JPH0311321A - 光増幅伝送回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバ中に希土類元素または遷移金属が
添加された光増幅用光ファイバを用いて長距離の光ファ
イバ伝送を実現する光増幅伝送回路に関するしのである
。

（従来の技術） 近年、Ｎｄ（ネオジム）、Ｅｒ（エルビウム）等の希土
類元素を添加した先ファイバ（以下、光増幅用光ファイ
バという）は、単一モード光ファイバレーザや光増幅器
として光通信や光センサへの応用が注目されており、こ
れらの応用例について多くの報告がある。

一例として、Ｅ「を添加した光増幅用光ファイバを用い
、波長１．４８μｍの半導体レーザを励起光源として、
波長ｌ、５４μｍの信号光を増幅した実験が報告されて
いる（Ｒ１，Ｍｅａｒｓ　ｅｆ　ａｌ；ＥＩｅｃｔｌｏ
ｎ、Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、２３．Ｉ）ｐ、１ＯＮ−１０
２９（１９８７）　　参照）。

また、最近では光増幅用光ファイバを伝送用単一モード
光ファイバの送信側と受信側に接続することによって、
送信レベル１ｏｄＢ、受信感度６ｄＢの改善により、１
．８０ｂｉｔ／ｓの２１２に、ｓ伝送に成功しており　
（ｋ、Ｈａｇｌｓｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ：ＯＰｃ’ｇ９．
ＰＤＩ５，１９１！９）、光増幅用光ファイバの長距離
光伝送に極めて効果的であることが確認されている。

ところで、このような光伝送系では、全て光ファイバに
て構成することにより、低損失化が実現されるので、シ
ステムの全光ファイバ化が検討されている。

第２図は、光増幅用光ファイバを用いた従来の全光ファ
イバ伝送システムの構成図である。第２図において、１
は伝送用半導体レーザモジュール、２ａ、２ｂは光増幅
用半導体レーザモジュール、３．４ａ、４ｂ、５はカッ
トオフ波長が１．１μｍ〜１．２μｍの標準化された単
一モード光ファイバ、６ａ、６ｂは波長合分波光ファイ
バカップラ、７ａ、７ｂはＥ「添加の光増幅用光ファイ
バ、８は伝送信号光のみを透過させるフィルタ、９は光
検出器で、単一モード光ファイバ５が伝送開先ファイバ
となっている。

また、第３図は、添加１度３ｏｏｐｐ−でＥｒ８添加し
た光増幅用光ファイバの損失特性と蛍光特性を示す図で
ある。第３図において、実線で示す曲線が損失特性を、
破線で示す曲線が蛍光特性をそれぞれ示している。

第３図から分かるように、光ファイバ通信に有望視され
ているＥ「添加の光増幅用光ファイバでは、波長【、５
５μｍ帯の光を増幅でき、光増幅用光（励起光）の波長
λｐとしては１．４７μｍ〜１．４９μｍが最も効率が
よく、この他、波長０．９８μｍ１０．８０７μｍが有
望な励起光の波長である。

このような構成において、伝送用半導体レーザモジュー
ル１から出射された、例えば、波長１．５５μｍ帯の伝
送信号光と、光増幅用半導体レーザモジュール２ａから
出射された、波長１、番８μｍ帯の励起光は、単一モー
ド光ファイバ３及び４ａをそれぞれ伝搬して、波長合分
波光ファイバカップラ６ａに入射し、ここで合波される
。

この合波された伝送信号光と励起光は、次に、光増幅用
光ファイバ７ａに入射する。これにより、伝送信号光は
、光増幅用光ファイバ７ａを伝搬中に増幅作用を受ける
。増幅された伝送信号光は、伝送用単一モード光ファイ
バ５に導波される。

次に、伝送用単一モード光ファイバ５を伝搬した伝送信
号光は、波長合分波光ファイバカップラ６ｂに入射する
。このとき、波長合分波光ファイバカップラ６ｂには、
光増幅用半導体レーザモジュール２ｂによる波長１，４
８μｍ帯の励起光が入射され、伝送信号光と励起光とが
合波される。この合波光１よ、次に、光増幅用光ファイ
バ７ｂに入射する。これにより、伝送信号光は、伝送用
単一モード光ファイバ５を伝搬中に受けた光損失分が補
ｒＭ（回復）され、フィルタ８に入射する。

