JPH10107351A - 双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い波長域にわたって利得の波長特性が平坦
な双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器が得られるよ
うにする。 【解決手段】 光送信機１０３と光受信機１０５が接続
された光サーキュレータ１０１と、ＷＤＭフィルタ１１
５を介して光受信機１１６及び光送信機１１８が接続さ
れた光サーキュレータ１１３との間には、増幅用のＥｒ
添加光ファイバ１０９が接続され、励起光源１０８，１
１２からの励起光が付与される。光サーキュレータ１１
３には損失媒体としてのＥｒ添加光ファイバ１１４が接
続され、Ｅｒ添加光ファイバ１０９からの信号光の特定
波長帯を抑圧する。これにより、夫々の波長の信号光の
増幅利得をほぼ等しくでき、光送信機及び光受信機の仕
様をほぼ同一にすることができ、量産性が向上し、コス
トダウンが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長の異なる信号
光を双方向に伝送する双方向伝送システムに用いられる
Ｅｒ添加光ファイバ増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバのコア内にＥｒ（エル
ビウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）等
の希土類元素を添加した光ファイバ増幅器が実用レベル
に達するようになってきた。特に、Ｅｒを添加した光フ
ァイバ増幅器は、１．５５μｍ帯において高利得、高飽
和出力を有することから、種々のシステムへの適用が考
えられている。その中でも１．５３μｍから１．５６μ
ｍ波長帯の信号光を数波以上用いた波長多重伝送による
高速、大容量、長距離伝送や光ＣＡＴＶ（CableTelevis
ion）システムへの適用が注目されている。このような
システムにおいては、１つの伝送路内を上り方向と下り
方向の双方向に伝送できることが望まれている。光ファ
イバ増幅器を用いた双方向伝送方式として、図７及び図
８に示すような光サーキュレータを用いた方式が提案さ
れている。

【０００３】まず、図７について説明する。入出力ポー
ト７０１から入射した信号光Ａは、光合波器７０２によ
って励起光源７０３からの励起光に合流する。光合波器
７０２の出力光は希土類添加光ファイバ７０４内を伝搬
し、光サーキュレータ７０５のポート７０５Ａに入射
し、内部を通過してポート７０５Ｂから出射し、光フィ
ルタ７０６へ入射する。光フィルタ７０６では励起光の
みがカットされ、増幅された信号光のみが光ファイバ７
０７を通して入出力ポート７０８へ出射され、信号光Ａ
として出力される。

【０００４】一方、信号光Ｂが入出力ポート７０８に入
力されると、光フィルタ７０６を通して光サーキュレー
タ７０５のポート７０５Ｂに入射し、光サーキュレータ
７０５のポート７０５Ｃから出射し、光ファイバ７０９
を通して反射点７１０で反射する。この反射光は光ファ
イバ７０９及び光サーキュレータ７０５を通してポート
７０５Ｄへ出射し、更に希土類添加光ファイバ７１１へ
入射する。希土類添加光ファイバ７１１を通過した信号
光は光合波器７１３を直進して反射点７１４に到達し、
この反射点７１４で反射し、同一光路に戻される。この
とき励起光源７１２では励起光が生成されており、この
励起光は光合波器７１３で反射する際、反射点７１４か
らの信号光と合波され、希土類添加光ファイバ７１１を
通過する過程で増幅される。この増幅光は光サーキュレ
ータ７０５のポート７０５Ｄへ入射し、光サーキュレー
タ７０５を介してポート７０５Ａへ出射する。更に、希
土類添加光ファイバ７０４を通過する際に増幅が行わ
れ、増幅された信号光は光合波器７０２を通過し、入出
力ポート７０１から信号光Ｂとして出力される。

【０００５】次に、図８の構成について説明する。図８
においては、２つの光サーキュレータと３つの希土類添
加光ファイバを用いた構成にしており、これにより利得
の向上を図っている。なお、図中、希土類添加光ファイ
バ７０４より右側の構成は図７と同一である。光合波器
７０２と希土類添加光ファイバ７０４の間には光サーキ
ュレータ７１６が挿入されている。光合波器７０２は光
ファイバ７１５を介して光サーキュレータ７１６のポー
ト７１６Ｂに接続され、ポート７１６Ｃには希土類添加
光ファイバ７０４が接続されている。また、光サーキュ
レータ７１６のポート７１６Ｃには光ファイバ７１７を
介して反射点７１８が接続され、ポート７１６Ｄには希
土類添加光ファイバ７１９が接続されている。希土類添
加光ファイバ７１９の他端には光合波器７２０が配設さ
れ、その直進光路上には反射点７２１が配設され、光合
波器７２０の反射光路上には励起光源７２２が配設され
ている。

【０００６】この構成では、光サーキュレータ７１６に
信号光Ａが入射されると、光合波器７０２で信号光Ａと
励起光源７０３の励起光とが合波され、光サーキュレー
タ７１６のポート７１６Ｂに入光する。ポート７１６Ｂ
の入射光は光サーキュレータ７１６のポート７１６Ａか
ら出射し、希土類添加光ファイバ７０４を通過する際に
増幅が行われ、増幅された信号光は光サーキュレータ７
０５、光フィルタ７０６を順次通過し、入出力ポート７
０８から信号光Ａとして出力される。

