JP2002261360A - 光増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信号光が入力変化したときの増幅利得の波長依
存性を簡便に、かつ高速に制御する光増幅装置を提供す
る。 【解決手段】エルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）１
を用いて光増幅をする装置において、ＷＤＭ信号光は入
力側伝送用光ファイバ２から入射し、出力側伝送用光フ
ァイバ３に出射される。励起光源８から励起光は出射さ
れ、信号光と同じ方向からＥＤＦ１に入射される。ま
た、励起光とのピーク波長の差が励起光ピーク波長長さ
の０．０７〜１．５％で、かつ光エネルギーが励起光の
０．１〜３０％である補助光は、補助光用励起光源９か
ら出射され、信号光とは反対方向からＥＤＦ１に入射さ
れる。信号光の入力が変化したときに、各信号の増幅利
得は波長によって変わってくるが、補助光のエネルギー
を変化させるだけで増幅利得の波長依存性を高速に制御
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希土類元素ドープ
光ファイバを用いた光増幅装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムにおいて、長距離伝送に
よって減衰した光信号の増幅には、光信号を直接増幅す
る光増幅器が用いられている。光増幅器としては、エル
ビウム（Ｅｒ）やプラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム
（Ｎｄ）等の希土類元素を添加（ドープ）した光ファイ
バが広く使われていて、そのなかでも、エルビウムドー
プ光ファイバ（以下、ＥＤＦという）が多く用いられて
いる。

【０００３】希土類元素ドープ光ファイバによる光増幅
のメカニズムは、信号光と励起光とを該光ファイバに同
時に入力すると、励起光により希土類元素が励起状態に
なり、そこへ信号光が通過すると誘導放出が生じ、それ
によって信号光が増幅される、というものである。

【０００４】この光増幅において、励起光を信号光と同
方向に入力させる前方励起は、雑音指数が小さいという
特徴を有していて、励起光を信号光と反対方向から入力
させる後方励起は、高い出力を得られるという特徴を有
している。前後両方からほぼ同じパワーの励起光を入力
する双方励起は、前方励起と後方励起の両者の特徴を併
せ持っている。

【０００５】近年、大量の情報を同時にやりとりするた
めに、波長の異なる複数の信号光を１本の光ファイバで
同時に送受信する波長多重（ＷＤＭ）方式の光通信シス
テムが実用化されている。このＷＤＭ方式の信号光を希
土類元素ドープ光ファイバによって増幅するときに、伝
送途中で一つの波長信号を取り出したり、あるいは逆に
加えたりする等により全体の信号入力が変化すると、波
長によって増幅の利得が変わってきてしまい、利得の低
い波長では読みとりエラーが生じる恐れがある。このた
め、今までは、励起入力を制御したり、利得の変化と逆
の減衰特性を有する光ファイバを接続することにより対
応しようとしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、励起入
力を制御する方法では、励起入力のパワーを大きく変化
させる必要があるが、従来の３タイプの励起方法では励
起入力パワーが大きすぎて、励起光源の制御を素早く行
うことができないために制御遅れが生じていた。また、
後者の特殊な光ファイバを接続する方法では、特殊構造
を有する光ファイバを接続することが難しいため実用化
が困難である。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、信号光の入力が
変化したときの増幅利得の波長依存性を簡便に、かつ高
速に制御する光増幅装置を提供することである。

【０００８】

【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、主の励起光とは反対方向から高速制御可能な小パ
ワーの従の励起光を入力させる光増幅装置とした。

【０００９】具体的には、請求項１に係る発明は、希土
類元素ドープ光ファイバを用いた光増幅装置であって、
励起光導入手段と補助光導入手段とを備えていて、上記
励起光導入手段は、上記光ファイバのいずれか一方から
励起光を導入し、上記補助光導入手段は、上記励起光と
のピーク波長の差が励起光のピーク波長の長さの０．０
７〜１．５％であり、かつ光エネルギーが上記励起光の
光エネルギーの０．１〜３０％である補助光を上記光フ
ァイバの励起光導入側とは反対側から導入することを特
徴とする光増幅装置である。