フィルタ８は、伝送信号光のみを透過させ、励起光を遮
断し、伝送信号光のみが光検出器９にて受光され検出さ
れる。

このようにして、伝送信号光の長距離光ファイバ伝送が
行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来構成では、光増幅に用いる光源
は、光増幅用光ファイバの入力直前のみに、１個の波長
合分波光ファイバカップラを介して接続されているので
、光増幅用光源は１個になり、伝送用光ファイバ５の前
後の光増幅用光ファイバ７ａ、７ｂにおける光増幅度は
、１Ｏｄ８前後に留まっていた。このため、長距離の光
伝送には適用が困難であるという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、伝送信号光を光増幅用光ファイバを介して光
増幅し、低損失な長距離光ファイバ伝送あるいは光分配
形の加入者系光ファイバ伝送のシステムを実現できる光
増幅伝送回路を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）によれば、伝送
用の低損失単一モード光ファイバの両端に、希土類元素
または遷移金属が添加されてなる光増幅用光ファイバを
それぞれ配置した光増幅伝送回路において、前記各光増
幅用光ファイバの両端にそれぞれ接続した波長合分波光
ファイバカップラと、前記各光増幅用光ファイバ中で二
つの光増幅用光が互いに相対向して伝搬するように、前
記各波長全分枝光ファイバカップラにそれぞれ接続した
光増幅用半導体レーザと、前記伝送用光ファイバを中心
として外側のいずれか一方の波長合分波光ファイバカッ
プラに接続した伝送用半導体レーザとを備えた。

また、請求項（２）では、伝送用の低損失単一モード光
ファイバの両端に、希土類元素または遷移金属が添加さ
れてなる光増幅用光ファイバをそれぞれ配置した光増幅
伝送回路において、前記伝送用光ファイバの入力側では
、該伝送用光ファイバの入力端に向かって、伝送用半導
体レーザ、第１の波長合分波光ファイバカップラ、第２
の波長合分波光ファイバカップラ、光増幅用光ファイバ
を表記した順に接続し、前記伝送用光ファイバの出力側
では、該伝送用光ファイバの出力端に対して、第１の波
長合分波光ファイバカップラ、第２の波長合分波光ファ
イバカップラ、光増幅用光ファイバを表記した順に接続
し、さらに、前記各第１の波長合分波光ファイバカップ
ラに第１の光増幅用半導体レーザを接続するとともに、
前記各第２の波長合分波光ファイバカップラには前記第
１の光増幅用半導体レーザの波長とは異なる波長の第２
の光増幅用半導体レーザを接続し、かつ、前記第２の波
長合分波光ファイバカップラは、前記第１の波長合分波
光ファイバカップラにて合波された伝送信号光と前記第
１の光増幅用光ファイバカップラによる光増幅用光をほ
ぼ１００％透過させる機能を有するように構成した。

（作　用） 請求項（１）によれば、各光増幅用光ファイバの両端に
接続した光増幅用半導体レーザによる光増幅用光は、光
増幅用光ファイバ内を相対向して伝搬する。

これにより、伝送用半導体レーザから出射された伝送信
号光は、光増幅用光ファイバ内にて、二つの光増幅用光
に基づく増幅作用を受ける。このとき、伝送信号光は、
一つの光増幅用光に基づく増幅作用による増幅度に比べ
て、数倍の増幅度をもって、増幅作用を受ける。

請求項（２）によれば、伝送信号光は、各光増幅用光フ
ァイバの前段に配設した、二つの第１及び第２の光増幅
用半導体レーザモジュールによるそれぞれ異なる波長の
二つの光増幅用光と、第１さらに第２の波長合分波光フ
ァイバカップラを通過することにより合波される。

この合波光が、光増幅用光ファイバに導波されることに
より、伝送信号光は、二つの光増幅用光に基づく増幅作
用を受ける。このとき、伝送信号光は、一つの光増幅用
光に基づく増幅作用による増幅度に比べて、数倍の増幅
度をもって、増幅作用を受ける。

