JP4145684B2

JP4145684B2 - Optical amplification module, optical amplifier, optical communication system, and white light source

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Publication number: JP4145684B2
Application number: JP2003057584A
Authority: JP
Inventors: 素貴角井; 淳衣笠
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP2003332660A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、希土類元素が光導波領域に添加された光導波路を含む光増幅モジュール、該光増幅モジュールを含む光増幅器、白色光源、及び該光増幅器を含む光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムは、光ファイバ伝送路に信号光を伝搬させることで、大容量の情報を高速に伝送することができる。この光通信システムにおける信号光の波長帯域として、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）が既に使用され、Ｌバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）の使用も検討されている。また、更なる大容量化を図るため、信号波長帯域としてＳバンド（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）の使用も検討されている。
【０００３】
また、光通信システムでは、信号光を増幅するために光増幅器が用いられる。Ｃバンド又はＬバンドの信号光を光増幅することができる光増幅器として、Ｅｒ（エルビウム）元素が光導波領域に添加された光増幅用ファイバ（ＥＤＦ: Erbium-Doped Fiber）が光増幅媒体として適用されたＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）が利用される。このＥＤＦＡは、ＥＤＦに励起光（波長０．９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯）を供給することで、このＥＤＦを伝搬するＣバンド又はＬバンドの信号光を増幅することができる。
【０００４】
一方、Ｓバンドの信号光を増幅することができる光増幅器として、Ｔｍ（ツリウム）元素が光導波領域に添加された光増幅用ファイバ（ＴＤＦ: Thulium-Doped Fiber）を光増幅媒体として用いるＴＤＦＡ（Thulium-Doped Fiber Amplifier）が検討されている。このＴＤＦＡは、ＴＤＦに励起光（波長１．０５μｍ帯、１．２μｍ帯、１．４μｍ帯又は１．５５〜１．６５μｍ帯）を供給することで、このＴＤＦを伝搬するＳバンドの信号光を増幅することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来の光増幅器について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、実際にＴＤＦＡが増幅し得る信号波長域の上限は１５１０ｎｍ程度である（例えば文献１「T. Kasamatsu, et al., "Laser-diode-pumped highly-efficient gain-shifted thulium-doped fiber amplifier operating in the 1480-1510-nm band", OFC2001, Technical Digest, TuQ4 (2001)」を参照）。一方、ＥＤＦＡが増幅し得る信号波長域の下限は一般に１５３０ｎｍ程度である。したがって、波長域１５１０ｎｍ〜１５３０ｎｍの信号光は、これらＥＤＦＡ及びＴＤＦＡを使用するのみでは増幅され得ない。このことから、光ファイバ伝送路として用いられる石英系光ファイバの低損失波長域の使用効率が悪い。
【０００６】
そこで、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍ付近の信号光を増幅し得るＥＤＦＡが提案されている（例えば、文献２「E. Ishikawa, et al., "Novel 1500nm-band EDFA with discrete Raman amplifier", ECOC2001, Postdeadline papers, pp.48-49 (2001)」及び特開２００１−３１３４３３号公報を参照）。これらに開示されたＥＤＦＡは、反転分布を高めることで、上記波長域の信号光を増幅する。
【０００７】
しかしながら、このＥＤＦＡは、上記波長域において非常に大きな正の利得傾斜を有していて、単独では利得平坦化を実現することができない。そのため、利得平坦化のためにラマン増幅器の併用を余儀なくされている。ところが、ラマン増幅器は、ＥＤＦＡやＴＤＦＡと比較して、励起効率が低く、光ファイバ長が数ｋｍも必要であることから大型であり、光ファイバ中の非線形光学現象や二重レーリ散乱に起因した信号光伝送品質が劣化する等の課題がある。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍ付近における信号光の増幅利得が従来より平坦である光増幅器、希土類元素が光導波領域に添加された光導波路を含み上記光増幅器において好適に用いられ得る光増幅モジュール、上記光増幅器を含む光通信システム、及び、上記光増幅モジュールを含む白色光源を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光増幅モジュールは、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍを少なくとも一部に含む信号波長域の複数チャネルの信号光を増幅する光増幅モジュールである。この光増幅モジュールは、Ｔｍ元素が光導波領域に添加されたＴｍ添加光導波路と、このＴｍ添加光導波路と光学的に接続され、Ｅｒ元素が光導波領域に添加されたＥｒ添加光導波路とを備える。また、この発明に係る光増幅器は、入力端から入力された信号光を増幅する光増幅器である。この光増幅器は、Ｔｍ添加光導波路及びＥｒ添加光導波路を含む上記光増幅モジュールと、Ｅｒイオンを励起し得る波長の励起光をＥｒ添加光導波路に供給する第１励起光供給手段と、Ｔｍイオンを励起し得る波長の励起光をＴｍ添加光導波路に供給する第２励起光供給手段とを備える。
【００１０】
この発明によれば、Ｅｒイオンを励起し得る波長の励起光が第１励起光供給手段によりＥｒ添加光導波路に供給され、Ｔｍイオンを励起し得る波長の励起光が第２励起光供給手段によりＴｍ添加光導波路に供給される。そして、Ｅｒ添加光導波路及びＴｍ添加光導波路を含む光増幅モジュールでは、Ｅｒ添加光導波路及びＴｍ添加光導波路の双方において信号光が増幅される。したがって、全体の利得スペクトルは、Ｅｒ添加光導波路及びＴｍ添加光導波路それぞれの利得スペクトルを総合したものとなる。これにより、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍ付近における信号光の増幅利得が従来より平坦になる。
【００１１】
この発明に係る光増幅モジュールは、信号光の進行方向から見てＥｒ添加光導波路の上流側、下流側又は中途に配置され、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍに含まれる領域においてＥｒ添加光導波路の利得を等化する利得等化フィルタをさらに備えてもよい。この場合、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍ付近における信号光の増幅利得が利得等化フィルタによりさらに平坦になる。
【００１２】
この発明に係る光増幅モジュールは、信号光の進行方向から見てＥｒ添加光導波路の上流側、下流側又は中途に配置され、波長１５３０ｎｍ以上の波長域の光を遮断する遮断フィルタをさらに備えてもよい。この場合、波長１５３０ｎｍ以上の波長域の自然放出光（ＡＳＥ）は、遮断フィルタにより遮断され、後段に出力されるのが阻止される。
【００１３】
この発明に係る光増幅モジュールは、０．９８μｍ帯の励起光をＥｒ添加光導波路に供給する第１光結合器をさらに備えてもよい。この場合、Ｅｒ添加光導波路の反転分布を高める上で好ましい。また、この発明に係る光増幅モジュールは、波長１．０５μｍ帯又は波長１．４μｍ帯の励起光と、波長１．２μｍ帯又は波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光をＴｍ添加光導波路に供給する第２光結合器をさらに備えてもよい。この場合、利得ピークの長波長側シフトを生じさせる上で好ましい。
【００１４】
この発明に係る光増幅モジュールは、Ｅｒ元素が光導波領域に添加されたＥｒ添加光導波路と、Ｅｒ添加光導波路の温度を室温以上に維持する温度調整手段とを備えてもよい。この場合、Ｅｒ添加光導波路の利得を高める上で好ましい。また、温度調整手段がＥｒ添加光導波路の温度を６５℃以上に維持するのがよく、この場合、安価なヒータを用いることができる点で好ましい。
【００１５】
なお、この発明に係る光増幅モジュールは、光導波路領域に、Ｅｒ元素とともにＡｌ₂Ｏ₃及びＰ₂Ｏ₅が共添加されたＥｒ添加光導波路を備えてもよい。この場合、当該光増幅モジュールは、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍを少なくとも一部に含む信号波長域の複数チャネルの信号光を増幅する。また、Ｓバンドにおいて、誘導放出断面積の波長依存性が平坦となるため、利得の平坦化が容易になる。
【００１６】
この発明に係る光増幅モジュールにおいて、Ｔｍ添加光導波路及びＥｒ添加光導波路それぞれは、光ファイバを含むのが好ましい。この場合、導波路長を容易に長くすることができ、利得を高くすることができからである。
【００１７】
この発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素が光導波領域に添加されたＥｒ添加光導波路と、波長９７６ｎｍ以下の０．９８μｍ帯の励起光をＥｒ添加光導波路に供給する励起光供給手段とを備える。この場合、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍにおいてＥｒ添加光導波路における利得の改善が図られる。
【００１８】
この発明に係る光増幅器において、Ｅｒ添加光導波路は、信号光の進行方向から見てＴｍ添加光導波路の上流側に配置されるのが好ましい。この場合、前段のＥｒ添加光導波路に入力される信号光のパワーが小さくなって、Ｅｒ添加光導波路における反転分布が高くなり、一方、後段のＴｍ添加光導波路に入力する信号光のパワーが大きくなって、Ｔｍ添加光導波路において利得飽和が生じるので、Ｔｍ添加光導波路における利得ピーク波長の長波長化に有利となる。
【００１９】
この発明に係る光通信システムは、上記光増幅器（この発明に係る光増幅器）を含み、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍを含む信号波長域の複数チャネルの信号光を伝送するとともに、上記波長域内の信号光を光増幅器により増幅する。この光通信システムは、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍの信号光を上記光増幅器により増幅するため、未使用波長域が従来より小さくなって、さらに大容量の情報を送受信することができる。
【００２０】
この発明に係る光通信システムにおいて、信号波長域は、帯域幅４ｎｍ〜６ｎｍの未使用波長域で隔てられた１又はそれ以上の帯域を含むのが好ましい。この場合、Ｅｒ元素及びＴｍ元素それぞれの蛍光特性の観点や、光合波器及び光分波器それぞれの特性の観点から、この程度の帯域幅の未使用波長域が最適なものとなる。
【００２１】
この発明に係る光通信システムにおいて、未使用波長域内のラマン増幅用の励起光を光伝送路に供給して、その光伝送路において信号光をラマン増幅するのが好ましい。この場合には、システム全体の利得スペクトルの更なる平坦化が可能であり、また、ラマン増幅用の励起光のレーリ散乱が信号光に与える悪影響を抑制することができる。
【００２２】
この発明に係る白色光源は、Ｔｍ添加光導波路及びＥｒ添加光導波路を含む上記光増幅モジュール（この発明に係る光増幅モジュール）と、Ｅｒイオンを励起し得る波長の励起光をＥｒ添加光導波路に供給する第１励起光供給手段と、Ｔｍイオンを励起し得る波長の励起光をＴｍ添加光導波路に供給する第２励起光供給手段とを備え、励起光の供給によりＴｍ添加光導波路及びＥｒ添加光導波路それぞれにおいて発生した自然放出光を出力する。この白色光源は、上記光増幅器と略同様の構成であるが、信号光が入力されることはなく、Ｔｍ添加光導波路及びＥｒ添加光導波路それぞれにおいて発生した自然放出光を出力する。この白色光源は、波長域１．４５μｍ〜１．６１μｍの白色光を出力することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光増幅モジュール、光増幅器、白色光源及び光通信システムの各実施形態を、図１〜１６を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、この発明に係る光増幅器１００の一実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器１００は、入力端１０１から出力端１０２へ向かう信号光伝搬経路上に順に配置された、光分岐器１１１、光アイソレータ１２１、光結合器１３１、ＥＤＦ１４１、光フィルタ１５１、ＥＤＦ１４２、光フィルタ１５２、ＥＤＦ１４３、光フィルタ１５３、ＥＤＦ１４４、光フィルタ１５４、ＥＤＦ１４５、光結合器１３２、光アイソレータ１２２、光結合器１３３、光結合器１３４、ＴＤＦ１４６、光結合器１３５、光アイソレータ１２３及び光分岐器１１２を備える。
【００２５】
また、この光増幅器１００は、ＥＤＦ１４１の温度を調整する温度調整部１６１、ＥＤＦ１４２の温度を調整する温度調整部１６２、ＥＤＦ１４３の温度を調整する温度調整部１６３、ＥＤＦ１４４の温度を調整する温度調整部１６４、ＥＤＦ１４５の温度を調整する温度調整部１６５、光結合器１３１に接続された励起光源１７１、光結合器１３２に接続された励起光源１７２、光結合器１３３に接続された励起光源１７３、光結合器１３４に接続された励起光源１７４、光結合器１３５に接続された励起光源１７５、光分岐器１２１に接続された信号光検知部１８１、光分岐器１２２に接続された信号光検知部１８２、及び、制御部１９０を備える。なお、信号光伝搬回路上にある各構成要素及び温度調整部１６１〜１６５は、この発明に係る光増幅モジュールの一部を構成する。
【００２６】
ＥＤＦ１４１〜１４５それぞれは、石英ガラスをホストガラスとし少なくともコア領域にＥｒ元素が添加されている光導波路である。これらＥＤＦ１４１〜１４５それぞれは、Ｅｒイオンを励起し得る波長の励起光が供給されることで、Ｃバンドの信号光を増幅する。ＴＤＦ１４６は、フッ化物系ガラス又はテルライト系ガラスをホストガラスとし少なくともコア領域にＴｍ元素が添加されている光導波路である。これらＴＤＦ１４６は、Ｔｍイオンを励起し得る波長の励起光が供給されることで、Ｓバンドの信号光を増幅する。
【００２７】
光結合器１３１、１３２及び励起光源１７１、１７２は、ＥＤＦ１４１〜１４５に励起光を供給する励起光供給手段として機能する。励起光の波長帯は、０．９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯である。励起光源１７１、１７２としては半導体レーザ光源が好ましい。光結合器１３１は、励起光源１７１から出力された励起光をＥＤＦ１４１に向けて出力するとともに、光アイソレータ１２１から到達した信号光をもＥＤＦ１４１に向けて出力する。光結合器１３２は、励起光源１７２から出力された励起光をＥＤＦ１４５に向けて出力するとともに、ＥＤＦ１４５から到達した光を光アイソレータ１２２に向けて出力する。
【００２８】
光結合器１３３〜１３５及び励起光源１７３〜１７５は、ＴＤＦ１４６に励起光を供給する励起光供給手段として機能する。励起光の波長帯は、１．０５μｍ帯、１．２μｍ帯、１．４μｍ帯又は１．５５〜１．６５μｍ帯である。励起光源１７３〜１７５としては、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＬＦレーザ光源、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源、Ｙｂレーザ光源、半導体レーザ光源、等が好ましい。光結合器１３３は、励起光源１７３から出力された励起光を光結合器１３４に向けて出力するとともに、光アイソレータ１２２から到達した信号光をも光結合器１３４に向けて出力する。光結合器１３４は、励起光源１７４から出力された励起光をＴＤＦ１４６に向けて出力するとともに、光結合器１３３から到達した光をもＴＤＦ１４６に向けて出力する。光結合器１３５は、励起光源１７５から出力された励起光をＴＤＦ１４６に向けて出力するとともに、ＴＤＦ１４６から到達した光を光アイソレータ１２３に向けて出力する。
【００２９】
光アイソレータ１２１〜１２３それぞれは、光を順方向（入力端１０１から出力端１０２へ向かう方向）にのみ光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【００３０】
光フィルタ１５１〜１５４それぞれは、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍに含まれる波長域においてＥＤＦ１４１〜１４５の利得を等化する利得等化フィルタであり、また、波長１５３０ｎｍ以上の波長域の光を遮断する遮断フィルタでもある。
【００３１】
光分岐器１１１は、入力端１０１と光アイソレータ１２１との間の光路上に配置されており、入力端１０１から入力された光の一部を分岐して、その分岐された光を信号光検知部１８１へ向けて出力する。信号光検知部１８１は、光分岐器１１１から到達した光を入力し、入力端１０１から入力された信号光のパワーを検知する。また、この信号光検知部１８１は、信号光のチャネル数を検知してもよい。
【００３２】
光分岐器１１２は、光アイソレータ１２３と出力端１０２との間の光路上に配置されており、出力端１０２から出力された光の一部を分岐し、その分岐された光を信号光検知部１８２へ向けて出力する。信号光検知部１８２は、光分岐器１１２から到達した光を入力し、出力端１０２から出力される信号光のパワーを検知する。また、この信号光検知部１８２は、信号光のチャネル数を検知してもよい。
【００３３】
温度調整部１６１は、ＥＤＦ１４１の温度を検知するとともに、その検知結果に基づいてＥＤＦ１４１の温度を室温以上に維持する。温度調整部１６２は、ＥＤＦ１４２の温度を検知するとともに、その検知結果に基づいてＥＤＦ１４２の温度を室温以上に維持する。温度調整部１６３は、ＥＤＦ１４３の温度を検知するとともに、その検知結果に基づいてＥＤＦ１４３の温度を室温以上に維持する。温度調整部１６４は、ＥＤＦ１４４の温度を検知するとともに、その検知結果に基づいてＥＤＦ１４４の温度を室温以上に維持する。また、温度調整部１６５は、ＥＤＦ１４５の温度を検知するとともに、その検知結果に基づいてＥＤＦ１４５の温度を室温以上に維持する。特に、温度調整部１６１〜１６５は、ＥＤＦ１４１〜１４５の温度を６５℃以上に維持するのが好ましい。
【００３４】
制御部１９０は、信号光検知部１８１、１８２による検知結果を受け取り、励起光源１７１〜１７５それぞれから出力される励起光のパワーを調整する。また、制御部１９０は、ＥＤＦ１４１〜１４５の温度を調整する温度調整部１６１〜１６５を制御する。
【００３５】
光増幅器１００では、励起光源１７１、１７２から出力された励起光はＥＤＦ１４１〜１４５に供給される。また、励起光源１７３〜１７５から出力された励起光はＴＤＦ１４６に供給される。入力端１０１から入力された信号光は、光分岐器１１１、光アイソレータ１２１及び光結合器１３１を順に通過した後、ＥＤＦ１４１〜１４５において増幅されるとともに、光フィルタ１５１〜１５４により利得等化される。増幅された信号光は、光結合器１３２、光アイソレータ１２２、光結合器１３３及び光結合器１３４を通過した後にＴＤＦ１４６において増幅され、光結合器１３５、光アイソレータ１２３及び光分岐器１１２を経て出力端１０２から出力される。
【００３６】
次に、光増幅器１００のより具体的な構成について説明する。ここでは、入力端１０１から入力される信号光は、波長域１４８９．３ｎｍ〜１５１８．７ｎｍに含まれる周波数間隔１００ＧＨｚの４０チャネルであり、各信号チャネルのパワーが−２１ｄＢｍであり、トータルのパワーが−５ｄＢｍであるとする。
【００３７】
ＥＤＦＡ部分の具体的な構成は以下のとおりである。ＥＤＦ１４１〜１４５全体の吸収条長積は１４０ｄＢであり、各ＥＤＦは１本のＥＤＦを５等分したものである。励起光源１７１、１７２それぞれよりＥＤＦ１４１〜１４５に供給される励起光は、波長が０．９８μｍ帯で、パワーが＋２４ｄＢｍである。
【００３８】
光フィルタ１５１〜１５４は、図２に示された透過特性を有する。ここでは、光フィルタ１５１〜１５４として３種類の光フィルタを想定する。光フィルタ１５１〜１５４として用いられる光フィルタＡ〜Ｃそれぞれは、波長１５２５ｎｍ以上の光を高効率に遮断する。光フィルタＡは、波長１５２０ｎｍ以下の光を殆ど無損失で透過させる。光フィルタＢは、波長域１５００ｎｍ〜１５２０ｎｍで損失が傾斜しており。光フィルタＣは、さらに大きな損失傾斜を有する。このような透過特性を有する光フィルタは、光ファイバに長周期の屈折率変調が形成された長周期グレーティングにおいて屈折率変調形成領域を長くすることで実現され得る。なお、図２において、グラフＧ２１０は、光フィルタＡの透過スペクトル、グラフＧ２２０は光フィルタＢの透過スペクトル、グラフＧ２３０は光フィルタＣの透過スペクトルを示す。
