JPH055806A - 光フアイバ増幅器用の信号光透過フイルタモジユール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】誘電体多層膜バンドパスフィルタでは除去しき
れない励起光波長成分を確実にカットする。 【構成】入射用光ファイバ２４またはコリメータレンズ
２６と、出射用光ファイバ３０または集光レンズ２８と
の間に、もっぱら励起光波長成分をカットする励起光カ
ット専用誘電体多層膜フィルタ３６と、信号光波長成分
を透過させる誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０とを
挿入する。 【効果】励起光カット専用誘電体多層膜フィルタによっ
て励起光波長成分を積極的に大幅に減衰させ、Ｓ／Ｎ比
をきわめて高いものにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ増幅器にお
いて希土類ドープファイバから出射されてきた増幅信号
光と励起光との混合光のうちから励起光波長成分を減衰
し信号光波長成分を透過させるために用いられる信号光
透過フィルタモジュールに関する。その適用対象である
上記の光ファイバ増幅器とは、信号光と励起光とを光カ
プラ（光合波器）で混合した後、Ｅｒ（エルビウム）な
どの希土類元素をドーピングした希土類ドープファイバ
に導いて誘導放出効果により信号光を増幅するように構
成されている。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の信号光透過フィルタモジ
ュールが用いられた光ファイバ増幅器を示す概略構成図
である。

【０００３】図示しない伝送用光ファイバより１．５５
μｍ波長帯の信号光を導入する信号光入射コネクタ２か
ら信号光入射用光ファイバ４が導出され、この信号光入
射用光ファイバ４の端部付近に反射光をほぼ完全に遮断
して光を一方向にのみ通過させる光アイソレータ１２が
設けられている。半導体レーザ（ＬＤ）で構成され１.
４８μｍ波長帯の励起光を出射する励起光源６から励起
光入射用光ファイバ８が導出され、その端部が信号光入
射用光ファイバ４の途中に結合されて光カプラ１０を構
成している。

【０００４】信号光入射用光ファイバ４のうち光アイソ
レータ１２よりも下手側の端面には希土類元素としてＥ
ｒ（エルビウム）がドーピングされて誘導放出効果によ
って信号光を増幅する機能をもった希土類ドープファイ
バ１４の一端が接合されている。光ファイバはコアとそ
の外周のクラッドとからなるが、Ｅｒはコアの内部また
は外周面にドーピングされるものである。この希土類ド
ープファイバ１４の端部付近に光アイソレータ１６が設
けられ、それに続く通常の光ファイバ中に励起光波長成
分を減衰し増幅信号光波長成分を透過させる信号特性改
善用の信号光透過フィルタモジュールＡ２が介在され、
最終端に信号光出射コネクタ１８が設けられている。

【０００５】図６は、信号光透過フィルタモジュールＡ
２の具体的な構造を示す断面図である。図において、２
０は励起光の波長成分および蛍光成分を減衰してもっぱ
ら信号光の波長成分を通過させるバンドパスフィルタで
あって、これは誘電体多層膜フィルタで構成されてい
る。２２はケーシング、２４は入射用光ファイバ、２６
はコリメータレンズ、２８は集光レンズ、３０は出射用
光ファイバ、３２，３４はガスケットである。

【０００６】誘電体多層膜フィルタは、干渉膜フィルタ
とも呼ばれ、次の原理に基づいている。平行度の良い誘
電体板に平面波に近い光を入射させると、共振によって
ある特定波長の光が透過し、他の波長の光は反射する。
この場合にバンドパスフィルタとして機能させるために
は、透過した光のスペクトル幅が充分に狭いことが要求
される。しかし、１枚の誘電体板だけでは透過光はかな
り広いスペクトル幅をもっている。そこで、誘電体板を
複数枚積層して透過光のスペクトル幅を充分に狭くす
る。これが誘電体多層膜フィルタである。透過波長は、
誘電体板の厚さと積層枚数によって決定される。

【０００７】次に動作を説明する。

【０００８】励起光源６から出射された１．４８μｍ波
長帯の励起光は、励起光入射用光ファイバ８、光カプラ
１０および光アイソレータ１２を介して希土類ドープフ
ァイバ１４に入射される。希土類ドープファイバ１４に
ドーピングされているＥｒは励起光によってポンピング
（励起）される。