伝送信号光は、このような増幅作用を、伝送用光ファイ
バを伝搬前及び伝搬後に受ける。

（実施例１） 第１図は、本発明に係る光増幅伝送回路の第１の実施例
を示す構成図である。

第１図において、１１は伝送用半導体レーザモジュール
で、波長１．５５μｍの伝送信号光（以下、単に信号光
という）を出射する。

１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは光増幅用半導体レー
ザモジュールで、波長１．４８μｍの光増幅用光（以下
、励起光という）を出射する。

１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂは波長１．５５μｍ　
７１．４８μｍの波長合分波光ファイバカップラである
。

１６ａ、１６ｂはＥ「添加の光増幅用光ファイバで、耗
屈折率Δ−０．３％、コア径８μｍ５長さ４５ｍのパラ
メータを有し、Ｅｒの添加濃度はｓｏｐｐｍである。

１７は標準化された伝送用単一モード光ファイバ（以下
、伝送用光ファイバという）で、比屈折率Δ−０，３％
、コア径８μｍ、波長１．５５μｍの光に対する損失は
０．２５ｄＢ７　ｋｍ、長さ１５０　ｋｍのパラメータ
を有している。

１８は信号光のみを透過させるフィルタ、１９は光検出
器である。また、第１図中、ｒＸＪ印で示す部分は融着
接続部をそれぞれ示している。

第１図においては、伝送用光ファイバ１７の入力側（図
面に向かって左側）では、伝送用光ファイバ１７の一端
と波長合分波光ファイバカップラ１５ａの−の光入出射
側の一方の分岐端とが接続され、波長合分波光ファイバ
カップラ１５ａの−の光入出射側の他方の分岐端には、
光増幅用半導体レーザモジュール１３ａが接続されてい
る。波長合分波光ファイバカップラ１５ｓの他の光入出
射側の一方の分岐端には、光増幅用光ファイバ１６ａの
一端が接続され、光増幅用光ファイバ１６ａの他端には
、波長合分波光ファイバカップラ１４ａの−の先入出射
側の一方の分岐端が接続されている。さらに、波長合分
波光ファイバカップラ１４ａの他の光入出射側の一方の
分岐端には伝送用半導体レーザモジュール１１が接続さ
れ、他方の分岐端には光増幅用半導体レーザモジュール
１２ａが接続されている。

一方、伝送用光ファイバ１７の出力側（図面に向かって
右側）では、伝送用光ファイバ１７の他端と波長合分波
光ファイバカップラ１４ｂの−の先入出射側の一方の分
岐端とが接続され、波長合分波光ファイバカップラ１４
ｂの−の光入出射側の他方の分岐端には、光増幅用半導
体レーザモジュール１２ｂが接続されている。さらに、
波長合分波光ファイバカップラ１４ｂの他の光入出射側
の一方の分岐端には、光増幅用光ファイバ１６ｂの一端
が接続され、光増幅用光ファイバ１６ｂの他端には、波
長合分波光ファイバカップラ１５ｂの−の光入出射側の
一方の分岐端が接続されている。波長合分波光ファイバ
カップラ１５ｂの他の光入出射側の一方の分岐端にはフ
ィルタ１８が配置され、フィルタ１８の光透過側には光
検出器１９が配置されている。また、波長合分波光ファ
イバカップラ１５ｂの他の光入出射側の他方の分岐端に
は光増幅用半導体レーザモジュール１３ｂが接続されて
いる。

次に、波長１．５５μｍ　／１．４８μｍの波長合分波
光ファイバカップラの構造及びその特性について第４図
乃至第６図に基づいて説明する。

第４図は、２本の光ファイバを融着・延伸によって作製
した光ファイバカップラの構造図である。

第４図において、１４１，１４２は比屈折率Δ−０，３
％、コア径８μｍの単一モード光ファイバ、１４３は融
着・延伸部である。

このような構造の波長合分波光ファイバカップラの特性
は、Ｍ５図に示すように、過剰損失０．２ｄＢ、波長１
．５５μｍ　７１．４８　ａ　ｍのアイソレーションは
２０ｄＢである。また、第１図中、「×」印で示す１１
ケ所の融着接続部の平均損失は０．２３ｄＢ／　１ケ所
を示している。