【００３９】
図３は、光増幅器１００のＥＤＦＡ部分の利得特性及び雑音指数特性を示すグラフである。なお、図３（ａ）において、グラフＧ３１０ａは光フィルタＡの利得スペクトル、グラフＧ３２０ａは光フィルタＢの利得スペクトル、グラフＧ３３０ａは光フィルタＣの利得スペクトルを示す。また、図３（ｂ）において、グラフＧ３１０ｂは光フィルタＡの雑音特性、グラフＧ３２０ｂは光フィルタＢの雑音特性、グラフＧ３３０ｂは光フィルタＣの雑音特性を示す。図４は、光増幅器１００におけるＥＤＦＡ部分の諸特性をまとめた表である。この表には、光フィルタ１５１〜１５４として光フィルタＡ〜Ｃそれぞれが適用された場合について、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍにおける相対利得偏差、最悪雑音特性、及び励起効率が示されている。相対利得偏差は利得偏差（ｄＢ）を最小利得偏差（ｄＢ）で割った値である。最悪雑音特性は信号波長域内の雑音指数の最悪値である。また、励起効率は信号光パワー増分を励起光パワーで割った値である。
【００４０】
これらの図から分かるように、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍにおけるＥＤＦＡ部分の利得は、非常に大きい正の傾斜を有している。通常のＣバンド用ＥＤＦＡの相対利得偏差は２０％以下であるのに対し、上記波長域におけるＥＤＦＡ部分の相対利得偏差は３０００％，２７０％及び９０％であって非常に大きい。また、文献２に記載されたＥＤＦＡの相対利得偏差は５６％であってやはり大きい。光フィルタ１５１〜１５４の信号波長域での損失を大きくすると、利得傾斜を改善することができるが、その場合、励起効率が顕著に劣化する。通常のＣバンド用ＥＤＦＡの励起効率は５０％〜６０％であり、通常のＬバンド用ＥＤＦＡの励起効率は４０％程度であるので、この場合のような１０％以下の励起効率は非現実的である。
【００４１】
このようにＥＤＦＡ部のみでは光増幅特性の改善は困難であるが、この発明に係る光増幅器は、ＥＤＦＡ部分に加えてＴＤＦＡ部分をも有することにより、光増幅特性の改善を図っている。
【００４２】
Ｓバンド用ＥＤＦにおいては、反転分布を１００％近くに維持する必要があるため、利得スペクトル（ｄＢ表示）の形状は、誘導放出断面積（線形）にほぼ比例する。一般に使用されるＡｌ添加ＥＤＦにおいて、１．５μｍ波長帯周辺での誘導放出断面積の波長依存性は、図５に示されたように、大きな傾斜を示す。なお、図５は、規格化された誘導断面積の波長依存性を示すグラフであり、この図５において、グラフＧ５１０はＡｌ添加ＥＤＦの規格化された誘導放出断面積、グラフＧ５２０はＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦの規格化された誘導放出断面積をそれぞれ示す。
【００４３】
その結果、波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）伝送に適した平坦な利得スペクトルを実現するには、図６に示されたようなＣバンド除去のみならずＳバンド信号波長域においても光フィルタＢ、Ｃ（図２参照）のようにロス傾斜を有する利得等化フィルタが必要になる。この結果、特に波長１．５２μｍ付近では光増幅器中に大きな挿入損失が発生することになり、励起効率の観点また雑音特性の観点からも不利になる。
【００４４】
ＥＤＦの誘導放出断面積の形状は、ホストガラスや添加物などのガラス組成により改変することができる。例えば、図５に示されたＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦでは、波長帯１．４９μｍ〜１．５２μｍでほぼ平坦な誘導放出断面積を有し、図２に示されたような透過特性を有する特殊な利得等化器なしで利得平坦化ができる。なお、定量的に１．４９μｍ帯と１．５２μｍ帯における誘導放出断面積の比率は、Ａｌ添加ＥＤＦで２．９、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦで１．６である。光増幅器１００の具体的な構成としては、ＣバンドＡＳＥ除去のみを目的として、図６に示された透過スペクトルを有する光フィルタの使用が考えられる。
【００４５】
次に、吸収条長積ピークの合計が１７０ｄＢである石英系のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを５等分し、各段に図６に示された透過スペクトルを有する光フィルタが挿入された光増幅器の利得スペクトル及び雑音特性（Noise Figure）を図７に示す。なお、この光増幅器の動作条件としては、入力信号光は、波長域１４８９．３ｎｍ〜１５１８．７ｎｍに含まれる周波数間隔１００ＧＨｚの４０チャネルであり、各チャネルの信号光パワーが−２１ｄＢｍであり、トータルのパワーが−５ｄＢｍであるとする。また、石英系のＡｌ添加ＥＤＦの温度は２５℃に設定され、該石英系のＡｌ添加ＥＤＦに双方向から供給される励起光は、波長が０．９８μｍ帯で、パワーが＋２４ｄＢｍである。
【００４６】
このような動作条件において、相対利得偏差は８７％、励起効率は１１．５％、雑音特性は６．６ｄＢであった。図３及び図４の結果（Ａｌ添加ＥＤＦの光フィルタＣ使用時）と比較すると、同等の利得偏差及び雑音特性でありながら、励起効率が９．０％から１１．５％と約３０％程度改善されることが分かる。これは、信号波長帯域における光フィルタの挿入損失が抑制されているためである。なお、上記Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦは、０．９８μｍ帯励起光の吸収効率が悪いという欠点かある。これを補うために、例えばＹｂを該Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦに共添加してもよい。Ｙｂは、Ｐと共添加されれば、Sensitizerとして良好に動作する。
【００４７】
一方、ＴＤＦＡ部分の具体的な構成は以下のとおりである。ＴＤＦ１４６は、Ｔｍ添加濃度が２０００ｗｔ.ｐｐｍであり長さが４５ｍである。励起光源１７４、１７５それぞれよりＴＤＦ１４６に供給される励起光は、波長が１．０５μｍ帯で、パワーが＋２３ｄＢｍである。励起光源１７３よりＴＤＦ１４６に供給される励起光は、波長が１．５６μｍ帯で、パワーが５５ｍＷである。
【００４８】
図８は、光増幅器１００のＴＤＦＡ部分の利得特性（図８（ａ））及び雑音指数特性（図８（ｂ））を示すグラフである。これらグラフから分かるように、ＴＤＦＡ部分は、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍにおいても利得を有している。ただし、この波長域におけるＴＤＦＡ部分の利得は、絶対値が大きい負の傾斜を有している。
【００４９】
図９は、光増幅器１００における各部の利得スペクトルであり、この図９において、グラフＧ６１０はＴＤＦＡ部分の利得スペクトル、グラフＧ６２０はＥＤＦＡ部分の利得スペクトル、グラフＧ６３０は光増幅器全体の利得スペクトルを示す。図１０は、このときの光フィルタ１５１〜１５４の透過スペクトルである。図９に示されたように、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍにおいて、ＥＤＦＡ部分の正の利得傾斜とＴＤＦＡ部分の負の利得傾斜とが互いに相殺して、光増幅器１００全体の相対利得偏差が２５％まで低減され、該光増幅器１００全体の利得が平坦化されている。
【００５０】
なお、光増幅器１００全体の利得をさらに平坦化するには、光フィルタ１５１〜１５４の透過特性をさらに最適化すればよい。また、光フィルタ１５１〜１５４それぞれは、互いに同一の透過特性を有していてもよいが、各々異なる透過特性を有していてもよい。
【００５１】
また、ＴＤＦＡ部分とＥＤＦＡ部分とを有する光増幅器１００において、図１に示されたように、ＥＤＦＡ部分を前段に設けるのが好ましい。このようにすることにより、前段のＥＤＦＡに入力する信号光のパワーが小さくなって、ＥＤＦ１４１〜１４５における反転分布が高くなり、一方、後段のＴＤＦＡに入力する信号光のパワーが大きくなって、ＴＤＦ１４６において利得飽和が生じるので、ＴＤＦＡ部分における利得ピーク波長の長波長化に有利となる。
【００５２】
また、図９から分かるように、波長１４９０ｎｍ付近における光増幅器１００の利得はさらに大きいことが望まれる。そのためには、ＥＤＦ１４１〜１４５の温度を高く維持することが好ましい。図１１は、ＥＤＦの誘導放出断面積σ_e及び吸収断面積σ_aの波長依存性を示すグラフである。この図において、実線は温度７５℃の場合を示し、破線は室温２５℃の場合を示す。波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍにおいて、ＥＤＦの誘導放出断面積σ_eは温度依存性が小さいものの、ＥＤＦの吸収断面積σ_aは温度依存性が大きい。温度が高いほど、ＥＤＦの吸収断面積σ_aは小さくなる。このことから、図１１に示されたように、ＥＤＦ１４１〜１４５の温度を高く維持することにより、特に短波長側において利得が改善される。また、励起効率は、温度２５℃のときには９．０％であったのに対して、温度７５℃のときには１０．６％であり、約０．７ｄＢの改善が図られる。温度調整部１６１〜１６５は、ＥＤＦ１４１〜１４５の温度を高温に維持するためのものであり、例えばペルチエ素子やヒータ等が用いられる。一般に光通信システムにおいて用いられる装置の環境温度仕様は０℃〜６５℃であるので、ＥＤＦ１４１〜１４５の設定温度を６５℃以上とすれば、冷却が不要となって、安価なヒータを使用することができ安価となる。
【００５３】
図１２は、ＥＤＦ温度を上げたときのＳバンド用ＥＤＦＡの光増幅特性を示すグラフである。なお、図１２（ａ）において、グラフＧ９１０ａはＥＤＦ温度が２５℃のときの上記ＥＤＦＡの利得スペクトル、グラフＧ９２０ａはＥＤＦ温度が７５℃のときの上記ＥＤＦＡの利得スペクトルを示す。また、図１２（ｂ）において、グラフＧ９１０ｂはＥＤＦ温度が２５℃のときの上記ＥＤＦＡの雑音特性、グラフＧ９２０ｂはＥＤＦ温度が７５℃のときの上記ＥＤＦＡの雑音特性を示す。このＥＤＦＡの動作条件としては、入力端１０１から入力される信号光は、波長域１４８９．３ｎｍ〜１５１８．７ｎｍに含まれる周波数間隔１００ＧＨｚの４０チャネルであり、各チャネルの信号光パワーが−２１ｄＢｍであり、トータルのパワーが−５ｄＢｍであるとする。
【００５４】
ＥＤＦＡ部分の具体的な構成は以下のとおりである。ＥＤＦ１４１〜１４５に相当する石英系のＡｌ添加ＥＤＦの吸収条長積ピーク合計は１４０ｄＢであり、各ＥＤＦはこれを５等分したものである。励起光源１７１，１７２それぞれよりＥＤＦ１４１〜１４５に供給される励起光は、波長が０．９８μｍ帯で、パワーが＋２４ｄＢｍである。光フィルタ１５１〜１５４は、図２中のグラフＧ２３０で示された透過特性を有する。
【００５５】
また、波長１．５３μｍより短い帯域におけるＥＤＦＡ部分の利得スペクトルは、０．９８μｍ帯励起光の波長により、その形状が異なる。図１３は、ＥＤＦＡ部分の利得スペクトルである。なお、図１３において、グラフＧ１０１０は波長９７４ｎｍの励起光が供給されたときの利得スペクトル、グラフＧ１０２０は波長９７６ｎｍの励起光が供給されたときの利得スペクトル、グラフＧ１０３０が波長９７８ｎｍの励起光が供給されたときの利得スペクトル、及びグラフＧ１０４０は波長９８０ｎｍの励起光が供給されたときの利得スペクトルを示す。これらグラフから分かるように、励起光波長が９７６ｎｍ以下であれば、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍにおいてＥＤＦＡ部分の利得の改善が図られる。
【００５６】
次に、この発明に係る光通信システムの一実施形態について説明する。図１４は、この発明に係る光通信システム１の一構成例を示す図である。この図に示された光通信システム１は、光送信器１０、光中継器２０及び光受信器３０を備え、光送信器１０と光中継器２０との間に光ファイバ伝送路４０が敷設され、光中継器２０と光受信器３０との間に光ファイバ伝送路５０が敷設されている。
【００５７】
光送信器１０は、光源部１１₁〜１１₄及び光合波器１２を有する。光源部１１₁は、波長域１４５５ｎｍ〜１４９０ｎｍ（以下「Ｓｂバンド」と呼ぶ）に含まれる複数チャネルの信号光を合波する。光源部１１₂は、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍ（以下「Ｓｒバンド」と呼ぶ）に含まれる複数チャネルの信号光を合波する。光源部１１₃は、Ｃバンドに含まれる複数チャネルの信号光を合波する。光源部１１₄は、Ｌバンドに含まれる複数チャネルの信号光を合波する。また、光合波器１２は、光源部１１₁〜１１₄それぞれから出力された複数チャネルの信号光をさらに合波し、この合波光（多重化信号光）を光ファイバ伝送路４０へ送出する。なお、光合波器１２は、先ず、Ｓｂバンド及びＳｒバンドそれぞれの信号光を合波するとともに、Ｃバンド及びＬバンドそれぞれの信号光を合波し、その後に、全バンドを合波する構成であってもよい。
【００５８】
光中継器２０は、光分波器２１、光増幅器２２₁〜２２₄、光合波器２３、光結合器２４及び励起光源２５を備える。光結合器２４は、励起光源２５から出力されたラマン増幅用の励起光を光ファイバ伝送路４０へ送出するとともに、光ファイバ伝送路４０を伝搬してきてきた複数チャネルの信号光を光分波器２１へ出力する。光分波器２１は、その複数チャネルの信号光を入力してバンド毎に分波したのち、Ｓｂバンドの信号光を光増幅器２２₁へ出力し、Ｓｒバンドの信号光を光増幅器２２₂へ出力し、Ｃバンドの信号光を光増幅器２２₃へ出力し、Ｌバンドの信号光を光増幅器２２₄へ出力する。なお、光分波器２１は、先ず、Ｓｂバンド及びＳｒバンドと、Ｃバンド及びＬバンドとに分波して、その後に、バンド毎に分波する構成であってもよい。
【００５９】
光増幅器２２₁は、光分波器２１より出力されたＳｂバンドの信号光を入力し、この信号光を一括増幅する。光増幅器２２₂は、光分波器２１から出力されたＳｒバンドの信号光を入力し、この信号光を一括増幅する。光増幅器２２₃は、光分波器２１から出力されたＣバンドの信号光を入力し、この信号光を一括増幅する。光増幅器２２₄は、光分波器２１から出力されたＬバンドの信号光を入力し、この信号光を一括増幅する。光合波器２３は、光増幅器２２₁〜２２₄それぞれから出力された複数チャネルの信号光を合波し、光ファイバ伝送路５０へ送出する。
【００６０】
光受信器３０は、光分波器３１及び受光部３１₁〜３２_Nを含む。光分波器３１は、光ファイバ伝送路５０を伝搬してきてきた複数チャネルの信号光を信号チャネル毎に分波する。受光部３１_nは、光分波器３１から出力された波長λ_nの信号光を入力し、この信号光を受信する。ただし、Ｎは４以上の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数である。
【００６１】
光中継器２０に含まれる４つの光増幅器のうち、Ｓｂバンドの信号光を増幅する光増幅器２２₁は、１．０５μｍ波長帯励起のＴＤＦＡである。Ｓｒバンドの信号光を増幅する光増幅器２２₂は、上記光増幅器１００と同様の構成を有する。Ｃバンドの信号光を増幅する光増幅器２２₃は通常のＣバンド用ＥＤＦＡである。Ｌバンドの信号光を増幅する光増幅器２２₄はＬバンド用ＥＤＦＡである。図１５（ａ）はＳｂバンド用光増幅器２２₁の利得スペクトルである。図１５（ｂ）はＣバンド用光増幅器２２₃の利得スペクトルである。また、図１５（ｃ）はＬバンド用光増幅器２２₄の利得スペクトルである。
【００６２】
次に、光通信システム１のより具体的な構成について説明する。ここでは、Ｓｂバンドの多重化信号光は、波長域１４５６．７ｎｍ〜１４８６．３ｎｍに含まれる周波数間隔１００ＧＨｚの３９チャネルである。Ｓｒバンドの多重化信号光は、波長域１４９０．８ｎｍ〜１５２２．６ｎｍに含まれる周波数間隔１００ＧＨｚの４２チャネルである。Ｃバンドの多重化信号光は、波長域１５２８．０ｎｍ〜１５６３．９ｎｍに含まれる周波数間隔１００ＧＨｚの４５チャネルである。また、Ｌバンドの多重化信号光は、波長域１５６８．８ｎｍ〜１６０３．２ｎｍに含まれる周波数間隔１００ＧＨｚの４１チャネルである。このように構成された光通信システム１では、未使用波長域が１５ｎｍ以下で、波長域１．４５μｍ〜１．６１μｍの多重化信号光を良好な伝送特性で伝送することができる。
【００６３】
上述の実施形態では、信号波長域が帯域幅４ｎｍ〜６ｎｍの未使用波長域で隔てられた１又はそれ以上の帯域を含む。これは、Ｅｒ元素及びＴｍ元素それぞれの蛍光特性を考慮すれば妥当なものである。また、各光合波器及び各光分波器が誘電体多層膜フィルタから構成された場合に、その現行の技術レベルを考慮しても妥当なものである。
【００６４】
また、光ファイバ伝送路において信号光をラマン増幅することを考慮すると、ＳｂバンドとＳｒバンドとの間の未使用波長域、ＳｒバンドとＣバンドとの間の未使用波長域、又は、ＣバンドとＬバンドとの間の未使用波長域に、ラマン増幅用の励起光の波長を設定するのが好ましい。このとき、このラマン増幅用の励起光のレーリ散乱が信号光に悪影響を及ぼさないように、この励起光の３０ｄＢダウン帯域幅が未使用波長域幅より狭いことが望ましい。現在において多用されているラマン増幅用励起光源は、ファイバグレーティング付き半導体レーザ光源であり、図１６に示されるようた出力光スペクトルを有しており、３０ｄＢダウン帯域幅が４ｎｍ〜５ｎｍ程度である。この点からも、未使用波長域幅が４ｎｍ〜６ｎｍであるのは妥当なものである。
【００６５】
なお、この発明は、上述のような実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、この発明に係る光増幅モジュールは、Ｅｒ元素が光導波領域に添加されたＥｒ添加光導波路としてＥＤＦを備え、Ｔｍ元素が光導波領域に添加されたＴｍ添加光導波路としてＴＤＦを備えるものであった。しかし、当該光増幅モジュールは、平面基板上に形成された光導波路にＥｒ元素又はＴｍ元素が添加されたものを備えたものであってもよい。ただし、ＥＤＦ、ＴＤＦのように希土類元素が添加された光ファイバである場合の方が、導波路長を容易に長くすることができ、利得を高くすることができ、この点で好ましい。
【００６６】
また、この発明に係る光増幅モジュールは、所定の波長の励起光が供給されることで、入力された信号光を増幅することができる。しかしながら、この光増幅器モジュールは、Ｅｒ、Ｔｍを励起し得る波長の励起光が供給されるのみで、信号光が入力しなければ、Ｔｍ添加光導波路Ｅｒ添加光導波路それぞれにおいて発生した自然放出光を出力する。この場合、この光増幅モジュール及び励起光供給手段は、波長域１．４５μｍ〜１．６１μｍの白色光を出力する白色光源を構成する。この白色光源は図１に示された構成と略同様であるが、信号光の入出力が無いので、光分岐器１２１、１２２及び信号光検知部１８１、１８２は不要である。
【００６７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、Ｅｒイオンを励起し得る波長の励起光が第１励起光供給手段によりＥｒ添加光導波路に供給され、Ｔｍイオンを励起し得る波長の励起光が第２励起光供給手段によりＴｍ添加光導波路に供給される。そして、Ｅｒ添加光導波路及びＴｍ添加光導波路を含む光増幅モジュールでは、Ｅｒ添加光導波路及びＴｍ添加光導波路の双方において信号光が増幅される。このとき、当該光増幅モジュール全体の利得スペクトルは、Ｅｒ添加光導波路及びＴｍ添加光導波路それぞれの利得スペクトルを総合したスペクトルとなる。これにより、波長域１４９０ｎｍ〜１５２０ｎｍ付近における信号光増幅の利得が従来より平坦なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光増幅器の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１中の光フィルタの透過スペクトルである。
【図３】図１に示された光増幅器におけるＥＤＦＡ部分の利得特性及び雑音指数特性を示すグラフである。
【図４】図１に示された光増幅器におけるＥＤＦＡ部分の諸特性を纏めた表である。
【図５】Ａｌ添加ＥＤＦとＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦそれぞれの規格化された誘導放出断面積を示すグラフである。
【図６】Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ用光フィルタの透過スペクトルである。
【図７】Ｓバンド増幅用Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡの光増幅特性を示すグラフである。
【図８】図１に示された光増幅器におけるＴＤＦＡ部分の利得特性及び雑音指数特性を示すグラフである。
【図９】図１に示された光増幅器における各部の利得スペクトルである。
【図１０】図１中の光フィルタの透過スペクトルである。
【図１１】ＥＤＦの誘導放出断面積σ_e及び吸収断面積σ_aの波長依存性を示すグラフである。
【図１２】温度２５℃及び７５℃それぞれの場合におけるＥＤＦＡ部分の利得特性及び雑音指数指数を示すグラフである。
【図１３】波長９７４ｎｍ、９７６ｎｍ、９７８ｎｍ及び９８０ｎｍの励起光がそれぞれ供給されたときのＥＤＦＡ部分の利得スペクトルである。