【００１０】本発明の構成であれば、補助光の光エネル
ギーが小さいので、信号光の入力変化に対して高速に補
助光を制御できる。

【００１１】補助光の光エネルギーは、励起光の光エネ
ルギーの０．１〜３０％であることが、信号光を波長に
よらず利得一定に増幅するために必要である。０．１％
未満であると利得の低い波長を十分に増幅することがで
きない。３０％を越えると、一部の波長で利得が大きく
なりすぎてしまう。また、エネルギーが大きくなって制
御速度が遅くなり、信号光入力の変化に対応することが
困難となる。利得の低下した波長を確実に十分に増幅す
るために、補助光の光エネルギーは励起光の０．５％以
上であることが好ましい。また、２０％以下であると制
御速度をより高速にできて好ましい。さらに好ましいの
は、０．７〜１０％の範囲である。

【００１２】励起光の導入方向は、信号光と同方向でも
反対方向でもよい。

【００１３】励起光と補助光のピーク波長の差は、励起
光のピーク波長の長さの０．０７％未満であると励起光
と補助光とが干渉する恐れがあり、１．５％を越えると
安定的かつ効率的な増幅を行うことが難しい。より確実
に安定的・効率的な増幅を行うためには、ピーク波長の
差が励起光のピーク波長の長さの０．０８〜１．２％で
あることが好ましい。さらに好ましくは、０．１〜１．
０％である。

【００１４】励起光の光エネルギーは、励起光単独で波
長の異なる複数のチャンネルを有する信号光に対して全
てのチャンネルの利得が１０ｄＢ以上となるように増幅
するのに必要なエネルギーの３０〜９５％であることが
好ましい。励起光の光エネルギーは、補助光の光エネル
ギーにより、前記範囲内で最適なエネルギー量とすれば
よい。

【００１５】次に、請求項２に係る発明は、請求項１に
おいて、一つの光源から供給される光をＷＤＭカプラを
用いて分割して上記励起光と上記補助光とを得ることを
特徴とする光増幅器である。

【００１６】ここで、ＷＤＭカプラとは、入射した光を
波長領域が異なる複数の光に分割して出射したり、逆に
波長領域の異なる複数の入射光を加え合わせて出射する
装置のことである。

【００１７】本発明の構成であれば、増幅のための光源
を一つにすることができて装置の構成が簡単になり、コ
ストも下がる。

【００１８】次に、請求項３に係る発明は、請求項１に
おいて、上記励起光光源と上記補助光光源とは、同一材
料かつ同一構造であるそれぞれ別の半導体レーザであっ
て、該二つの半導体レーザの作動環境温度を異なるもの
とすることによって出力する光のピーク波長を異なるも
のとすることを特徴とする光増幅器である。

【００１９】本発明の構成であれば、ピーク波長が僅か
に異なる二つの光を作動環境の温度を異ならせるという
簡単な操作で発生させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２１】−実施形態１− 図１は、本実施形態の光増幅装置の模式図である。光増
幅装置は、入力側の信号光伝送用光ファイバ２から出力
側の信号光伝送用光ファイバ３に至る中間に挿入されて
いる。光増幅装置の主要構成部品は、ＥＤＦ１の他、励
起光用光源８、及び補助光用光源９とそれらを駆動する
ための電源回路１０、１１、励起光及び補助光をＥＤＦ
１に入射させるための光合分波器１２、１３、励起光や
補助光、信号光の反射光を除去するための光アイソレー
タ４、５、６、７、光アテネータ１５である。また、１
６、１７は光源８、９の作動環境温度を制御する温度制
御手段である。これらの構成部品は、例えば光アイソレ
ータとして磁性ガーネット単結晶を用いる等公知のもの
を用いればよい。それぞれの構成部品の機能を発揮する
ものであればどのようなものでも構わない。

【００２２】励起光導入手段は、駆動電源回路１０、光
源８、光アイソレータ６、光合分波器１２からなる。補
助光導入手段は、駆動電源回路１１、光源９、光アイソ
レータ７、光合分波器１３からなる。本実施形態では、
光源８、９に半導体レーザを用いる。

【００２３】光アテネータ１５は、補助光の光エネルギ
ーが励起光の０．１〜３０％の範囲内の適当な値になる
ように駆動電流等を調整する。調整方法は、手動制御で
もよく、またコンピュータ制御等による自動制御でもよ
く、特に限定されない。また、光アテネータ１５を用い
ないで、補助光の駆動電源回路１１の出力を調整するよ
うにしてもよい。