なお、各光部品の端面反射の影響を防止するために、接
続されていない先ファイバカップラの端面、レーザモジ
ュールの端面、光検出器の端面ば数置傾斜されている。

このような構成にすることにより、伝送信号光は、光増
幅用光ファイバ１６ｇ、１６ｂ内において、順方向及び
反対方向の励起光（光増幅用光）によって、入力側で波
長１．５５μｍの光は１ＩｌｌｄＢの利得を、出力側で
２０ｄＢの利得を得た。これに対して、第２図に示す従
来の構成では、入力側で波長１．５５μｍの光は１２ｄ
Ｂの利得であり、出力側で１ＩｄＢの利得にすぎない。

なお、第１図の構成においては、励起光に、波長１．４
８μｍを用いているが、これに限定されるものではなく
、波長１．４８μｍと波長０．９８μｍのように異なる
波長の励起光の組合わせでも良い。

この場合、波長合分波光ファイバカップラ１４ａ、１４
ｂには、波長１．５５μｍ　／　１．４８ａ　ｍの波長
全分枝光ファイバカップラが、波長合分波光ファイバカ
ップラ１５ａ、１５ｂには、波長１．５５μｍ／　０．
９８μｍのモード変換兼用波長合分波光ファイバカップ
ラが用いられる。

また、使用している単一モード先ファイバのカットオフ
波長は１．２μｍであるから、波長０．９８μｍに対し
ては、多モードになっている。

このような単一モード光ファイバを多モード光ファイバ
を用いて融着・延伸形の光ファイバカップラを作製する
ときには、一方または両方の光ファイバを予め延伸し、
波長０．９８μｍに対して単一モード条件にした後、融
着・延伸して波長合分波光ファイバカップラとする。従
って、この波長全分枝光ファイバカップラは、モード変
換の機能も有することになる。

また、その特性は、第６図に示すように、過剰損失０．
２ｄＢ　、波長１．５５μｍ　／　０．９８μｍのアイ
ソレーションは２２ｄＢであった。

以上のように、本実施例によれば、光増幅用光ファイバ
１６ａ、１６ｂ内において、順方向と反対方向からの二
つの光増幅用光（励起光）にて、伝送信号光を増幅する
ことができるので、従来の構成に比べて、数倍の利得を
得ることができ、低損失な長距離光伝送システムを実現
できる。

（実施例２） 第７図は、本発明に係る光増幅伝送回路の第２の実施例
を示す構成図である。

第７図において、２１は伝送用半導体レーザモジュール
で、波長１．５５μｍの信号光を出射する。

２２ａ、２２ｂは第１の光増幅用半導体レーザモジュー
ルで、波長１，４８μｍの励起光を出射する。

２３ａ、２３ｂは第２の光増幅用半導体レーザモジュー
ルで、波長０．９８μｍの励起光を出射する。

２４ａ、２４ｂは波長１．５５μｒｒ＋／１．４８　ａ
　ｍの第１の波長合分波光ファイバカップラである。

２５ａ、２５ｂは１．４８μｍ　〜波長１．５５μｍ　
１０．９８μｍの第２の波長全分枝光ファイバカップラ
である。

２６ａ、２６ｂはＥ「添加の光増幅用光ファイバで、比
屈折率Δ−０，３％、コア径８μｍ１長さ４５ｍのパラ
メータを有し、Ｅｒの添加濃度はｓｏｐｐｍである。

２７は標準化された伝送用（単一モード）光ファイバで
、比屈折率Δ−０，３％、コア径８μｍ１波長１．５５
μｍの光に対する損失は０．２５ｄＢ／　ｋｍ、長さ１
５０　ｋｉＩのパラメータを有している。