【図１４】この発明に係る光通信システムにおける一実施形態の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示された光通信システムに含まれる光増幅器それぞれの利得スペクトルである。
【図１６】ファイバグレーティング付き半導体レーザ光源の出力光スペクトルである。
【符号の説明】
１…光通信システム、１０…光増進器、２０…光中継器、３０…光受信器、１００…光増幅器、１０１…入力端、１０２…出力端、１１１，１１２…光分岐器、１２１〜１２３…光アイソレータ、１３１〜１３５…光結合器、１４１〜１４５…ＥＤＦ、１４６…ＴＤＦ、１５１〜１５４…光フィルタ、１６１〜１６５…温度調整部、１７１〜１７５…励起光源、１８１、１８２…信号光検知部、１９０…制御部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplification module including an optical waveguide in which a rare earth element is added to an optical waveguide region, an optical amplifier including the optical amplification module, a white light source, and an optical communication system including the optical amplifier.
[0002]
[Prior art]
An optical communication system can transmit a large amount of information at high speed by propagating signal light through an optical fiber transmission line. As the wavelength band of signal light in this optical communication system, the C band (1530 nm to 1565 nm) has already been used, and the use of the L band (1565 nm to 1625 nm) is also being studied. In order to further increase the capacity, the use of the S band (1460 nm to 1530 nm) as a signal wavelength band is also being studied.
[0003]
In an optical communication system, an optical amplifier is used to amplify signal light. As an optical amplifier capable of optically amplifying C-band or L-band signal light, an optical amplification fiber (EDF: Erbium-Doped Fiber) in which an Er (erbium) element is added to an optical waveguide region is applied as an optical amplification medium. An EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) is used. The EDFA can amplify the C-band or L-band signal light propagating through the EDF by supplying excitation light (wavelength 0.98 μm band or 1.48 μm band) to the EDF.
[0004]
On the other hand, as an optical amplifier capable of amplifying S-band signal light, an optical amplification fiber (TDF: Thulium-Doped Fiber) in which a Tm (thulium) element is added to an optical waveguide region is used as an optical amplification medium. Thulium-Doped Fiber Amplifier) is being studied. The TDFA supplies pump light (wavelength 1.05 μm band, 1.2 μm band, 1.4 μm band, or 1.55 to 1.65 μm band) to the TDF, so that the S-band signal light that propagates through the TDF. Can be amplified.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of studying a conventional optical amplifier, the inventors have found the following problems. That is, the upper limit of the signal wavelength region that can be actually amplified by TDFA is about 1510 nm (for example, reference 1 “T. Kasamatsu, et al.,” Laser-diode-pumped highly-efficient gain-shifted thulium-doped fiber amplifier operating in the 1480-1510-nm band ", OFC2001, Technical Digest, TuQ4 (2001)). On the other hand, the lower limit of the signal wavelength range that can be amplified by the EDFA is generally about 1530 nm. Therefore, signal light in the wavelength range of 1510 nm to 1530 nm cannot be amplified only by using these EDFA and TDFA. For this reason, the use efficiency in the low-loss wavelength region of the silica-based optical fiber used as the optical fiber transmission line is poor.
[0006]
Therefore, an EDFA capable of amplifying signal light in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm has been proposed (for example, “E. Ishikawa, et al.,“ Novel 1500 nm-band EDFA with discrete Raman amplifier ”, ECOC2001, Postdeadline. papers, pp. 48-49 (2001) "and JP 2001-313433 A). The EDFAs disclosed therein amplify signal light in the above-described wavelength range by increasing the inversion distribution.
[0007]
However, this EDFA has a very large positive gain gradient in the above wavelength range, and gain flattening alone cannot be realized. For this reason, a Raman amplifier must be used together for gain flattening. However, the Raman amplifier is large in size because it has a lower pumping efficiency and requires an optical fiber length of several kilometers compared to EDFA and TDFA, and is caused by nonlinear optical phenomena and double Rayleigh scattering in the optical fiber. There are problems such as degradation of signal light transmission quality.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems. An optical amplifier in which the amplification gain of signal light in the vicinity of the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm is flatter than before, and a rare earth element is added to the optical waveguide region. It is an object of the present invention to provide an optical amplification module that includes an optical waveguide and can be suitably used in the optical amplifier, an optical communication system that includes the optical amplifier, and a white light source that includes the optical amplification module.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The optical amplification module according to the present invention is an optical amplification module that amplifies signal light of a plurality of channels in a signal wavelength range including at least part of the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm. The optical amplification module includes a Tm-doped optical waveguide in which a Tm element is added to an optical waveguide region, and an Er-doped optical waveguide that is optically connected to the Tm-doped optical waveguide and in which an Er element is added to the optical waveguide region. Prepare. An optical amplifier according to the present invention is an optical amplifier that amplifies signal light input from an input end. This optical amplifier includes the above-described optical amplification module including a Tm-doped optical waveguide and an Er-doped optical waveguide, first excitation light supply means for supplying excitation light having a wavelength capable of exciting Er ions to the Er-doped optical waveguide, and Tm ions. Second excitation light supply means for supplying excitation light having a wavelength capable of exciting the light to the Tm-doped optical waveguide.
[0010]
According to this invention, excitation light having a wavelength capable of exciting Er ions is supplied to the Er-doped optical waveguide by the first excitation light supply means, and excitation light having a wavelength capable of exciting Tm ions is supplied by the second excitation light supply means. It is supplied to the Tm-doped optical waveguide. In the optical amplification module including the Er-doped optical waveguide and the Tm-doped optical waveguide, the signal light is amplified in both the Er-doped optical waveguide and the Tm-doped optical waveguide. Therefore, the overall gain spectrum is a total of the gain spectra of the Er-doped optical waveguide and the Tm-doped optical waveguide. As a result, the amplification gain of the signal light in the wavelength region near 1490 nm to 1520 nm becomes flatter than before.
[0011]
The optical amplification module according to the present invention is arranged upstream, downstream, or in the middle of the Er-doped optical waveguide as viewed from the traveling direction of the signal light, and the gain of the Er-doped optical waveguide is increased in a region included in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm. A gain equalizing filter for equalization may be further provided. In this case, the amplification gain of the signal light in the wavelength region near 1490 nm to 1520 nm is further flattened by the gain equalization filter.
[0012]
The optical amplification module according to the present invention further includes a cutoff filter that is disposed upstream, downstream, or in the middle of the Er-doped optical waveguide as viewed from the traveling direction of the signal light, and that blocks light in the wavelength region of 1530 nm or more. Also good. In this case, spontaneous emission light (ASE) having a wavelength of 1530 nm or more is blocked by the blocking filter and is prevented from being output to the subsequent stage.
[0013]
The optical amplification module according to the present invention may further include a first optical coupler that supplies excitation light in a 0.98 μm band to an Er-doped optical waveguide. In this case, it is preferable for enhancing the inversion distribution of the Er-doped optical waveguide. In addition, the optical amplification module according to the present invention includes a Tm-added optical waveguide that transmits excitation light having a wavelength of 1.05 μm or 1.4 μm and excitation light having a wavelength of 1.2 μm or 1.55 to 1.65 μm. A second optical coupler may be further provided. In this case, it is preferable for causing a long wavelength shift of the gain peak.
[0014]
The optical amplification module according to the present invention may include an Er-doped optical waveguide in which an Er element is added to the optical waveguide region, and temperature adjusting means for maintaining the temperature of the Er-doped optical waveguide at room temperature or higher. In this case, it is preferable to increase the gain of the Er-doped optical waveguide. Further, it is preferable that the temperature adjusting means maintain the temperature of the Er-doped optical waveguide at 65 ° C. or higher, which is preferable in that an inexpensive heater can be used.
[0015]
In addition, the optical amplification module according to the present invention includes Al in the optical waveguide region together with Er element ₂ O _Three And P ₂ O _Five May be provided with an Er-doped optical waveguide. In this case, the optical amplification module amplifies signal light of a plurality of channels in a signal wavelength range including at least a part of the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm. In addition, in the S band, the wavelength dependence of the stimulated emission cross-sectional area becomes flat, so that the gain can be easily flattened.