【０００７】また、入出力ポート７０８から入力された
信号光Ｂに対しては、図７で説明したように希土類添加
光ファイバ７１１，７０４で光増幅された後、光サーキ
ュレータ７１６のポート７１６Ａから光サーキュレータ
７１６に入射する。光サーキュレータ７１６に入射した
信号光Ｂは希土類添加光ファイバ７１９で光増幅された
後、ポート７１６Ｂへ抜け、光ファイバ７１５へ出射さ
れる。光ファイバ７１５へ出射された信号光Ｂは光合波
器７０２を通過して入出力ポート７０１に出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の双方向
伝送用希土類添加光ファイバ増幅器によると、１．５３
μｍ〜１．５６μｍの波長帯の信号光を１ｎｍ或いは２
ｎｍ間隔で数十波を用い、それを信号光ＡとＢに分けて
双方向に伝送しようとする場合、現状のＥｒ添加光ファ
イバ増幅器の構成では上記波長帯での利得が平坦ではな
く、１．５３μｍ帯付近の利得が１．５４５μｍ〜１．
５６μｍにわたる利得よりも５〜１０ｄＢも高くなるた
め、受信した信号光の光Ｓ／Ｎ特性（信号光対雑音比特
性）や各々の信号間でのクロストーク特性を劣化させる
という問題がある。

【０００９】また、光Ｓ／Ｎ特性やクロストーク特性が
劣化することにより、Ａ側及びＢ側から送ることのでき
る信号光のチャンネル数が少なくなり、双方向に伝送す
ることのできる情報量に制約が生じるという問題ある。
そこで本発明は、広い波長域にわたって利得の波長特性
が平坦な双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、波長多重された第１および第２の信
号光を出力する第１および第２の光送信機と、少なくと
も３つのポートを有し、その内の２つのポートで前記第
１および第２の信号光を受信するとともに他のポートに
前記第２の信号光を受信する第１の光受信機が接続され
る第１の光サーキュレータと、少なくとも４つのポート
を備えた第２の光サーキュレータと、前記第１の光サー
キュレータと前記第２の光サーキュレータとの間に接続
され、双方向の増幅を行うＥｒ添加光ファイバと、所定
波長の励起光を前記Ｅｒ添加光ファイバに片方向又は双
方向から供与する励起手段と、前記第２の光サーキュレ
ータの２つのポート間に接続され、前記Ｅｒ添加光ファ
イバからの信号光の内の特定波長帯を減衰又は反射させ
る利得調整手段と、前記第２の光サーキュレータの他の
ポートに接続されるとともに前記第２の光送信機、及び
前記第１の信号光を受信する第２の光受信機が接続され
るＷＤＭフィルタとを備えた構成にしている。

【００１１】この構成によれば、信号光の内の特定波長
帯を減衰又は反射させる特性を有する光部品に信号光を
通過させることにより、増幅した信号光の特定波長帯が
他の波長帯よりも利得が大きい場合でも、その利得偏差
が小さくなり、夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等
しくすることができる。この結果、光Ｓ／Ｎ特性（光信
号／雑音特性）や光クロストーク特性（各々の波長の信
号光間の光クロストーク特性）の劣化を極めて小さくす
ることができる。また、夫々の波長の信号光の増幅利得
をほぼ等しくできるために、光送信機及び光受信機の仕
様をほぼ同一にすることができ、量産性が向上し、コス
トダウンが可能になる。

【００１２】前記利得調整手段は、非励起のＥｒ添加光
ファイバ、干渉膜光フィルタ、又は光ファイバグレーテ
ィングを用いることができる。この構成によれば、いず
れも信号光の内の特定波長帯を減衰又は反射させる特性
を有し、夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等しくす
ることができる。前記第１の光サーキュレータは、前記
第１の光送信機及び前記第１の光受信機が接続される第
２のＷＤＭフィルタと、前記第２の光送信機からの信号
光の内の特定波長帯を減衰又は反射させる特性を有する
利得調整手段とを接続した構成にすることができる。

【００１３】この構成によれば、上り側及び下り側のい
ずれにおいても受信される信号光の夫々の波長において
増幅利得をほぼ等しくすることが可能になる。上記の目
的は、波長多重された第１および第２の信号光を出力す
る第１および第２の光送信機と、少なくとも３つのポー
トを有し、その内の２つのポートで前記第１および第２
の信号光を受信するとともに他のポートに前記第２の信
号光を受信する第１の光受信機が接続される第１の光サ
ーキュレータと、少なくとも４つのポートを備えた第２
の光サーキュレータと、前記第１の光サーキュレータと
前記第２の光サーキュレータとの間に接続され、双方向
の増幅を行う第１のＥｒ添加光ファイバと、前記第１お
よび第２の光サーキュレータの間で前記第１のＥｒ添加
光ファイバに接続され、信号光中の特定波長帯を減衰又
は反射させる利得調整手段と、前記第１および第２の光
サーキュレータの間で前記利得調整手段に接続され、双
方向の増幅を行う第２のＥｒ添加光ファイバと、所定波
長の励起光を前記第１および第２のＥｒ添加光ファイバ
に片方向又は双方向から供与する励起手段と、前記第２
の光サーキュレータに接続されるとともに前記第２の光
送信機、及び前記第１の信号光を受信する第２の光受信
機が接続されるＷＤＭフィルタとを備えた構成によって
も達成される。

【００１４】この構成によれば、２つの増幅用のＥｒ添
加光ファイバの間に信号光中の特定波長帯を減衰又は反
射させる特性を有する光部品を配設したことにより、上
り側及び下り側のいずれの信号光に対しても増幅が行
え、かつ夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等しくす
ることができる。したがって、光Ｓ／Ｎ特性（光信号／
雑音特性）や光クロストーク特性（各々の波長の信号光
間の光クロストーク特性）の劣化を極めて小さくするこ
とができる。また、夫々の波長の信号光の増幅利得をほ
ぼ等しくできるために、光送信機及び光受信機の仕様を
ほぼ同一にすることができ、量産性が向上し、コストダ
ウンが可能になる。

【００１５】前記利得調整手段は、非励起のＥｒ添加光
ファイバ、干渉膜光フィルタ、又は光ファイバグレーテ
ィングを用いることができる。この構成によれば、いず
れも信号光の内の特定波長帯を減衰又は反射させる特性
を有し、夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等しくす
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明による双方向伝送
用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の第１の実施の形態を示す
回路図であり、１．５２μｍ〜１．５７μｍの波長範囲
の中から信号光の波長を用いるのに適している。