２８は信号光のみを透過させるフィルタ、２９は光検出
器である。また、第１図中、ｒＸＪ印で示す部分は融着
接続部をそれぞれ示している。

第１図においては、伝送用光ファイバ２７の入力側（図
面に向かって左側）において、伝送用光ファイバ２７の
一端と光増幅用光ファイバ２６ａの一端とが接続され、
光増幅用光ファイバ２６ａの他端には、波長合分波光フ
ァイバカップラ２５ａの−の光入出射側の一方の分岐端
が接続されている。波長合分波光ファイバカップラ２５
ａの他の光入出射側の一方の分岐端には、光増幅用半導
体レーザモジュール２３ａが接続され、波長合分波光フ
ァイバカップラ２５ａの−の光入出射側の他方の分岐端
には波長合分波光ファイバカップラ２４ａの−の光入出
射側の一方の分岐端が接続されている。さらに、波長合
分波光ファイバカップラ２４ａの他の光入出射側の一方
の分岐端には、伝送用半導体レーザモジュール２１が接
続され、他方の分岐端には光増幅用半導体レーザモジュ
ール２２ａが接続されている。

一方、伝送用光ファイバ２７の出力側（図面に向かって
右側）において、伝送用光ファイバ２７の他端には波長
合分波光ファイバカップラ２４ｂの−の光入出射側の一
方の分岐端が接続され、波長合分波光ファイバカップラ
２４ｂの−の光入出射側の他方の分岐端には、光増幅用
半導体レーザモジュール２２ｂが接続されている。さら
に、波長合分波光ファイバカップラ２４ｂの他の光入出
射側の一方の分岐端には、波長合分波光ファイバカップ
ラ２５ｂの−の光入出射側の一方の分岐端が接続され、
波長合分波光ファイバカップラ２５ｂの−の光入出射側
の他方の分岐端には、光増幅用半導体レーザモジュール
２３ｂが接続されている。波長合分波光ファイバカップ
ラ２５ｂの他の光入出射側の一方の分岐端には、光増幅
用光ファイバ２６ｂの一端が接続され、光増幅用光ファ
イバ２６ｂの他端にはフィルタ２８が配置され、フィル
タ２８の光透過側には、光検出器２９が配置されている
。

この構成において、波長１．５５μｍ　／　１．４８μ
ｍの第１の波長合分波光ファイバカップラ２４ａ、２４
ｂは、第５図に示した特性と同等の特性を有する。

これに対して、波長１．４８μｍ〜１，５５μｍ　／　
０．９８μｍの第２の波長合分波光ファイバカップラ２
５ａ、２５ｂは、既に合波されている波長１．５５μｍ
並びに波長１８４８μｍと波長０．９８μｍを合波する
必要がある。また、前記第１に実施例において説明した
と同様に、波長０．９８μｍに対して、多モードの光フ
ァイバを単一モードにするモード変換機能も必要である
。

この光ファイバカップラも、前記第１の実施例にて説明
したように、光ファイバを予め延伸することにより、第
８図に示すような特性を得ることができる。

この波長１．４８ａ　ｍ　−１，５５μｍ　／　０．９
８μｍの第２の波長合分波光ファイバカップラ２５ａ、
２５ｂの過剰損失は、波長０．９８μｍの光に対しては
０．１ｄＢ、波長１．５５μｍと波長１．４８μｍの光
に対しては０．５ｄＢ　、波長１．４８μｍ　〜１．５
５μｍ　／　０．９８μｍのアイソレーションは１４ｄ
Ｂであった。

この構成により、波長１．５５μｍの信号光は、光増幅
用光ファイバ２６ａ、２６ｂ内において、順方向の二つ
の波長の励起光（光増幅用光）によって、入力側で１７
ｄＢの利得を、出力側で１９ｄＢの利得を得た。