[0016]
In the optical amplification module according to the present invention, each of the Tm-doped optical waveguide and the Er-doped optical waveguide preferably includes an optical fiber. This is because the waveguide length can be easily increased and the gain can be increased.
[0017]
An optical amplifier according to the present invention includes an Er-doped optical waveguide in which an Er element is added to an optical waveguide region, and excitation light supply means for supplying excitation light in a 0.98 μm band having a wavelength of 976 nm or less to the Er-doped optical waveguide. . In this case, the gain of the Er-doped optical waveguide is improved in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm.
[0018]
In the optical amplifier according to the present invention, the Er-doped optical waveguide is preferably arranged on the upstream side of the Tm-doped optical waveguide as viewed from the traveling direction of the signal light. In this case, the power of the signal light input to the front-stage Er-doped optical waveguide is reduced, and the inversion distribution in the Er-doped optical waveguide is increased. On the other hand, the power of the signal light input to the rear-stage Tm-doped optical waveguide is increased. Thus, gain saturation occurs in the Tm-doped optical waveguide, which is advantageous for increasing the gain peak wavelength in the Tm-doped optical waveguide.
[0019]
An optical communication system according to the present invention includes the optical amplifier (the optical amplifier according to the present invention), transmits a plurality of channels of signal light in a signal wavelength range including a wavelength range of 1490 nm to 1520 nm, and signal light in the wavelength range. Is amplified by an optical amplifier. In this optical communication system, signal light in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm is amplified by the optical amplifier. Therefore, the unused wavelength range is smaller than that in the past, and more information can be transmitted and received.
[0020]
In the optical communication system according to the present invention, the signal wavelength band preferably includes one or more bands separated by an unused wavelength band having a bandwidth of 4 nm to 6 nm. In this case, from the viewpoint of the fluorescence characteristics of the Er element and the Tm element, and from the viewpoint of the characteristics of the optical multiplexer and the optical demultiplexer, an unused wavelength region with such a bandwidth is optimal.
[0021]
In the optical communication system according to the present invention, it is preferable that Raman amplification pumping light in an unused wavelength region is supplied to an optical transmission line, and signal light is Raman amplified in the optical transmission line. In this case, the gain spectrum of the entire system can be further flattened, and the adverse effect of the Rayleigh scattering of the excitation light for Raman amplification on the signal light can be suppressed.
[0022]
A white light source according to the present invention includes the above-described optical amplification module (optical amplification module according to the present invention) including a Tm-doped optical waveguide and an Er-doped optical waveguide, and excitation light having a wavelength capable of exciting Er ions in the Er-doped optical waveguide. A first excitation light supply means for supplying the second excitation light supply means for supplying excitation light having a wavelength capable of exciting Tm ions to the Tm-doped optical waveguide, and the Tm-doped optical waveguide and Er added by the supply of the excitation light; Spontaneous emission light generated in each optical waveguide is output. This white light source has substantially the same configuration as the optical amplifier, but does not receive signal light and outputs spontaneously emitted light generated in each of the Tm-doped optical waveguide and Er-doped optical waveguide. This white light source can output white light having a wavelength range of 1.45 μm to 1.61 μm.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an optical amplification module, an optical amplifier, a white light source, and an optical communication system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0024]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an optical amplifier 100 according to the present invention. The optical amplifier 100 shown in this figure is arranged in order on a signal light propagation path from the input end 101 to the output end 102, and is arranged in order, an optical splitter 111, an optical isolator 121, an optical coupler 131, an EDF 141, and an optical filter 151. , EDF 142, optical filter 152, EDF 143, optical filter 153, EDF 144, optical filter 154, EDF 145, optical coupler 132, optical isolator 122, optical coupler 133, optical coupler 134, TDF 146, optical coupler 135, optical isolator 123 And an optical splitter 112.
[0025]
The optical amplifier 100 includes a temperature adjusting unit 161 that adjusts the temperature of the EDF 141, a temperature adjusting unit 162 that adjusts the temperature of the EDF 142, a temperature adjusting unit 163 that adjusts the temperature of the EDF 143, and a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the EDF 144. 164, a temperature adjusting unit 165 for adjusting the temperature of the EDF 145, a pumping light source 171 connected to the optical coupler 131, a pumping light source 172 connected to the optical coupler 132, a pumping light source 173 connected to the optical coupler 133, and light An excitation light source 174 connected to the coupler 134, an excitation light source 175 connected to the optical coupler 135, a signal light detector 181 connected to the optical splitter 121, and a signal light detector 182 connected to the optical splitter 122. And a control unit 190. Each component and the temperature adjustment units 161 to 165 on the signal light propagation circuit constitute a part of the optical amplification module according to the present invention.
[0026]
Each of the EDFs 141 to 145 is an optical waveguide in which quartz glass is used as a host glass and an Er element is added at least in the core region. Each of these EDFs 141 to 145 amplifies C-band signal light by being supplied with excitation light having a wavelength capable of exciting Er ions. The TDF 146 is an optical waveguide in which fluoride glass or tellurite glass is used as host glass and a Tm element is added at least in the core region. These TDFs 146 amplify S-band signal light by being supplied with excitation light having a wavelength capable of exciting Tm ions.
[0027]
The optical couplers 131 and 132 and the excitation light sources 171 and 172 function as excitation light supply means for supplying excitation light to the EDFs 141 to 145. The wavelength band of the excitation light is a 0.98 μm band or a 1.48 μm band. As the excitation light sources 171 and 172, semiconductor laser light sources are preferable. The optical coupler 131 outputs the excitation light output from the excitation light source 171 toward the EDF 141 and also outputs the signal light reaching from the optical isolator 121 toward the EDF 141. The optical coupler 132 outputs the excitation light output from the excitation light source 172 toward the EDF 145 and outputs the light reaching from the EDF 145 toward the optical isolator 122.
[0028]
The optical couplers 133 to 135 and the excitation light sources 173 to 175 function as excitation light supply means for supplying excitation light to the TDF 146. The wavelength band of the excitation light is a 1.05 μm band, a 1.2 μm band, a 1.4 μm band, or a 1.55 to 1.65 μm band. As the excitation light sources 173 to 175, a semiconductor laser excitation Nd: YLF laser light source, an Nd: YAG laser light source, a Yb laser light source, a semiconductor laser light source, and the like are preferable. The optical coupler 133 outputs the excitation light output from the excitation light source 173 toward the optical coupler 134, and also outputs the signal light reaching from the optical isolator 122 toward the optical coupler 134. The optical coupler 134 outputs the pumping light output from the pumping light source 174 toward the TDF 146 and also outputs the light reaching from the optical coupler 133 toward the TDF 146. The optical coupler 135 outputs the excitation light output from the excitation light source 175 toward the TDF 146 and outputs the light reaching from the TDF 146 toward the optical isolator 123.
[0029]
Each of the optical isolators 121 to 123 allows light to pass only in the forward direction (the direction from the input end 101 toward the output end 102), but does not allow light to pass in the reverse direction.
[0030]
Each of the optical filters 151 to 154 is a gain equalizing filter that equalizes the gains of the EDFs 141 to 145 in a wavelength range included in the wavelength range 1490 nm to 1520 nm, and is a cutoff filter that blocks light in the wavelength range of 1530 nm or more. But there is.
[0031]