【００１７】３端子の光サーキュレータ１０１（第１の
光サーキュレータ）はａ，ｂ，ｃの３つのポートを備
え、ポートａには信号光１０２を送信する光送信機１０
３（第１の光送信機）が接続され、ポートｃには信号光
１０４を受信する光受信機１０５（第１の光受信機）が
接続されている。更に、光サーキュレータ１０１のポー
トｂにはＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：
波長分割多重）カプラ１０６が接続され、このＷＤＭカ
プラ１０６には励起光１０７を発生する励起光源１０８
が接続されている（ＷＤＭカプラ１０６と励起光源１０
８により励起手段を構成）。なお、ＷＤＭカプラは信号
光はそのまま通過させ、励起光に対しては分波させる特
性を持ったフィルタである。

【００１８】更に、ＷＤＭカプラ１０６にはＥｒ添加光
ファイバ１０９（その長さは十数メートルから三十数メ
ートルの範囲で選択され、また、Ｅｒ添加光量は１００
ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲に設定される）が接続さ
れ、このＥｒ添加光ファイバ１０９にはＷＤＭカプラ１
１０が接続され、励起光源１１２からの励起光１１１が
注入される（ＷＤＭカプラ１１０と励起光源１１２によ
り励起手段を構成）。また、ＷＤＭカプラ１１０には光
サーキュレータ１１３のポートａが接続されている。Ｗ
ＤＭカプラ１１０のポートｂとポートｃの間には、Ｅｒ
添加光ファイバ１１４（光部品）が接続されている。更
に、ポートｄにはＷＤＭフィルタ１１５が接続され、こ
のＷＤＭフィルタ１１５には信号光１１７を受信する光
受信機１１６（第２の光受信機）及び信号光１１９を送
出する光送信機１１８（第２の光送信機）が接続されて
いる。

【００１９】以上の構成において、光送信機１０３（Ｔ
Ｘ₁ ）は１．５３μｍ付近の短波長側の波長の信号光を
少なくとも１つ含んだ信号光を数チャンネルから数十チ
ャンネルを用い、これらの信号光の夫々に情報をのせて
送出する。これら信号光は最終的には光受信機１１６
（ＲＸ₁ ）で受信される。一方、光送信機１１８から
は、１．５３μｍ付近の短波長側の波長の信号光を含ま
ない信号光、例えば１．５４７μｍ〜１．５７μｍの長
波長側の波長を用いた信号光を数チャンネルから数十チ
ャンネルを用い、これらの信号光に夫々の情報をのせて
送出する。これら信号光は最終的には光受信機１０５
（ＲＸ₂ ）で受信される。上記した波長帯を用いて双方
向伝送を行うと、夫々の波長の信号光はほぼ同じ増幅度
で増幅され、光受信機１０５，１１６には夫々の波長の
信号光パワーレベルがほぼ等しい状態で入力される。次
に、図１の動作の詳細について説明する。

【００２０】光送信機１０３からは波長多重された信号
光１０２（１．５２６μｍ〜１．５４６μｍの波長範囲
において２ｎｍ間隔に１１チャンネルの信号光を含み、
夫々の信号光に情報を乗せて波長多重したもの）が送出
される。信号光１０２は光サーキュレータ１０１のポー
トａに入力され、内部を通過してポートｂから出射さ
れ、更にＷＤＭカプラ１０６に入射する。ＷＤＭカプラ
１０６は励起光源１０８からの励起光１０７（波長０．
９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯）と信号光１０２を合流
させ、この合流した信号光１２０と励起光１０７がＥｒ
添加光ファイバ１０９に入射する。励起光１０７がＥｒ
添加光ファイバ１０９内を伝搬することにより励起光は
Ｅｒイオンに吸収され、反転分布状態を形成し、信号光
１２０を増幅する。また、Ｅｒ添加光ファイバ１０９の
他端（出射端）側からも励起光源１１２で発生した励起
光１１１（波長０．９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯であ
り、光パワーは数十ｍＷ〜百数十ｍＷ）がＥｒ添加光フ
ァイバ１０９に入射され、信号光１２０を増幅する。た
だし、励起光１１１は励起光１０７の伝搬方向とは反対
の方向へ伝搬する。なお、励起光１１１，１０７の大部
分はＥｒ添加光ファイバ１０９内で吸収される。吸収さ
れなかった僅かな励起光は、夫々ＷＤＭカプラ１０６，
１１０で分波され、除去される。

【００２１】信号光１２０はＥｒ添加光ファイバ１０９
による増幅により、２５ｄＢ以上の利得を持つことがで
きる。この利得は、信号光１０２の光パワー、励起光１
０７の光パワー、Ｅｒ添加光ファイバ１０９のＥｒ添加
量及びファイバ長に依存する。すなわち、信号光１０２
の光パワーが微小であるほど利得は高くなり、信号光１
０２の光パワーが大きくなるほど利得は飽和傾向を示す
ようになる。また、励起光１０７，１１１の光パワーが
大きいほど利得は高くなる。

【００２２】Ｅｒ添加光ファイバ１０９のＥｒ添加量
は、５０ｐｐｍ以上であれば、ほぼ十分な利得が得ら
れ、Ｅｒ添加量の増加に対してはそれほど顕著な利得増
大にはならない。Ｅｒ添加量は、上記したように１００
ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲が好ましい。なお、Ｅｒ
添加光ファイバ１０９内には、Ａｌが１，０００ｐｐｍ
〜６０，０００ｐｐｍの範囲で共添加されているのが好
ましい。また、Ｅｒ添加光ファイバ１０９の長さは、最
大利得が得られる長さ（通常、３０〜５０ｍの範囲内で
選択）よりも短くすることにより、雑音指数を低くする
ことができる。更に望ましくは、最大飽和出力を実現す
るファイバ長（１０〜３０ｍの範囲内で選択）に設定す
るのが良い。以上のような条件のもとで増幅された信号
光１２１は、１．５３μｍ付近の信号光がそれ以外の波
長の信号光よりも１〜５ｄＢ高い利得で増幅された状態
になっている。