本実施例においても、前記第１の実施例と同様の効果を
得ることができる。

なお、本実施例においては希土類元素を添加した光増幅
用光ファイバを例に説明したが、遷移金属、例えばＴｉ
（チタン）、Ｎｉにッケル）を添加した光増幅用光ファ
イバも適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）または請求項（２）
によれば、光増幅用光ファイバ内において、順方向と反
対方向、あるいは順方向からの二つの光増幅用光にて、
伝送信号光を増幅することができるので、従来の構成に
比べて、数倍の利得を得ることができる。従って、低損
失な長距離光伝送システムを実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光増幅伝送回路の第１の実施例を
示す構成図、第２図は従来の光増幅用光ファイバを用い
た全光ファイバ伝送システムの構成図、第３図はＥｒ添
加の光増幅用光ファイバの損失特性と螢光特性を示す図
、第４図は本発明に係る波長合分波光ファイバカップラ
の構造図、第５図は本発明に係る波長１．５５μｍ　／
　１．４８μｍの波長合分波光ファイバカップラの波長
合分波特性図、第６図は本発明に係る波長ｌ、５５μｍ
　／　０．９１１μｍの波長合分波光ファイバカップラ
の波長合分波特性図、第７図は本発明に係る光増幅伝送
回路の第２の実施例を示す構成図、第８図は波長ｌ、４
８μｍ〜ｌ、５５μｍ　／　０．９８μｍの波長合分波
光ファイバカップラの波長合分波特性図である。 図中、１１．２１・・・伝送用半導体レーザモジュール
、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、２２ａ。 ２２ｂ・・・波長１．４８μ露の光増幅用半導体レーザ
モジュール、２３ａ、２３ｂ・・・波長０．９８μｍの
光増幅用半導体レーザモジュール、１４ａ、１４ｂ。 １５　ａ　、　　１５　ｂ　、　２４　ａ　、　２４　
ｂ−・・波長１．５５μｍ／　１．４８μｍの波長合分
波光ファイバカップラ、２５ａ、２５ｂ−・・波長１．
４８ｕ　ｍ　−１，５５μｍ　／　１．４８μｍの波長
合分波光ファイバカップラ、１６ａ。 １６ｂ、２６ａ、２６ｂ・・・光増幅用光ファイバ、１
７．２７・・・伝送用単一モード光ファイバ、１８．２
８・・・フィルタ、１９．２９・・・光検出器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）伝送用の低損失単一モード光ファイバの両端に、
   希土類元素または遷移金属が添加されてなる光増幅用光
   ファイバをそれぞれ配置した光増幅伝送回路において、 前記各光増幅用光ファイバの両端にそれぞれ接続した波
   長合分波光ファイバカップラと、前記各光増幅用光ファ
   イバ中で二つの光増幅用光が互いに相対向して伝搬する
   ように、前記各波長合分波光ファイバカップラにそれぞ
   れ接続した光増幅用半導体レーザと、 前記伝送用光ファイバを中心として外側のいずれか一方
   の波長合分波光ファイバカップラに接続した伝送用半導
   体レーザとを備えた ことを特徴とする光増幅伝送回路。
2. （２）伝送用の低損失単一モード光ファイバの両端に、
   希土類元素または遷移金属が添加されてなる光増幅用光
   ファイバをそれぞれ配置した光増幅伝送回路において、 前記伝送用光ファイバの入力側では、該伝送用光ファイ
   バの入力端に向かって、伝送用半導体レーザ、第１の波
   長合分波光ファイバカップラ、第２の波長合分波光ファ
   イバカップラ、光増幅用光ファイバを表記した順に接続
   し、 前記伝送用光ファイバの出力側では、該伝送用光ファイ
   バの出力端に対して、第１の波長合分波光ファイバカッ
   プラ、第２の波長合分波光ファイバカップラ、光増幅用
   光ファイバを表記した順に接続し、 さらに、前記各第１の波長合分波光ファイバカップラに
   第１の光増幅用半導体レーザを接続するとともに、 前記各第２の波長合分波光ファイバカップラには前記第
   １の光増幅用半導体レーザの波長とは異なる波長の第２
   の光増幅用半導体レーザを接続し、かつ、前記第２の波
   長合分波光ファイバカップラは、前記第１の波長合分波
   光ファイバカップラにて合波された伝送信号光と前記第
   １の光増幅用光ファイバカップラによる光増幅用光をほ
   ぼ１００％透過させる機能を有する ことを特徴とする光増幅伝送回路。