【００２４】励起光と補助光は、Ｅｒを効果的に励起す
る波長の光で、１４８０ｎｍ帯と９８０ｎｍ帯とが一般
的に用いられる。いずれも光源として、同一材料かつ同
一構造の半導体レーザを用いて、温度制御手段１６、１
７によって二つの半導体レーザの作動環境の温度を異な
らせて保持する。作動環境温度を異ならせることによ
り、励起光と補助光のピーク波長が僅かに異なるように
なる。ピーク波長の差は、作動環境温度の差に依存する
ので、ピーク波長の差が適当な値になるよう作動環境温
度差を設定する。なお、上記の温度制御によらずとも、
元々波長が異なる半導体レーザを用いることもできる。
さらに、同一の半導体レーザでもそれぞれの出力パワー
を変えることでも波長を異ならせることもできる。

【００２５】信号光は、入力側信号伝送用光ファイバ２
から光アイソレータ４を通って光合分波器１２を通過
し、ＥＤＦ１に入射して増幅される。そして光合分波器
１３、光アイソレータ５の順番で通過して出力側信号伝
送用光ファイバ３に出射していく。

【００２６】励起光は、駆動電源回路１０が接続された
励起光用励起光源８から出射され、光アイソレータ６お
よび光合分波器１２を通って、信号光と同じ側からＥＤ
Ｆ１に入射して、Ｅｒを励起する。

【００２７】補助光は、駆動電源回路１１が接続された
補助光用励起光源９から出射され、光アテネータ１５、
光アイソレータ７および光合分波器１３を通って、信号
光と反対側からＥＤＦ１に入射して、Ｅｒを励起する。

【００２８】なお、本装置は本発明を説明するための一
つの例であって、本発明は本装置に限定されない。励起
光と補助光はそれぞれ本装置とは反対の側から導入する
ようにしてもよいし、ＥＤＦの代わりに別の希土類元素
ドープ光ファイバを用いてもよい。また、光アイソレー
タなどを用いなくてもよいし、他の構成部品を加えたり
代替品を用いてもよい。

【００２９】−実施形態２− 図４は、実施形態２の光増幅装置の模式図である。本実
施形態は、励起光と補助光とを一つの光源２１から供給
している。光源２１から出射された光は、光合分波器２
２により励起光と補助光とに分けられる。２０は光源２
１の駆動電源回路である。励起光は、光アイソレータ
６、ＷＤＭカプラ２４を通って、信号光と同じ側からＥ
ＤＦ１に入射して、Ｅｒを励起する。ここで、ＷＤＭカ
プラ２４は、入射する励起光中の特定波長を選択的にＥ
ＤＦ１側に通す。

【００３０】補助光は、光アテネータ１５を通過して設
定の光エネルギーまで減衰される。それから、光アイソ
レータ７、ＷＤＭカプラ２３を通って、信号光と反対側
からＥＤＦ１に入射して、Ｅｒを励起する。なお、ＷＤ
Ｍカプラ２３は、通過させる光の波長が励起光側のＷＤ
Ｍカプラ２４の通過波長とは、設定された長さ分だけ異
なるカプラである。

【００３１】本実施形態では、光源が一つになって、構
成が簡単になって、部品件数も少ないので製造コストが
下がる。

【００３２】−実施形態３− 図５は、実施形態３の光増幅装置の模式図である。本実
施形態は、図４の実施形態２において励起光と補助光と
を分割する光合分波器２２と光アテネータ１５の代わり
に、それら二つの機器を一つにした可変分岐カプラ２５
を使用している。このように本実施形態は、部品点数が
少なくなっているため、製造コストを下げられる。

【００３３】

【実施例】＜実施例１＞図１に示した構成の装置を用い
て４つの波長を有する信号光を増幅した。ＥＤＦ内のＥ
ｒ濃度は、７０ｋｐｐｍ×ｍとした。信号光は、１５６
４、１５７６、１５８８、１６００ｎｍの４波長で、入
力は−１６ｄＢｍ／ｃｈとした。

【００３４】励起光は光源の半導体レーザを２５．０℃
に保ち、波長を１４８０ｎｍとした。補助光は光源の半
導体レーザを２４．９℃に保って、波長を１４７８．５
ｎｍの波長とし、光エネルギーを変化させて、信号光の
利得を測定した。測定結果を図２に示す。