【００２３】このような信号光１２１は、第２の光サー
キュレータ１１３のポートａに入射され、光サーキュレ
ータ１１３の内部を通過してポートｂから出力され、信
号光１２２としてＥｒ添加光ファイバ１１４へ送出され
る。このＥｒ添加光ファイバ１１４には励起光が印加さ
れないため、信号光１２２はＥｒ添加光ファイバ１１４
を伝搬することにより、Ｅｒ添加光ファイバ１１４の損
失波長特性に依存した損失を伴う信号光１２３として出
力され、光サーキュレータ１１３のポートｃに入力され
る。

【００２４】Ｅｒ添加光ファイバ１１４の損失波長特性
は、例えば図２に示すような構造のＥｒ添加マルチコア
光ファイバを用いた場合、図３に示すようになる。Ｅｒ
添加マルチコア光ファイバ２００の構造は図２に示す如
く、プライマリークラッド層２０２が被覆され、Ｅｒと
Ａｌを共添加した複数のコア２０１ａ〜２０１ｇを備え
たガラスロッド２０３を集合し、更に、これらガラスロ
ッド２０３の周囲をセカンダリクラッド２０４で厚く覆
ったものである。このような構造のＥｒ添加マルチコア
光ファイバ２００を用いることによって、高利得化及び
利得の波長特性の平坦化を達成することができる。

【００２５】図３に示すように、波長１．５３μｍ付近
に損失ピークを持ち、それよりも短波長及び長波長域で
損失が徐々に低くなる特性を持っている。この特性はＥ
ｒ添加量が多いほど損失ピーク値が大きくなり、また、
Ａｌの添加量が多いほど長波長側の損失の低減が緩やか
になる。また、Ｅｒ添加光ファイバ１１４のファイバ長
が長くなるほど損失も増大する。このＥｒ添加光ファイ
バ１１４には、信号光１２３の各チャンネル間の利得偏
差の最大値が約５ｄＢの場合、Ｅｒ添加光ファイバ１１
４のファイバ長は約１ｍとし、Ｅｒ添加量は約４００ｐ
ｐｍ前後、Ａｌ添加量は約５，０００ｐｐｍ〜１０，０
００ｐｐｍの範囲のものを用いている。この結果、Ｅｒ
添加光ファイバ１１４を通過してきた信号光１２３の各
々のチャンネルの波長の信号光の出力偏差は限りなく小
さく抑えられる。

【００２６】信号光１２３は光サーキュレータ１１３の
ポートｃに入射され、光サーキュレータ１１３内を通過
してポートｄから出力され、信号光１２４としてＷＤＭ
フィルタ１１５に入力される。ＷＤＭフィルタ１１５は
波長選択機能を持った光フィルタであり、波長多重され
た信号光１２４から信号光１１７を分波し、光受信機１
１６へ入力させる。光受信機１１６は信号光１１７を電
気信号に変換し、各々のチャンネルの情報信号を再生さ
れる。

【００２７】一方、光送信機１１８（ＴＸ₂ ）から波長
多重された信号光１１９（例えば、１．５４７μｍ〜
１．５６１μｍの波長範囲において２ｎｍ間隔に８チャ
ンネルの信号光を含み、夫々の信号光に情報を乗せて波
長多重したもの）が送出されると、この信号光１１９は
ＷＤＭフィルタ１１５で合波され、信号光１２５として
光サーキュレータ１１３のポートｄに入力される。信号
光１２５はポートｄからポートａに抜け、ＷＤＭカプラ
１１０へ伝搬する。ＷＤＭカプラ１１０では励起光源１
１２からの励起光１１１と信号光１２５の合波が行わ
れ、信号光１２７と励起光１１１がＥｒ添加光ファイバ
１０９へ入力される。

【００２８】Ｅｒ添加光ファイバ１０９は、励起光１１
１，１０７を用いて２５ｄＢ以上の利得を持つように信
号光１２７を増幅する。増幅され、ＷＤＭカプラ１０６
を光サーキュレータ１０１側へ通過してきた信号光１２
７は、波長帯が１．５４７μｍ〜１．５６１μｍの波長
範囲であるので、各々のチャンネルの信号光はほぼ等し
い利得で増幅される。すなわち、殆ど利得偏差のない状
態で増幅される。したがって、図１のように、Ｅｒ添加
光ファイバ１１４を通して利得偏差を補償する必要がな
い。

【００２９】増幅された信号光１２７は光サーキュレー
タ１０１のポートｂに入り、内部を通過してポートｃか
ら出力され、信号光１０４として光受信機１０５に受信
される。光受信機１０５内で各々のチャンネルに分波さ
れ、光受信機１０５内の光−電変換回路で電気信号に変
換され、夫々の情報信号が再生される。以上のように、
図１に示した本発明のＥｒ添加光ファイバ増幅器によれ
ば、光送信機１０３，１１８の各々から送出された信号
光をほぼ等しい利得で増幅することのできる双方向伝送
システムを構築することができる。この結果、光送信機
及び光受信機の仕様をほぼ同一にすることができ、量産
性の向上、及びコストダウンを図ることができる。ま
た、上り側と下り側の信号光の波長を１．５２μｍ〜
１．５７μｍの範囲で自由に選べるため、システムの柔
軟性、拡張性を図ることができる。更に、上り側と下り
側の信号光の増幅利得をほぼ等しくすることができるの
で、上り側と下り側の伝送距離もほぼ等しくすることが
でき、システム設計が容易になる。このほか、励起方法
が上り側と下り側で左右対象なため、上り側と下り側の
雑音指数特性もほぼ等しくすることができる。つまり、
受信した情報の品質を双方向でほぼ等しくすることがで
きる。これは、特に画像伝送や超高速情報伝送を行うう
えで極めて有効となる。