The optical branching device 111 is disposed on the optical path between the input end 101 and the optical isolator 121, branches a part of the light input from the input end 101, and detects the branched light as signal light. Output to the unit 181. The signal light detection unit 181 receives light that has arrived from the optical branching device 111 and detects the power of the signal light input from the input terminal 101. The signal light detection unit 181 may detect the number of channels of signal light.
[0032]
The optical branching device 112 is disposed on the optical path between the optical isolator 123 and the output end 102, branches a part of the light output from the output end 102, and the branched light is a signal light detection unit. Output to 182. The signal light detector 182 receives the light that has arrived from the optical splitter 112 and detects the power of the signal light output from the output terminal 102. The signal light detection unit 182 may detect the number of channels of signal light.
[0033]
The temperature adjustment unit 161 detects the temperature of the EDF 141 and maintains the temperature of the EDF 141 at room temperature or higher based on the detection result. The temperature adjustment unit 162 detects the temperature of the EDF 142 and maintains the temperature of the EDF 142 at room temperature or higher based on the detection result. The temperature adjustment unit 163 detects the temperature of the EDF 143 and maintains the temperature of the EDF 143 at room temperature or higher based on the detection result. The temperature adjustment unit 164 detects the temperature of the EDF 144 and maintains the temperature of the EDF 144 at room temperature or higher based on the detection result. Further, the temperature adjustment unit 165 detects the temperature of the EDF 145 and maintains the temperature of the EDF 145 at room temperature or higher based on the detection result. In particular, the temperature adjustment units 161 to 165 preferably maintain the temperature of the EDFs 141 to 145 at 65 ° C. or higher.
[0034]
The control unit 190 receives detection results from the signal light detection units 181 and 182 and adjusts the power of the excitation light output from each of the excitation light sources 171 to 175. In addition, the control unit 190 controls the temperature adjustment units 161 to 165 that adjust the temperatures of the EDFs 141 to 145.
[0035]
In the optical amplifier 100, the pumping lights output from the pumping light sources 171 and 172 are supplied to the EDFs 141 to 145. The excitation light output from the excitation light sources 173 to 175 is supplied to the TDF 146. The signal light input from the input terminal 101 sequentially passes through the optical splitter 111, the optical isolator 121, and the optical coupler 131, and then is amplified by the EDFs 141 to 145 and gain-equalized by the optical filters 151 to 154. . The amplified signal light passes through the optical coupler 132, the optical isolator 122, the optical coupler 133, and the optical coupler 134, and then is amplified in the TDF 146. The amplified signal light is output through the optical coupler 135, the optical isolator 123, and the optical splitter 112. Output from the end 102.
[0036]
Next, a more specific configuration of the optical amplifier 100 will be described. Here, the signal light input from the input terminal 101 is 40 channels with a frequency interval of 100 GHz included in the wavelength region 1489.3 nm to 1518.7 nm, the power of each signal channel is -21 dBm, and the total power is Let it be −5 dBm.
[0037]
The specific configuration of the EDFA part is as follows. The absorption length product of the entire EDFs 141 to 145 is 140 dB, and each EDF is one EDF divided into five equal parts. The pumping light supplied from the pumping light sources 171 and 172 to the EDFs 141 to 145 has a wavelength of 0.98 μm and power of +24 dBm.
[0038]
The optical filters 151 to 154 have the transmission characteristics shown in FIG. Here, three types of optical filters are assumed as the optical filters 151 to 154. Each of the optical filters A to C used as the optical filters 151 to 154 blocks light having a wavelength of 1525 nm or more with high efficiency. The optical filter A transmits light having a wavelength of 1520 nm or less with almost no loss. In the optical filter B, the loss is inclined in the wavelength range of 1500 nm to 1520 nm. The optical filter C has a larger loss slope. An optical filter having such transmission characteristics can be realized by lengthening a refractive index modulation formation region in a long period grating in which a long period refractive index modulation is formed in an optical fiber. In FIG. 2, a graph G210 indicates a transmission spectrum of the optical filter A, a graph G220 indicates a transmission spectrum of the optical filter B, and a graph G230 indicates a transmission spectrum of the optical filter C.
[0039]
FIG. 3 is a graph showing gain characteristics and noise figure characteristics of the EDFA portion of the optical amplifier 100. 3A, the graph G310a shows the gain spectrum of the optical filter A, the graph G320a shows the gain spectrum of the optical filter B, and the graph G330a shows the gain spectrum of the optical filter C. 3B, the graph G310b shows the noise characteristic of the optical filter A, the graph G320b shows the noise characteristic of the optical filter B, and the graph G330b shows the noise characteristic of the optical filter C. FIG. 4 is a table summarizing various characteristics of the EDFA portion in the optical amplifier 100. This table shows the relative gain deviation, worst noise characteristic, and pumping efficiency in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm when the optical filters A to C are applied as the optical filters 151 to 154, respectively. The relative gain deviation is a value obtained by dividing the gain deviation (dB) by the minimum gain deviation (dB). The worst noise characteristic is the worst value of the noise figure within the signal wavelength range. The pumping efficiency is a value obtained by dividing the signal light power increment by the pumping light power.
[0040]
As can be seen from these figures, the gain of the EDFA portion in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm has a very large positive slope. While the relative gain deviation of a normal C-band EDFA is 20% or less, the relative gain deviation of the EDFA portion in the wavelength range is 3000%, 270%, and 90%, which are very large. Further, the relative gain deviation of the EDFA described in Document 2 is 56%, which is still large. When the loss in the signal wavelength region of the optical filters 151 to 154 is increased, the gain tilt can be improved, but in this case, the pumping efficiency is significantly degraded. The excitation efficiency of a normal C-band EDFA is 50% to 60%, and the excitation efficiency of a normal L-band EDFA is about 40%. Therefore, an excitation efficiency of 10% or less as in this case is impractical. It is.
[0041]
As described above, it is difficult to improve the optical amplification characteristic only by the EDFA part. However, the optical amplifier according to the present invention has the TDFA part in addition to the EDFA part, thereby improving the optical amplification characteristic.
[0042]
In the S-band EDF, since the inversion distribution needs to be maintained close to 100%, the shape of the gain spectrum (dB display) is almost proportional to the stimulated emission cross section (linear). In a commonly used Al-doped EDF, the wavelength dependence of the stimulated emission cross section around the 1.5 μm wavelength band shows a large slope as shown in FIG. 5 is a graph showing the wavelength dependence of the normalized induced cross section. In FIG. 5, a graph G510 is a normalized stimulated emission cross section of Al-added EDF, and a graph G520 is P / Al. The normalized stimulated emission cross sections of the co-doped EDF are shown respectively.
[0043]
As a result, in order to realize a flat gain spectrum suitable for wavelength division multiplexing (WDM) transmission, an optical filter is used not only in C-band removal as shown in FIG. 6 but also in the S-band signal wavelength region. A gain equalization filter having a loss slope like B and C (see FIG. 2) is required. As a result, particularly in the vicinity of a wavelength of 1.52 μm, a large insertion loss occurs in the optical amplifier, which is disadvantageous from the viewpoint of pumping efficiency and noise characteristics.
[0044]
The shape of the stimulated emission cross-sectional area of EDF can be modified by the glass composition of the host glass or additive. For example, the P / Al co-doped EDF shown in FIG. 5 has a substantially flat stimulated emission cross section in the wavelength band of 1.49 μm to 1.52 μm, and has a transmission characteristic as shown in FIG. Gain flattening can be performed without a large gain equalizer. In addition, quantitatively, the ratio of the stimulated emission cross-sectional area in the 1.49 μm band and the 1.52 μm band is 2.9 for the Al-added EDF and 1.6 for the P / Al co-added EDF. As a specific configuration of the optical amplifier 100, it is conceivable to use an optical filter having a transmission spectrum shown in FIG. 6 only for the purpose of removing C-band ASE.
[0045]
Next, an optical amplifier in which a quartz-based P / Al co-doped EDF having a total peak of absorption length product of 170 dB is divided into five equal parts, and an optical filter having the transmission spectrum shown in FIG. 6 is inserted in each stage. The gain spectrum and noise characteristics (Noise Figure) are shown in FIG. As an operating condition of this optical amplifier, the input signal light is 40 channels with a frequency interval of 100 GHz included in the wavelength region 1489.3 nm to 1518.7 nm, the signal light power of each channel is -21 dBm, and the total Is assumed to be -5 dBm. The temperature of the quartz-based Al-added EDF is set to 25 ° C. The excitation light supplied from both directions to the quartz-based Al-added EDF has a wavelength of 0.98 μm and a power of +24 dBm.