【００３５】前方からの励起光のみで、補助光の無いと
きは、光エネルギーが１００ｍＷでは、波長が短いほど
利得が下がった。２００ｍＷでは、逆に波長が短いほど
利得が上がった。１４０ｍＷのときに、４波長の利得が
ほぼ一定となり、優れた利得特性となったこれに対し
て、励起光を１００ｍＷにして、後方より補助光を入射
させると、僅かに２．７ｍＷの補助光であっても短波長
側の利得の落ち込みが大きく改善されて良好な利得特性
となり、さらに４．４ｍＷにすると、励起光１４０ｍＷ
の時とほぼ同じく４波長の利得がほぼ一定となり、優れ
た利得特性となった。

【００３６】即ち、この場合励起光のみでは１００ｍＷ
に４０ｍＷ加えないと優れた利得特性が得られないの
に、補助光を用いると４．４ｍＷ加えるだけで優れた利
得特性が得られた。

【００３７】＜実施例２＞信号光の波長を、１５５８、
１５７２、１５８６、１６００ｎｍとし、励起光と補助
光の光エネルギーを変えた以外は、実施例１と同様にし
て増幅された信号光の利得を測定した。測定結果を図３
に示す。

【００３８】後方からの補助光が無くて前方からの励起
光のみの時は、実施例１と同じように、１４０ｍＷが最
も良好な利得特性であった。１４０ｍＷより光エネルギ
ーが小さいと短波長側の利得が落ち込み、逆にそれより
光エネルギーが大きいと短波長側の利得が大きくなりす
ぎていた。ただし、光エネルギーが大きい場合の短波長
側の利得の増加は、実施例１ほどは顕著ではなく、本実
施例の範囲内では実用に耐えうる利得特性であった。

【００３９】これに対して、励起光を１００ｍＷにし
て、後方より補助光を入射させると、補助光の光エネル
ギーが７．０ｍＷのときに、励起光のみ１４０ｍＷの時
とほぼ同じ利得特性となった。補助光の光エネルギーを
２０ｍＷにすると、励起光のみ２６０ｍＷの時とほぼ同
じ利得特性となった。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に述べる効果を奏する。

【００４１】信号光入力が変化したときに、増幅利得特
性が変わらないようにエネルギーの小さい補助光を変化
させて制御するので、高速制御が可能であり、増幅に用
いるエネルギーも少なくて済む。また、装置構成も簡単
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の光増幅装置の模式図である。

【図２】実施例１の増幅利得特性を示す図である。

【図３】実施例２の増幅利得特性を示す図である。

【図４】実施形態２の光増幅装置の模式図である。

【図５】実施形態３の光増幅装置の模式図である。

【符号の説明】

１ ＥＤＦ ２ 入力側信号伝送用光ファイバ ３ 出力側信号伝送用光ファイバ ４ 光アイソレータ ５ 光アイソレータ ６ 光アイソレータ ７ 光アイソレータ ８ 励起光用励起光源 ９ 補助光用励起光源 １０ 駆動電源回路 １１ 駆動電源回路 １２ 光合分波器 １３ 光合分波器 １５ 光アテネータ １６ 温度制御手段 １７ 温度制御手段 ２０ 駆動電源回路 ２１ 励起光源 ２２ 光合分波器 ２３ ＷＤＭカプラ ２４ ＷＤＭカプラ ２５ 可変分岐カプラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類元素ドープ光ファイバを用いた光
   増幅装置であって、 励起光導入手段と補助光導入手段とを備えていて、 上記励起光導入手段は、上記光ファイバのいずれか一方
   から励起光を導入し、 上記補助光導入手段は、上記励起光とのピーク波長の差
   が励起光のピーク波長の長さの０．０７〜１．５％であ
   り、かつ光エネルギーが上記励起光の光エネルギーの
   ０．１〜３０％である補助光を上記光ファイバの励起光
   導入側とは反対側から導入することを特徴とする光増幅
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 一つの光源から供給される光をＷＤＭカプラを用いて分
   割して上記励起光と上記補助光とを得ることを特徴とす
   る光増幅器。
3. 【請求項３】 請求項１において、 上記励起光光源と上記補助光光源とは、同一材料かつ同
   一構造であるそれぞれ別の半導体レーザであって、 該二つの半導体レーザの作動環境温度を異なるものとす
   ることによって出力する光のピーク波長を異なるものと
   することを特徴とする光増幅器。