【００３０】図４は本発明による双方向伝送用Ｅｒ添加
光ファイバ増幅器の第２の実施の形態を示す回路図であ
り、図１の双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器と同
様に、１．５２μｍ〜１．５７μｍの波長範囲の中から
信号光の波長を用いるのに適している。なお、図４にお
いては、図１に示したと同一であるものには同一引用数
字を用いたので、以下においては重複する説明を省略す
る。

【００３１】ここでは、図１のＥｒ添加光ファイバ１０
９が設けられていた場所に非励起（励起光が伝搬されな
い使い方）のＥｒ添加光ファイバ１２８（その長さは約
２ｍ）を両側にＷＤＭカプラ１３６，１３７を接続した
状態で配設している（ＷＤＭカプラ１２９，１３６，１
３７と励起光源１０８，１１２により励起手段を形
成）。このＥｒ添加光ファイバ１２８は、図１に示した
Ｅｒ添加光ファイバ１１４と同機能を有するもので、図
１の場所からＥｒ添加光ファイバ１１４を移設した構成
になっている。

【００３２】更に、ＷＤＭカプラ１３６と光サーキュレ
ータ１０１の間にＥｒ添加光ファイバ１０９と同機能を
有するＥｒ添加光ファイバ１０９ａ（第１のＥｒ添加光
ファイバ）が配設され、ＷＤＭカプラ１３７と光サーキ
ュレータ１１３の間にＥｒ添加光ファイバ１０９と同機
能を有するＥｒ添加光ファイバ１０９ｂ（第２のＥｒ添
加光ファイバ）が配設されている。そして、ＷＤＭカプ
ラ１３６とＷＤＭカプラ１３７はＷＤＭカプラ１２９で
結合され、このＷＤＭカプラ１２９に励起光源１０８，
１１２が結合され、ＷＤＭカプラ１３６，１３７に励起
光１１１，１０７を供給できるようにしている。これ以
外の構成は図１に示した通りである。なお、Ｅｒ添加光
ファイバ１０９ａ及びＥｒ添加光ファイバ１０９ｂに
は、図２に示したような構造のＥｒ添加マルチコアファ
イバを用いることができる。Ｅｒ添加光ファイバ１０９
ａ，１０９ｂの長さを約１０ｍ、Ｅｒ及びＡｌの添加量
を４００ｐｐｍ及び１７，０００ｐｐｍ、各々のコア径
を約１．９μｍ、コアとコアとの間隔は約１．３μｍ、
コアとクラッドとの比屈折率差を約２．１％、励起光源
１１２からの励起光１１１（波長０．９８μｍ）のパワ
ーを約８０ｍＷにした場合、信号光１３０はＥｒ添加光
ファイバ１０９ａで、２６ｄＢ（波長１．５３８μｍ〜
１．５４６μｍ）〜３２ｄＢ（波長１．５３μｍ）の利
得で増幅され、信号光１３１として出力される。

【００３３】以上の構成において、図１の場合と同様
に、光送信機１０３からは１．５２６μｍ〜１．５４６
μｍの波長範囲において２ｎｍ間隔に１１チャンネルの
信号光を含み、夫々の信号光に情報を乗せて波長多重し
た信号光が送出される。信号光１０２は光サーキュレー
タ１０１のポートａに入力され、内部を通過してポート
ｂから出射され、Ｅｒ添加光ファイバ１０９ａに入射す
る。Ｅｒ添加光ファイバ１０９ａには、励起光源１１２
で発生した励起光１１１がＷＤＭカプラ１２９，１３６
を順次経由して入射しており、信号光１３０とは逆方向
からＥｒ添加光ファイバ１０９ａ内を伝搬する。これに
より、信号光１３０は増幅される。

【００３４】ところで、上記したように、図２の構造の
Ｅｒ添加マルチコアファイバを用いた場合、上記の波長
内でチャンネル間に約６ｄＢの利得偏差が生じる。そこ
で、この利得偏差を抑圧するため、Ｅｒ添加光ファイバ
１２８内を伝送させる。これにより、利得偏差は２ｄＢ
以下に抑圧され、１．５３μｍの利得が１．５３８μｍ
〜１．５４６μｍの利得よりも逆に低くすることができ
る。利得偏差が抑圧された信号光はＥｒ添加光ファイバ
１０９ｂに伝送され、第２の増幅が行われる。Ｅｒ添加
光ファイバ１０９ｂには励起光源１０８からの励起光１
０７がＷＤＭカプラ１２９，１３７で分波して供給され
ており、この励起光１０７を用いて増幅が行われる。

【００３５】励起光１０７に０．９８μｍを用い、その
パワーを約９０ｍＷにした場合、信号光１０２を約３９
ｄＢ〜４０ｄＢの利得に増幅することができる。このよ
うにして、第１の増幅、利得偏差抑圧、第２の増幅を順
次行うことにより、各々のチャンネルの利得偏差は、約
１ｄＢに抑えることができた。Ｅｒ添加光ファイバ１０
９ｂから出力された信号光１３２は、光サーキュレータ
１１３のポートａに入射され、ポートｂから出射してＷ
ＤＭフィルタ１１５に送られる。ＷＤＭフィルタ１１５
では１．５２６μｍ〜１．５４６μｍの信号光が分波さ
れ、信号光１１７として取り出され、光受信機１１６で
受信される。