【０００９】このようなＥｒの励起状態で、ＰＣＭ変調
された１．５５μｍ波長帯の信号光が図示しない伝送用
光ファイバから信号光入射コネクタ２を介して信号光入
射用光ファイバ４に入射され、さらに光カプラ１０で励
起光と混合された状態で光アイソレータ１２を介して希
土類ドープファイバ１４に入射される。信号光は、希土
類ドープファイバ１４中を進行する過程で誘導放出効果
によって直接的に（電気信号への変換なく、光の状態の
まま）増幅される。その増幅された信号光および一部の
励起光は、光アイソレータ１６を介して信号光透過フィ
ルタモジュールＡ２に入る。

【００１０】信号光透過フィルタモジュールＡ２におい
ては、入射用光ファイバ２４から出射し発散した増幅信
号光および励起光がコリメータレンズ２６によって平行
光線束にされ、誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０に
よって励起光と蛍光成分とが減衰されてもっぱら増幅信
号光が透過され、その増幅信号光は集光レンズ２８によ
って出射用光ファイバ３０の入射端面に集光された後、
信号光出射コネクタ１８を介して図示しない伝送用光フ
ァイバへと導かれる。

【００１１】なお、光アイソレータ１２，１６は、希土
類ドープファイバ１４と通常の光ファイバとの接合部に
おける光の往復反射に起因したレーザ発振を防止する。

【００１２】ところで、希土類ドープファイバ１４がＥ
ｒドープファイバである場合には、信号光として上記し
たように１.５５μｍ波長帯のものを用いるが、Ｅｒは
ポンピング準位を３つ有する三準位系であるため、希土
類ドープファイバ１４からの出射光には、図７で実線で
示すように、増幅信号光波長成分ａ₀ にかなり大きなレ
ベルの励起光波長成分ｂ₀ が重畳しているものである。
この励起光波長成分ｂ₀ を誘電体多層膜バンドパスフィ
ルタ２０で除去するようにしているのである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】誘電体多層膜バンドパ
スフィルタ２０は、透過波長帯域はスペクトル幅が充分
に狭く、その非常に狭い透過波長帯域の両側直近の波長
帯での減衰作用はきわめて強力である。しかしながら、
現在までのところ、誘電体多層膜の阻止波長における減
衰作用には不充分なものがある。

【００１４】１.５５μｍの誘電体多層膜バンドパスフ
ィルタ２０の場合、１.５１μｍ〜１.５９μｍの範囲で
は強力な減衰作用を発揮するが、１.４５μｍ〜１.５１
μｍの範囲では減衰作用は不充分である。そして、不都
合なことにも、この減衰作用が不充分な領域に励起光波
長成分が属しているのである。実際、希土類ドープファ
イバ１４から出射したａ₀ ，ｂ₀ の波長成分をもつ混合
光を誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０に通した結果
は、図７で破線で示すように、比較的大きなレベルの励
起光波長成分ｂ₁ を透過させてしまっている。この励起
光波長成分ｂ_１は増幅信号光に対するノイズ成分となる
のであるが、その減衰量は０．０５％（−３３ｄＢ）で
あり、この程度の減衰では高精度な信号伝送にとっては
まだＳ／Ｎ比は悪いといえる。

【００１５】なお、コリメータレンズ２６、集光レンズ
２８がなく、誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０が入
射用光ファイバ２４と出射用光ファイバ３０との間に位
置しているタイプにおいても同様の問題がある。

【００１６】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、希土類ドープファイバから出射した
混合光のうちから励起光波長成分を確実にカットして増
幅信号光波長成分のみを透過させることができるように
することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の光フ
ァイバ増幅器用の信号光透過フィルタモジュールは、希
土類ドープファイバ内で励起光により希土類元素をポン
ピングした状態で信号光を導入して誘導放出効果により
信号光を増幅する光ファイバ増幅器において、希土類ド
ープファイバから出射してくる増幅信号光と励起光との
混合光から励起光を減衰し増幅信号光を透過させる信号
光透過フィルタモジュールであって、入射用光ファイバ
の端面と出射用光ファイバの端面との間に、もっぱら励
起光波長成分をカットする励起光カット専用誘電体多層
膜フィルタと、信号光波長成分を透過させる誘電体多層
膜バンドパスフィルタとを挿入したことを特徴とするも
のである。

【００１８】また、本発明に係る第２の信号光透過フィ
ルタモジュールは、上記第１の信号光透過フィルタモジ
ュールにおいて、入射用光ファイバの出射側にコリメー
タレンズが配置されているとともに、出射用光ファイバ
の入射側に集光レンズが配置されており、上記と同様に
励起光カット専用誘電体多層膜フィルタと誘電体多層膜
バンドパスフィルタとがコリメータレンズと集光レンズ
との間に挿入されたものである。