[0046]
Under such operating conditions, the relative gain deviation was 87%, the excitation efficiency was 11.5%, and the noise characteristics were 6.6 dB. Compared with the results of FIGS. 3 and 4 (when using an Al-added EDF optical filter C), the pumping efficiency is about 30%, from 9.0% to 11.5%, while having the same gain deviation and noise characteristics. It can be seen that it is improved. This is because the insertion loss of the optical filter in the signal wavelength band is suppressed. The P / Al co-doped EDF has a drawback that the absorption efficiency of 0.98 μm band excitation light is poor. In order to compensate for this, for example, Yb may be co-added to the P / Al co-added EDF. Yb works well as a Sensitizer when co-added with P.
[0047]
On the other hand, the specific configuration of the TDFA portion is as follows. TDF146 has a Tm addition concentration of 2000 wt. Ppm and a length of 45 m. The pumping light supplied from the pumping light sources 174 and 175 to the TDF 146 has a wavelength of 1.05 μm and a power of +23 dBm. The pump light supplied from the pump light source 173 to the TDF 146 has a wavelength of 1.56 μm and a power of 55 mW.
[0048]
FIG. 8 is a graph showing gain characteristics (FIG. 8A) and noise figure characteristics (FIG. 8B) of the TDFA portion of the optical amplifier 100. In FIG. As can be seen from these graphs, the TDFA portion has gain even in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm. However, the gain of the TDFA portion in this wavelength region has a negative slope with a large absolute value.
[0049]
FIG. 9 shows the gain spectrum of each part in the optical amplifier 100. In FIG. 9, the graph G610 shows the gain spectrum of the TDFA portion, the graph G620 shows the gain spectrum of the EDFA portion, and the graph G630 shows the gain spectrum of the entire optical amplifier. FIG. 10 shows transmission spectra of the optical filters 151 to 154 at this time. As shown in FIG. 9, in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm, the positive gain slope of the EDFA portion and the negative gain slope of the TDFA portion cancel each other, and the relative gain deviation of the entire optical amplifier 100 is up to 25%. The gain of the entire optical amplifier 100 is flattened.
[0050]
In order to further flatten the gain of the entire optical amplifier 100, the transmission characteristics of the optical filters 151 to 154 may be further optimized. In addition, each of the optical filters 151 to 154 may have the same transmission characteristics, but may have different transmission characteristics.
[0051]
Further, in the optical amplifier 100 having the TDFA portion and the EDFA portion, it is preferable to provide the EDFA portion in the preceding stage as shown in FIG. By doing so, the power of the signal light input to the preceding EDFA is reduced, the inversion distribution in the EDFs 141 to 145 is increased, while the power of the signal light input to the subsequent TDFA is increased, and the TDF 146 is increased. Since gain saturation occurs in FIG. 4, it is advantageous for increasing the gain peak wavelength in the TDFA portion.
[0052]
Further, as can be seen from FIG. 9, it is desired that the gain of the optical amplifier 100 near the wavelength of 1490 nm be even greater. For that purpose, it is preferable to maintain the temperature of EDF 141-145 high. FIG. 11 shows the stimulated emission cross section σ of EDF. _e And absorption cross section σ _a It is a graph which shows the wavelength dependence of. In this figure, a solid line shows the case of temperature 75 degreeC, and a broken line shows the case of room temperature 25 degreeC. EDF stimulated emission cross section σ in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm _e Is small in temperature dependence, but EDF absorption cross section σ _a Is highly temperature dependent. The higher the temperature, the absorption cross section σ of EDF _a Becomes smaller. Therefore, as shown in FIG. 11, the gain is improved particularly on the short wavelength side by keeping the temperature of the EDFs 141 to 145 high. The excitation efficiency was 9.0% at a temperature of 25 ° C., whereas it was 10.6% at a temperature of 75 ° C., which is an improvement of about 0.7 dB. The temperature adjustment units 161 to 165 are for maintaining the temperature of the EDFs 141 to 145 at a high temperature, and for example, a Peltier element or a heater is used. In general, the environmental temperature specification of an apparatus used in an optical communication system is 0 ° C. to 65 ° C. Therefore, if the set temperature of the EDF 141 to 145 is set to 65 ° C. or higher, cooling is unnecessary and an inexpensive heater is used. Can be inexpensive.
[0053]
FIG. 12 is a graph showing the optical amplification characteristics of the S-band EDFA when the EDF temperature is raised. In FIG. 12A, graph G910a shows the gain spectrum of the EDFA when the EDF temperature is 25 ° C., and graph G920a shows the gain spectrum of the EDFA when the EDF temperature is 75 ° C. In FIG. 12B, graph G910b shows the noise characteristics of the EDFA when the EDF temperature is 25 ° C., and graph G920b shows the noise characteristics of the EDFA when the EDF temperature is 75 ° C. As operating conditions of this EDFA, the signal light input from the input terminal 101 is 40 channels with a frequency interval of 100 GHz included in the wavelength region 1489.3 nm to 1518.7 nm, and the signal light power of each channel is −21 dBm. Suppose that the total power is -5 dBm.
[0054]
The specific configuration of the EDFA part is as follows. The total peak length of absorption of quartz-based Al-added EDF corresponding to EDF 141 to 145 is 140 dB, and each EDF is obtained by dividing this into five equal parts. Excitation light supplied from the excitation light sources 171 and 172 to the EDFs 141 to 145 has a wavelength of 0.98 μm and a power of +24 dBm. The optical filters 151 to 154 have the transmission characteristics indicated by the graph G230 in FIG.
[0055]
Further, the shape of the gain spectrum of the EDFA portion in the band shorter than the wavelength of 1.53 μm varies depending on the wavelength of the 0.98 μm band excitation light. FIG. 13 is a gain spectrum of the EDFA portion. In FIG. 13, a graph G1010 is a gain spectrum when pumping light with a wavelength of 974 nm is supplied, a graph G1020 is a gain spectrum when pumping light with a wavelength of 976 nm is supplied, and a graph G1030 is supplied with pumping light with a wavelength of 978 nm. And the gain spectrum when the excitation light having a wavelength of 980 nm is supplied. As can be seen from these graphs, when the excitation light wavelength is 976 nm or less, the gain of the EDFA portion can be improved in the wavelength range of 1490 nm to 1520 nm.
[0056]
Next, an embodiment of an optical communication system according to the present invention will be described. FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the optical communication system 1 according to the present invention. The optical communication system 1 shown in this figure includes an optical transmitter 10, an optical repeater 20, and an optical receiver 30, and an optical fiber transmission line 40 is laid between the optical transmitter 10 and the optical repeater 20. An optical fiber transmission line 50 is laid between the optical repeater 20 and the optical receiver 30.
[0057]
The optical transmitter 10 includes a light source unit 11. ₁ ~ 11 _Four And an optical multiplexer 12. Light source 11 ₁ Multiplexes signal light of a plurality of channels included in a wavelength range of 1455 nm to 1490 nm (hereinafter referred to as “Sb band”). Light source 11 ₂ Multiplexes signal light of a plurality of channels included in a wavelength range of 1490 nm to 1520 nm (hereinafter referred to as “Sr band”). Light source 11 _Three Multiplexes signal light of a plurality of channels included in the C band. Light source 11 _Four Multiplexes signal light of a plurality of channels included in the L band. The optical multiplexer 12 includes a light source unit 11. ₁ ~ 11 _Four The multiple channel signal lights output from each are further combined, and this combined light (multiplexed signal light) is sent to the optical fiber transmission line 40. The optical multiplexer 12 firstly combines the signal light of each of the Sb band and Sr band, combines the signal light of each of the C band and L band, and then combines all the bands. There may be.
[0058]
The optical repeater 20 includes an optical demultiplexer 21 and an optical amplifier 22. ₁ ~ 22 _Four , An optical multiplexer 23, an optical coupler 24, and an excitation light source 25. The optical coupler 24 sends the pumping light for Raman amplification output from the pumping light source 25 to the optical fiber transmission line 40, and demultiplexes the signal light of a plurality of channels that have been propagated through the optical fiber transmission line 40. To 21. The optical demultiplexer 21 receives the signal light of the plurality of channels, demultiplexes it for each band, and then converts the Sb band signal light into the optical amplifier 22. ₁ Sr band signal light to the optical amplifier 22 ₂ The C-band signal light is output to the optical amplifier 22. _Three The L band signal light is output to the optical amplifier 22. _Four Output to. The optical demultiplexer 21 may be configured to first demultiplex into the Sb band and Sr band, the C band and the L band, and then demultiplex for each band.