【００３６】一方、光送信機１１８から送出された信号
光１１９は、図１の場合と同様に、１．５４７μｍ〜
１．５６１μｍの波長範囲において２ｎｍ間隔に８チャ
ンネルの信号光を含み、夫々の信号光に情報を乗せて波
長多重されている。この信号光１１９はＷＤＭフィルタ
１１５で合波され、信号光１２５として光サーキュレー
タ１１３のポートｃに入射し、内部を通過した後、ポー
トａから出射する。この出射光はＥｒ添加光ファイバ１
０９ｂに信号光１３３として送られ、Ｅｒ添加光ファイ
バ１０９ｂを通過する過程で増幅が行われる。増幅後の
信号光１３４には短波長帯の１．５３μｍが含まれてい
ないので、ほぼ平坦な利得−波長特性が得られる。

【００３７】信号光１３４はＷＤＭカプラ１３７を介し
てＥｒ添加光ファイバ１２８に送られるが、チャンネル
内での利得の低下は僅かである。Ｅｒ添加光ファイバ１
２８の出力光はＥｒ添加光ファイバ１０９ａに送られ、
所定の増幅が行われる。この増幅による信号光１３５は
光サーキュレータ１０１のポートｂに入力され、内部を
通過してポートｃから出射する。ポートｃから出射した
信号光１０４は、光受信機１０５に受信される。

【００３８】以上のように、図４の双方向伝送用Ｅｒ添
加光ファイバ増幅器は、２つの光サーキュレータ（光サ
ーキュレータ１０１，１１３）間に第１の増幅媒体（Ｅ
ｒ添加光ファイバ１０９ａ）、損失媒体（Ｅｒ添加光フ
ァイバ１２８）、第２の増幅媒体（Ｅｒ添加光ファイバ
１０９ｂ）を設け、２つの光サーキュレータに夫々波長
の異なる光受信機と光送信機を接続して双方向伝送させ
る構成にしたので、光送信機１０３，１１８からの信号
光が第１の増幅媒体→損失媒体→第２の増幅媒体（又は
逆の経路）を通過する際、信号光の増幅利得の偏差が抑
圧される。この結果、光送信機の各々から送出された信
号光をほぼ等しい利得で増幅することのできる双方向伝
送システムを構築することができる。

【００３９】図５は本発明による双方向伝送用Ｅｒ添加
光ファイバ増幅器の第３の実施の形態を示す回路図であ
る。なお、図５においては、図１及び図４に示したと同
一であるものには同一引用数字を用いたので、以下にお
いては重複する説明を省略する。図５に示す双方向伝送
用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器は、図４の構成における励
起光源の配置と励起方式を異ならせたところに特徴があ
る。３端子の光サーキュレータ１０１はａ，ｂ，ｃの３
つのポートを備え、ポートａには信号光１０２を送信す
る光送信機１０３が接続され、ポートｃには信号光１０
４を受信する光受信機１０５が接続されている。更に、
光サーキュレータ１０１のポートｂにはＷＤＭカプラ１
０６が接続され、このＷＤＭカプラ１０６には励起光１
０７を発生する励起光源１０８が接続されている。な
お、ＷＤＭカプラは信号光はそのまま通過させ、励起光
に対しては分波させる特性を持ったフィルタである。

【００４０】ＷＤＭカプラ１０６にはＥｒ添加光ファイ
バ１０９ａ、ＷＤＭカプラ１３６、Ｅｒ添加光ファイバ
１２８、ＷＤＭカプラ１３７、Ｅｒ添加光ファイバ１０
９ｂ、ＷＤＭカプラ１１０、及び光サーキュレータ１１
３が直列に順次接続されている。ＷＤＭカプラ１０６に
は励起光源１０８が結合され、ＷＤＭカプラ１１０には
励起光源１１２が結合されている。光サーキュレータ１
１３のポートｂにはＷＤＭフィルタ１３８が接続され、
このＷＤＭフィルタ１３８には光受信機１１６が接続さ
れている。また、光サーキュレータ１１３のポートｃに
はＷＤＭフィルタ１３９が接続され、このＷＤＭフィル
タ１３９には光送信機１１８が接続されている。

【００４１】光送信機１０３からの信号光１０２は光サ
ーキュレータ１０１を通過して信号光１３０となり、Ｅ
ｒ添加光ファイバ１０９ａを通過する際、励起光１０７
に基づいて増幅が行われる。この増幅による信号光１３
１は、Ｅｒ添加光ファイバ１２８内を伝送する際に利得
偏差が抑圧される。この後、Ｅｒ添加光ファイバ１０９
ｂに伝送され、このＥｒ添加光ファイバ１０９ｂにより
増幅が行われる。Ｅｒ添加光ファイバ１０９ｂには励起
光源１０８からの励起光１０７がＷＤＭカプラ１３６，
１３７で分波して供給されており、この励起光１０７を
用いて増幅が行われる。この増幅による信号光はＥｒ添
加光ファイバ１０９ｂに伝送され、励起光源１０８から
の励起光１０７を用いて第２の増幅が行われる。その信
号光１３２は、光サーキュレータ１１３を通してＷＤＭ
フィルタ１３８に送られる。ＷＤＭフィルタ１３８は波
長選択機能を持った光フィルタであり、波長多重された
信号光１３２から信号光１１７を分波し、光受信機１１
６へ送出する。光受信機１１６は信号光１１７を電気信
号に変換し、各々のチャンネルの情報信号を再生する。