【００１９】

【作用】誘電体多層膜バンドパスフィルタでは除去でき
ない励起光波長成分を、励起光カット専用誘電体多層膜
フィルタによって積極的に大幅に減衰するから、このフ
ィルタモジュールから出射される光は実質的に増幅信号
光波長成分のみとなる。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る信号光透過
フィルタモジュールを用いて構成された光ファイバ増幅
器の一例を示す概略構成図である。

【００２１】図において、２は信号光入射コネクタ、４
は信号光入射用光ファイバ、６は半導体レーザ（ＬＤ）
などの励起光源、８は励起光入射用光ファイバ、１０は
信号光入射用光ファイバ４を伝搬する信号光と励起光入
射用光ファイバ８を伝搬する励起光とを混合する光カプ
ラ、１２は光アイソレータ、１４は希土類ドープファイ
バ（Ｅｒドープファイバ）、１６も光アイソレータ、１
８は信号光出射コネクタである。

【００２２】光アイソレータ１６と信号光出射コネクタ
１８との間に、本発明の実施例に係る信号光透過フィル
タモジュールＡ１が介在されている。この信号光透過フ
ィルタモジュールＡ１の具体的な構造を図２に示す。

【００２３】この信号光透過フィルタモジュールＡ１
は、ケーシング２２と、入射用光ファイバ２４と、コリ
メータレンズ２６と、励起光波長成分を大幅に減衰する
励起光カット専用誘電体多層膜フィルタ３６と、増幅信
号光波長成分を透過するための誘電体多層膜バンドパス
フィルタ２０と、集光レンズ２８と、出射用光ファイバ
３０と、ガスケット３２，３４などから構成されてい
る。

【００２４】入射用光ファイバ２４の出射側にコリメー
タレンズ２６が配置されている。コリメータレンズ２６
の焦点は入射用光ファイバ２４の出射端面に一致してい
る。出射用光ファイバ３０の入射側に集光レンズ２８が
配置されている。集光レンズ２８の焦点は出射用光ファ
イバ３０の入射端面に一致している。そして、入射用光
ファイバ２４、コリメータレンズ２６、集光レンズ２
８、出射用光ファイバ３０の各光軸は互いに一致してい
る。

【００２５】コリメータレンズ２６と集光レンズ２８と
の間に、励起光カット専用誘電体多層膜フィルタ３６
（ＳＷＣＦ）と誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０
（ＢＰＦ）とがハの字状に対向した状態で配置されてい
る。このように、コリメータレンズ２６と誘電体多層膜
バンドパスフィルタ２０との間に励起光カット専用誘電
体多層膜フィルタ３６を挿入している点が従来例と異な
っている。この励起光カット専用誘電体多層膜フィルタ
３６は、１．４８μｍ波長帯を中心とする所定のスペク
トル幅の範囲で大幅な減衰作用をもつものである。な
お、誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０をコリメータ
レンズ２６側に、励起光カット専用誘電体多層膜フィル
タ３６を集光レンズ２８側に配置してもよい。

【００２６】なお、上記の例では、励起光カット専用誘
電体多層膜フィルタ３６と誘電体多層膜バンドパスフィ
ルタ２０を別体としたがこれを一体として形成しても良
い。即ち、誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０上に励
起光カット用多層膜を併せて形成してすれば良いわけで
ある。この場合、光路補正板を取り除いても良い。

【００２７】次に動作を説明する。

【００２８】光ファイバ増幅器についての動作は基本的
に従来例と同様であるので、説明を省略する。光アイソ
レータ１６からは増幅信号光と励起光との混合光が信号
光透過フィルタモジュールＡ１に向けて出射される。出
射された増幅信号光波長成分ａ₀ と励起光波長成分ｂ₀
とを図３で実線で示してある。

【００２９】これら両成分ａ₀ ，ｂ₀ は入射用光ファイ
バ２４からコリメータレンズ２６を通って平行光線束と
なる。これらの各成分ａ₀ ，ｂ₀ を励起光カット専用誘
電体多層膜フィルタ３６と誘電体多層膜バンドパスフィ
ルタ２０とを通すと、破線で示すように、励起光波長成
分ｂ₀ はｂ₂ のように著しく減衰する。増幅信号光波長
成分ａ₀ はａ₂ のように中心波長１．５５μｍの近傍は
そのまま透過しその近傍の両側は充分に減衰する。減衰
後の励起光波長成分ｂ₂ のレベルは、ｂ₀ に比べて０．
０００１％（−６０ｄＢ）となり、Ｓ／Ｎ比はきわめて
高くなり、実質的にノイズ成分は無くなっているといえ
る。