[0059]
Optical amplifier 22 ₁ Receives the Sb band signal light output from the optical demultiplexer 21 and amplifies the signal light collectively. Optical amplifier 22 ₂ Receives the Sr-band signal light output from the optical demultiplexer 21, and amplifies the signal light collectively. Optical amplifier 22 _Three Receives the C-band signal light output from the optical demultiplexer 21 and amplifies the signal light collectively. Optical amplifier 22 _Four Receives the L-band signal light output from the optical demultiplexer 21 and amplifies the signal light collectively. The optical multiplexer 23 includes an optical amplifier 22. ₁ ~ 22 _Four A plurality of channels of signal light output from each are combined and sent to the optical fiber transmission line 50.
[0060]
The optical receiver 30 includes an optical demultiplexer 31 and a light receiving unit 31. ₁ ~ 32 _N including. The optical demultiplexer 31 demultiplexes the signal light of a plurality of channels that has been propagated through the optical fiber transmission line 50 for each signal channel. Light receiver 31 _n Is the wavelength λ output from the optical demultiplexer 31 _n The signal light is input and the signal light is received. However, N is an integer of 4 or more, and n is an arbitrary integer of 1 or more and N or less.
[0061]
Of the four optical amplifiers included in the optical repeater 20, an optical amplifier 22 that amplifies Sb band signal light. ₁ Is a TDFA of 1.05 μm wavelength band excitation. Optical amplifier 22 for amplifying Sr band signal light ₂ Has the same configuration as the optical amplifier 100 described above. Optical amplifier 22 for amplifying C-band signal light _Three Is a normal C-band EDFA. Optical amplifier 22 for amplifying L-band signal light _Four Is an EDFA for L band. FIG. 15A shows an optical amplifier 22 for Sb band. ₁ Gain spectrum. FIG. 15B shows a C-band optical amplifier 22. _Three Gain spectrum. FIG. 15C shows an L-band optical amplifier 22. _Four Gain spectrum.
[0062]
Next, a more specific configuration of the optical communication system 1 will be described. Here, Sb-band multiplexed signal light is 39 channels with a frequency interval of 100 GHz included in the wavelength region 1456.7 nm to 1486.3 nm. The Sr-band multiplexed signal light is 42 channels with a frequency interval of 100 GHz included in the wavelength region 1490.8 nm to 1522.6 nm. The C-band multiplexed signal light has 45 channels with a frequency interval of 100 GHz included in the wavelength region 1528.0 nm to 1563.9 nm. The L-band multiplexed signal light is 41 channels with a frequency interval of 100 GHz included in the wavelength region 1568.8 nm to 1603.2 nm. In the optical communication system 1 configured as described above, an unused wavelength region is 15 nm or less, and multiplexed signal light having a wavelength region of 1.45 μm to 1.61 μm can be transmitted with good transmission characteristics.
[0063]
In the above-described embodiment, the signal wavelength band includes one or more bands separated by an unused wavelength band having a bandwidth of 4 nm to 6 nm. This is reasonable considering the fluorescence characteristics of the Er element and the Tm element. In addition, when each optical multiplexer and each optical demultiplexer is composed of a dielectric multilayer filter, it is appropriate even considering the current technical level.
[0064]
In consideration of Raman amplification of signal light in the optical fiber transmission line, an unused wavelength region between the Sb band and the Sr band, an unused wavelength region between the Sr band and the C band, or the C band. It is preferable to set the wavelength of the excitation light for Raman amplification in the unused wavelength region between the L band and the L band. At this time, it is desirable that the 30 dB down bandwidth of the excitation light is narrower than the unused wavelength range so that the Rayleigh scattering of the excitation light for Raman amplification does not adversely affect the signal light. The pump light source for Raman amplification that is widely used at present is a semiconductor laser light source with a fiber grating, has an output light spectrum as shown in FIG. 16, and has a 30 dB down bandwidth of about 4 nm to 5 nm. Also from this point, it is reasonable that the unused wavelength band is 4 nm to 6 nm.
[0065]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, an optical amplification module according to the present invention includes an EDF as an Er-doped optical waveguide in which an Er element is added to an optical waveguide region, and a TDF as a Tm-doped optical waveguide in which a Tm element is added to the optical waveguide region. there were. However, the optical amplification module may include an optical waveguide formed on a flat substrate with an Er element or a Tm element added thereto. However, an optical fiber to which a rare earth element is added, such as EDF or TDF, is preferable in this respect because the waveguide length can be easily increased and the gain can be increased.
[0066]
In addition, the optical amplification module according to the present invention can amplify the input signal light by supplying excitation light having a predetermined wavelength. However, this optical amplifier module is only supplied with pumping light having a wavelength capable of pumping Er and Tm. If no signal light is input, spontaneous emission light generated in each of the Tm-doped optical waveguide Er-doped optical waveguides is generated. Output. In this case, the optical amplification module and the excitation light supply means constitute a white light source that outputs white light in the wavelength range of 1.45 μm to 1.61 μm. This white light source has substantially the same configuration as that shown in FIG. 1, but since there is no input / output of signal light, the optical splitters 121 and 122 and the signal light detectors 181 and 182 are unnecessary.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, excitation light having a wavelength capable of exciting Er ions is supplied to the Er-doped optical waveguide by the first excitation light supply means, and excitation light having a wavelength capable of exciting Tm ions is second excited. The light is supplied to the Tm-doped optical waveguide by the light supply means. In the optical amplification module including the Er-doped optical waveguide and the Tm-doped optical waveguide, the signal light is amplified in both the Er-doped optical waveguide and the Tm-doped optical waveguide. At this time, the gain spectrum of the entire optical amplification module is a spectrum obtained by combining the gain spectra of the Er-doped optical waveguide and the Tm-doped optical waveguide. As a result, the gain of signal light amplification in the wavelength region near 1490 nm to 1520 nm becomes flatter than before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an optical amplifier according to the present invention.
FIG. 2 is a transmission spectrum of the optical filter in FIG.
FIG. 3 is a graph showing gain characteristics and noise figure characteristics of an EDFA portion in the optical amplifier shown in FIG. 1;
4 is a table summarizing various characteristics of the EDFA portion in the optical amplifier shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing normalized stimulated emission cross sections of an Al-added EDF and a P / Al co-added EDF, respectively.
FIG. 6 is a transmission spectrum of an optical filter for P / Al-codoped EDF.
FIG. 7 is a graph showing optical amplification characteristics of a P / Al co-added EDFA for S-band amplification.
8 is a graph showing gain characteristics and noise figure characteristics of a TDFA portion in the optical amplifier shown in FIG. 1;
FIG. 9 is a gain spectrum of each part in the optical amplifier shown in FIG. 1;
10 is a transmission spectrum of the optical filter in FIG.
FIG. 11 EDF stimulated emission cross section σ _e And absorption cross section σ _a It is a graph which shows the wavelength dependence of.
FIG. 12 is a graph showing gain characteristics and noise figure index of the EDFA portion at temperatures of 25 ° C. and 75 ° C., respectively.
FIG. 13 is a gain spectrum of the EDFA portion when excitation light having wavelengths of 974 nm, 976 nm, 978 nm, and 980 nm are respectively supplied.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an embodiment in an optical communication system according to the present invention.
15 is a gain spectrum of each optical amplifier included in the optical communication system shown in FIG. 14;
FIG. 16 is an output light spectrum of a semiconductor laser light source with a fiber grating.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical communication system, 10 ... Optical enhancer, 20 ... Optical repeater, 30 ... Optical receiver, 100 ... Optical amplifier, 101 ... Input end, 102 ... Output end, 111, 112 ... Optical splitter, 121-123 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Optical isolator, 131-135 ... Optical coupler, 141-145 ... EDF, 146 ... TDF, 151-154 ... Optical filter, 161-165 ... Temperature control part, 171-175 ... Excitation light source, 181, 182 ... Signal light Detection unit, 190... Control unit.