【００４２】なお、光送信機１１８からの信号光１１９
に対しては、ＷＤＭフィルタ１３９→光サーキュレータ
１１３のポートｃ→ポートａ→ＷＤＭカプラ１１０→Ｅ
ｒ添加光ファイバ１０９ｂ→ＷＤＭカプラ１３７→Ｅｒ
添加光ファイバ１２８→ＷＤＭカプラ１３６→Ｅｒ添加
光ファイバ１０９ａ→ＷＤＭカプラ１０６→光サーキュ
レータ１０１→光受信機１０５の経路で信号光が通過す
る。Ｅｒ添加光ファイバ１０９ｂで励起光１１１を用い
て第１の増幅が行われ、Ｅｒ添加光ファイバ１０９ａで
励起光１１１を用いて第２の増幅が行われる。なお、Ｅ
ｒ添加光ファイバ１０９ｂ内で吸収されずに残った励起
光１１１はＷＤＭカプラ１３７で分波され、更にＷＤＭ
カプラ１３６で合波される。

【００４３】図５の構成において得られる効果は、図４
構成の場合と同じであり、光送信機の各々から送出され
た信号光をほぼ等しい利得で増幅することのできる双方
向伝送システムを構築することができる。図６は本発明
による双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の第４の
実施の形態を示す回路図である。なお、図６において
は、図１に示したと同一であるものには同一引用数字を
用いたので、以下においては重複する説明を省略する。

【００４４】図６の構成は、光送信機１０３，１１８か
ら送出される信号光１０２，１１９に１．５５μｍ帯近
傍の波長を用いて双方向伝送を行うもので、図１のＷＤ
Ｍカプラ１０６より右側の構成は同一になっている。図
１の光サーキュレータ１０１に代えて４端子の光サーキ
ュレータ１４０を用い、そのポートｂにＥｒ添加光ファ
イバ１０９が接続されている。更に、光サーキュレータ
１４０のポートｃとポートｄの間には、Ｅｒ添加光ファ
イバ１１４と同一機能のＥｒ添加光ファイバ１４１が接
続されている。また、光サーキュレータ１４０のポート
ａにはチャンネル型のＷＤＭフィルタ１４２が接続さ
れ、このＷＤＭフィルタ１４２に光送信機１０３及び光
受信機１０５が接続されている。更に、ＷＤＭフィルタ
１１５に代えてチャンネル型のＷＤＭフィルタ１４２，
１４３を用いている。

【００４５】信号光１０２の波長には、１．５２８μ
ｍ、１．５３０μｍ、１．５５０μｍ、１．５５２μ
ｍ、１．５５４μｍ、１．５５６μｍ、１．５５８μｍ
及び１．５６０μｍを用いることができる。また、光送
信機１１８から送出される信号光１１９には、１．５３
２μｍ、１．５３４μｍ、１．５３６μｍ、１．５３８
μｍ、１．５４０μｍ、１．５４２μｍ、１．５４４μ
ｍ及び１．５４６μｍを用いることができる。ＷＤＭフ
ィルタ１４２，１４３は、１６チャンネルの信号光を分
波し、或いは合波するために用いられる。また、Ｅｒ添
加光ファイバ１１４及びＥｒ添加光ファイバ１４１は、
受信側の信号光に含まれる１．５３μｍ帯近傍の波長を
低減し、各チャンネルの信号光をほぼ同じ利得にするた
めに用いられる。

【００４６】図６の他の構成については、図１について
説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。ま
た、得られる効果も図１の構成と同一である。本発明
は、上記各図に示した構成に限定されるものではない。
例えば、図１、図４、図５及び図６のＥｒ添加光ファイ
バ１１４，１２８，１４１は、光受信機に入力される波
長帯の夫々の信号光の光パワーを平坦化できる特性を備
えていればよいので、Ｅｒ添加光ファイバ１１４，１２
８，１４１に代えて、干渉膜光フィルタ、光ファイバグ
レーティング等用いることができる。すなわち、波長
１．５３μｍの信号光を減衰させるか、或いは反射させ
て抑圧し、１．５３μｍ以外の波長の信号光を通過させ
る特性（中心波長が１．５３μｍの帯域阻止光フィルタ
特性）光フィルタや光ファイバグレーティングを用いる
ことができる。このような光フィルタや光ファイバグレ
ーティングの特性は、非励起のＥｒ添加光ファイバの損
失波長特性よりも容易に作れるところに特徴がある。

【００４７】また、増幅用のＥｒ添加光ファイバ１０
９，１０９ａ，１０９ｂには、図２に示したようなＥｒ
添加マルチコアファイバ、或いは従来よりのコアが一個
からなるＥｒ添加光ファイバを用いることができる。更
に、図１及び図６におけるＥｒ添加光ファイバ１０９を
励起するための励起光は、双方向から励起する構成のほ
か、励起光源１０８，１１２の一方のみを駆動する片方
向励起方式を用いることもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、第１の光
サーキュレータと第２の光サーキュレータとの間に双方
向の増幅を行う第１のＥｒ添加光ファイバを接続し、所
定波長の励起光を前記Ｅｒ添加光ファイバに片方向又は
双方向から供与する励起手段と、前記第２の光サーキュ
レータの２つのポート間に接続され、前記第１のＥｒ添
加光ファイバからの信号光の内の特定波長帯を減衰又は
反射させる特性を有する光部品を設けた構成にしたの
で、夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等しくするこ
とができ、光Ｓ／Ｎ特性（光信号／雑音特性）や光クロ
ストーク特性（各々の波長の信号光間の光クロストーク
特性）の劣化を極めて小さくすることができる。また、
夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等しくできるため
に、光送信機及び光受信機の仕様をほぼ同一にすること
ができ、量産性が向上し、コストダウンが可能になる。

【００４９】また、上り側と下り側の信号光の波長を
１．５３μｍ〜１．５６μｍの範囲で自由に選べるた
め、システムの柔軟性、拡張性を図ることができる。更
に、上り側と下り側の信号光の増幅利得をほぼ等しくす
ることができるので、上り側と下り側の伝送距離もほぼ
等しくすることができ、システム設計が容易になる。こ
のほか、励起方法が上り側と下り側で左右対象なため、
上り側と下り側の雑音指数特性もほぼ等しくすることが
できる。