【００３０】そして、増幅信号光波長成分ａ₂ のみが集
光レンズ２８によって出射用光ファイバ３０の入射端面
に入射し、信号光出射コネクタ１８から伝送用光ファイ
バへと出射される。

【００３１】なお、上記実施例の信号光透過フィルタモ
ジュールＡ１は、コリメータレンズ２６と集光レンズ２
８とを有していたが、発散性が小さく指向性の強い信号
光を扱う場合には、図４に示すように、コリメータレン
ズ２６と集光レンズ２８とを省略し、入射用光ファイバ
２４と出射用光ファイバ３０との間に励起光カット専用
誘電体多層膜フィルタ３６と誘電体多層膜バンドパスフ
ィルタ２０とを配置した構造としてもよい。

【００３２】なお、上記実施例においては希土類ドープ
ファイバとしてＥｒ（エルビウム）をドーピングしたも
のを例示したが、本発明が適用される光ファイバ増幅器
はこれに限定されるものではなく、ドーピング希土類元
素としてはＮｄ（ネオジム）であってもよい。その場
合、信号光と励起光の各波長帯もＥｒ（エルビウム）と
は異なるので、誘電体多層膜バンドパスフィルタ２０の
透過波長および励起光カット専用誘電体多層膜フィルタ
３６のカットオフ波長もそれに応じて調整するものとす
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、励起光カット専用誘電
体多層膜フィルタを配置することにより、誘電体多層膜
バンドパスフィルタでは除去できない励起光波長成分
（ノイズ成分）を積極的に幅に減衰してしまうから、Ｓ
／Ｎ比を高精度な信号伝送にとって好ましいきわめて高
いものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る信号光透過フィルタモ
ジュールを適用した光ファイバ増幅器を示す概略構成図
である。

【図２】実施例における信号光透過フィルタモジュール
の具体的構造を示す断面図である。

【図３】実施例における信号光波長成分および励起光波
長成分のスペクトラムである。

【図４】本発明の別の実施例に係る信号光透過フィルタ
モジュールの具体的構造を示す断面図である。

【図５】従来の信号光透過フィルタモジュールが用いら
れた光ファイバ増幅器を示す概略構成図である。

【図６】従来例の信号光透過フィルタモジュールを示す
断面図である。

【図７】従来例における信号光波長成分および励起光波
長成分のスペクトラムである。

【符号の説明】

Ａ１ 信号光透過フィルタモジュール １４ 希土類ドープファイバ ２０ 誘電体多層膜バンドパスフィルタ ２４ 入射用光ファイバ ２６ コリメータレンズ ２８ 集光レンズ ３０ 出射用光ファイバ ３６ 励起光カット専用誘電体多層膜フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 正隆 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 木村 康郎 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 希土類ドープファイバ内で励起光により
   希土類元素をポンピングした状態で信号光を導入して誘
   導放出効果により信号光を増幅する光ファイバ増幅器に
   おいて、希土類ドープファイバから出射してくる増幅信
   号光と励起光との混合光から励起光を減衰し増幅信号光
   を透過させる信号光透過フィルタモジュールであって、
   入射用光ファイバの端面と出射用光ファイバの端面との
   間に、もっぱら励起光波長成分をカットする励起光カッ
   ト専用誘電体多層膜フィルタと、信号光波長成分を透過
   させる誘電体多層膜バンドパスフィルタとを挿入したこ
   とを特徴とする光ファイバ増幅器用の信号光透過フィル
   タモジュール。 【請求項２】 請求項１において、入射用光ファイバの
   出射側にコリメータレンズが配置されているとともに、
   出射用光ファイバの入射側に集光レンズが配置されてお
   り、励起光カット専用誘電体多層膜フィルタと誘電体多
   層膜バンドパスフィルタとがコリメータレンズと集光レ
   ンズとの間に挿入されていることを特徴とする光ファイ
   バ増幅器用の信号光透過フィルタモジュール。 【請求項３】 請求項１または請求項２において、希土
   類ドープファイバがＥｒドープファイバであり、信号光
   が１．５５μｍ波長帯で励起光が１．４８μｍ波長帯で
   あり、誘電体多層膜バンドパスフィルタが１．５５μｍ
   波長帯透過用のもので、かつ、励起光カット専用誘電体
   多層膜フィルタが１．４８μｍ波長帯カット用のもので
   ある光ファイバ増幅器用の信号光透過フィルタモジュー
   ル。