記励起光反射手段が、
前記複数の回線毎にそれぞれ設けられ、 前記信号発生手段が、前記予め設定した繰り返し周波数
の信号を前記励起光発生手段及び前記各透過中心波長可
変型光フィルタにそれぞれ送り、 前記励起光発生手段が、前記励起光を前記各励起光入射
手段にそれぞれ送る構成としたことを特徴とする請求項
1〜5のいずれか1つに記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項7】予め設定した繰り返し周波数の信号を発生
する信号発生手段と、 該信号発生手段からの信号に基づいて中心波長が周期的
に変化する励起光を発生する励起光発生手段と、 希土類元素をドープした能動型光ファイバと、 前記励起光発生手段から出力される励起光を前記能動型
光ファイバの一端に入射させる励起光入射手段と、 前記励起光発生手段から前記能動型光ファイバの一端に
至る光路中に挿入され、前記励起光の波長変化範囲より
も狭い反射波長帯域を有し、該反射波長帯域の反射中心
波長が、前記信号発生手段からの信号を基に前記励起光
の中心波長と互いに異なるように変化する反射中心波長
可変型光フィルタと、 前記能動型光ファイバの他端に設けられ、励起光を反射
し、かつ、信号光を透過する励起光反射手段と、を備
え、 前記能動型光ファイバに入射し前記励起光反射手段で反
射した励起光が、前記反射中心波長可変型光フィルタに
おいて1回反射されるように、前記励起光の中心波長及
び前記反射中心波長可変型光フィルタの反射中心波長が
変化する構成としたことを特徴とする光ファイバ増幅
器。 - 【請求項8】前記反射中心波長可変型光フィルタは、前
記反射中心波長が前記励起光の中心波長に同期し、か
つ、逆相の関係で変化することを特徴とする請求項7記
載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項9】前記信号発生手段は、前記反射中心波長可
変型光フィルタ及び前記励起光反射手段の間を前記励起
光が往復するのに要する時間の逆数に等しい繰り返し周
波数の信号を発生することを特徴とする請求項7または
8記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項10】前記励起光の中心波長及び前記反射中心
波長可変型光フィルタの反射中心波長は、時間変化が方
形波または正弦波であることを特徴とする請求項7〜9
のいずれか1つに記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項11】前記能動型光ファイバは、励起光の波長
変化範囲よりも狭い反射波長帯域を有し、該反射波長帯
域の反射中心波長が可変で、かつ、信号光を透過する反
射中心波長可変型の回折格子が前記一端の近傍に配置さ
れた光フィルタ領域を備え、該光フィルタ領域が、前記
反射中心波長可変型光フィルタとして機能することを特
徴とする請求項7〜10のいずれか1つに記載の光ファ
イバ増幅器。 - 【請求項12】複数の回線に対応した光ファイバ増幅器
において、 前記能動型光ファイバ、前記励起光入射手段、前記反射
中心波長可変型光フィルタ及び前記励起光反射手段が、
前記複数の回線毎にそれぞれ設けられ、 前記信号発生手段が、前記予め設定した繰り返し周波数
の信号を前記励起光発生手段及び前記各反射中心波長可
変型光フィルタにそれぞれ送り、 前記励起光発生手段が、前記励起光を前記各励起光入射
手段にそれぞれ送る構成としたことを特徴とする請求項
7〜11のいずれか1つに記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項13】前記励起光発生手段は、励起光を発生す
る励起光源と、前記信号発生手段からの信号に基づい
て、前記励起光源で発生する励起光の中心波長を変調す
る励起光変調回路と、を備えて構成されたことを特徴と
する請求項1〜12のいずれか1つに記載の光ファイバ
増幅器。 - 【請求項14】前記励起光発生手段は、中心波長の異な
る励起光を発生する複数の励起光源と、該各励起光源か
らの励起光をそれぞれ入力し、少なくとも1つの励起光
を選択して出力可能な光スイッチと、前記信号発生手段
からの信号を基に前記光スイッチを駆動させる駆動信号
を発生する光スイッチ駆動回路と、を備えて構成された
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載
の光ファイバ増幅器。 - 【請求項15】前記励起光発生手段は、中心波長の異な
る励起光を発生する複数の励起光源と、前記信号発生手
段からの信号を基に前記各励起光源の駆動状態を制御す
る励起光源駆動回路と、前記各励起光源からの励起光を
それぞれ入力して前記励起光入射手段へ出力する光カプ
ラと、を備えて構成されたことを特徴とする請求項1〜
12のいずれか1つに記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項16】前記励起光発生手段は、中心波長の異な
る2種類の励起光を発生する2つの励起光源と、前記信
号発生手段からの信号を基に前記各励起光源の駆動状態
を制御する励起光源駆動回路と、前記各励起光源からの
励起光を入力し波長合成して前記励起光入射手段へ出力
する波長多重カプラと、を備えて構成されたことを特徴
とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の光ファイ
バ増幅器。 - 【請求項17】前記能動型光ファイバは、励起光を反射
し、かつ、信号光を透過する回折格子が前記他端の近傍
に配置された励起光反射領域を備え、該励起光反射領域
が、前記励起光反射手段として機能することを特徴とす
る請求項1〜16のいずれか1つに記載の光ファイバ増
幅器。 - 【請求項18】前記信号発生手段は、前記繰り返し周波
数が100kHz以上で、かつ、100MHz以下であ
ることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1つに記
載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項19】希土類元素をドープした能動型光ファイ
バにおいて、 入射される励起光の波長変化範囲よりも狭い透過波長帯
域を有し、該透過波長帯域の透過中心波長が可変で、か
つ、信号光を透過する特性を備え、前記励起光の波長変
化を示す外部からの信号を基に、前記透過波長帯域の透
過中心波長を励起光の中心波長に一致するように変化さ
せることのできる透過中心波長可変型の回折格子が一端
近傍に配置された光フィルタ領域と、 励起光を反射し、かつ、信号光を透過する特性を備え、
前記透過中心波長可変型の回折格子との間で励起光を2
回以上往復させることの可能な回折格子が他端近傍に配
置された励起光反射領域と、 を備えて構成されたことを特徴とする能動型光ファイ
バ。 - 【請求項20】希土類元素をドープした能動型光ファイ
バにおいて、 入射される励起光の波長変化範囲よりも狭い反射波長帯
域を有し、該反射波長帯域の反射中心波長が可変で、か
つ、信号光を透過する特性を備え、前記励起光の波長変
化を示す外部からの信号を基に、前記反射波長帯域の反
射中心波長を励起光の中心波長と互いに異なるように変
化させることのできる反射中心波長可変型の回折格子が
一端近傍に配置された光フィルタ領域と、 励起光を反射し、かつ、信号光を透過する特性を備え、
前記反射中心波長可変型の回折格子との間で励起光を2
回以上往復させることの可能な回折格子が他端近傍に配
置された励起光反射領域と、 を備えて構成されたことを特徴とする能動型光ファイ
バ。
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