【００５０】また、本発明は、第１の光サーキュレータ
と第２の光サーキュレータの間に、共に双方向の増幅を
行う第１のＥｒ添加光ファイバと第２のＥｒ添加光ファ
イバを接続し、この第１，第２のＥｒ添加光ファイバ間
に利得偏差を抑圧するための光部品を設けた構成にした
ので、夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等しくする
ことができ、光Ｓ／Ｎ特性（光信号／雑音特性）や光ク
ロストーク特性（各々の波長の信号光間の光クロストー
ク特性）の劣化を極めて小さくすることができる。ま
た、夫々の波長の信号光の増幅利得をほぼ等しくできる
ために、光送信機及び光受信機の仕様をほぼ同一にする
ことができ、量産性が向上し、コストダウンが可能にな
る。更に、上り側と下り側の信号光の波長を１．５３μ
ｍ〜１．５６μｍの範囲で自由に選べるため、システム
の柔軟性、拡張性を図ることができる。更に、上り側と
下り側の信号光の増幅利得をほぼ等しくすることができ
るので、上り側と下り側の伝送距離もほぼ等しくするこ
とができ、システム設計が容易になる。このほか、励起
方法が上り側と下り側で左右対象なため、上り側と下り
側の雑音指数特性もほぼ等しくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ
増幅器の第１の実施の形態を示す回路図である。

【図２】本発明のＥｒ添加光ファイバとして利用可能な
Ｅｒ添加マルチコア光ファイバの構成を示す断面図であ
る。

【図３】図２のＥｒ添加マルチコア光ファイバの損失波
長特性を示す特性図である。

【図４】本発明による双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ
増幅器の第２の実施の形態を示す回路図である。

【図５】本発明による双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ
増幅器の第３の実施の形態を示す回路図である。

【図６】本発明による双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ
増幅器の第４の実施の形態を示す回路図である。

【図７】従来の双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器
の構成を示す回路図である。

【図８】従来の双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器
の他の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１０１，１１３，１４０ 光サーキュレータ １０３，１１８ 光送信機 １０５，１１６ 光受信機 １０６，１１０，１３６，１３７ ＷＤＭカプラ １０８，１１２ 励起光源 １０９，１０９ａ，１０９ｂ，１１４，１４１ Ｅｒ添
加光ファイバ １１５，１４２，１４３ ＷＤＭフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｇ０２Ｂ 6/00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長多重された第１および第２の信号光
   を出力する第１および第２の光送信機と、 少なくとも３つのポートを有し、その内の２つのポート
   で前記第１および第２の信号光を受信するとともに他の
   ポートに前記第２の信号光を受信する第１の光受信機が
   接続される第１の光サーキュレータと、 少なくとも４つのポートを備えた第２の光サーキュレー
   タと、 前記第１の光サーキュレータと前記第２の光サーキュレ
   ータとの間に接続され、双方向の増幅を行うＥｒ添加光
   ファイバと、 所定波長の励起光を前記Ｅｒ添加光ファイバに片方向又
   は双方向から供与する励起手段と、 前記第２の光サーキュレータの２つのポート間に接続さ
   れ、前記Ｅｒ添加光ファイバからの信号光の内の特定波
   長帯を減衰又は反射させる利得調整手段と、 前記第２の光サーキュレータの他のポートに接続される
   とともに前記第２の光送信機、及び前記第１の信号光を
   受信する第２の光受信機が接続されるＷＤＭフィルタと
   を備えたことを特徴とする双方向伝送用Ｅｒ添加光ファ
   イバ増幅器。
2. 【請求項２】 前記利得調整手段は、非励起のＥｒ添加
   光ファイバ、干渉膜光フィルタ、又は光ファイバグレー
   ティングであることを特徴とする請求項１記載の双方向
   伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器。
3. 【請求項３】 前記第１の光サーキュレータは、前記第
   １の光送信機及び前記第１の光受信機が接続される第２
   のＷＤＭフィルタと、前記第２の光送信機からの信号光
   の内の特定波長帯を減衰又は反射させる特性を有する利
   得調整手段とを接続していることを特徴とする請求項１
   記載の双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器。
4. 【請求項４】 波長多重された第１および第２の信号光
   を出力する第１および第２の光送信機と、 少なくとも３つのポートを有し、その内の２つのポート
   で前記第１および第２の信号光を受信するとともに他の
   ポートに前記第２の信号光を受信する第１の光受信機が
   接続される第１の光サーキュレータと、 少なくとも４つのポートを備えた第２の光サーキュレー
   タと、 前記第１の光サーキュレータと前記第２の光サーキュレ
   ータとの間に接続され、双方向の増幅を行う第１のＥｒ
   添加光ファイバと、 前記第１および第２の光サーキュレータの間で前記第１
   のＥｒ添加光ファイバに接続され、信号光中の特定波長
   帯を減衰又は反射させる利得調整手段と、 前記第１および第２の光サーキュレータの間で前記利得
   調整手段に接続され、双方向の増幅を行う第２のＥｒ添
   加光ファイバと、 所定波長の励起光を前記第１および第２のＥｒ添加光フ
   ァイバに片方向又は双方向から供与する励起手段と、 前記第２の光サーキュレータに接続されるとともに前記
   第２の光送信機、及び前記第１の信号光を受信する第２
   の光受信機が接続されるＷＤＭフィルタとを備えたこと
   を特徴とする双方向伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器。
5. 【請求項５】 前記利得調整手段は、非励起のＥｒ添加
   光ファイバ、干渉膜光フィルタ、又は光ファイバグレー
   ティングであることを特徴とする請求項４記載の双方向
   伝送用Ｅｒ添加光ファイバ増幅器。