Claims

A plurality of channels optical amplifier module for amplifying the signal light included in the signal wavelength band of 1 490nm~1520nm,
A Tm-doped optical waveguide in which a Tm element is added to the optical waveguide region;
An Er-doped optical waveguide optically connected to the Tm-doped optical waveguide, wherein an Er element is added to the optical waveguide region,
Excitation light is supplied so that the gain of the Tm-doped waveguide decreases on the long wavelength side in the wavelength region ,
The Er-doped waveguide is configured as a plurality of divided waveguide elements,
An optical amplification module , further comprising a blocking filter disposed between the waveguide elements and blocking light in a wavelength range of 1530 nm or more .

The Er-doped waveguide is disposed on the upstream side as viewed from the traveling direction of the signal light, and the Tm-doped waveguide is disposed on the downstream side,
2. The optical amplification module according to claim 1, wherein pumping light is supplied so that the Tm-doped waveguide is saturated in gain.

Located in the upstream, downstream or midway of the Er-doped optical waveguide as viewed from the traveling direction of the signal light, the light having a wavelength of 1525 nm or more is blocked with high efficiency, while in the region included in the wavelength range of 1500 nm to 1520 nm. 2. The optical amplification module according to claim 1, further comprising a gain equalizing filter for equalizing the gain of the Er-doped optical waveguide.

The optical amplification module according to claim 1, further comprising a first optical coupler that supplies excitation light in a 0.98 μm band to the Er-doped optical waveguide.

A second optical coupler for supplying 1.05 μm band or 1.4 μm band excitation light and 1.2 μm band or 1.55 to 1.65 μm band excitation light to the Tm-doped optical waveguide; The optical amplification module according to claim 1.

The optical amplification module according to claim 1, wherein each of the Tm-doped optical waveguide and the Er-doped optical waveguide includes an optical fiber.

An optical amplifier that amplifies signal light input from an input end,
The optical amplification module according to claim 1, comprising a Tm-doped optical waveguide and an Er-doped optical waveguide;
First excitation light supply means for supplying excitation light having a wavelength capable of exciting Er ions to the Er-doped optical waveguide;
An optical amplifier comprising: a second excitation light supply unit that supplies excitation light having a wavelength capable of exciting Tm ions to the Tm-doped optical waveguide.

The optical amplifier according to claim 7, wherein the Er-doped optical waveguide is disposed on the upstream side of the Tm-doped optical waveguide as viewed from the traveling direction of the signal light.

An optical communication system comprising the optical amplifier according to claim 7, wherein the optical amplifier amplifies signal light in a plurality of channels in a signal wavelength range including a wavelength range of 1490 nm to 1520 nm, and amplifies the signal light in the wavelength range.

10. The optical communication system according to claim 9, wherein the signal wavelength band includes one or more bands separated by an unused wavelength band having a bandwidth of 4 nm to 6 nm.

11. The optical communication system according to claim 10, wherein Raman amplification pumping light in the unused wavelength region is supplied to an optical transmission line, and the signal light is Raman amplified in the optical transmission line.

The optical amplification module according to claim 1, comprising a Tm-doped optical waveguide and an Er-doped optical waveguide;
First excitation light supply means for supplying excitation light having a wavelength capable of exciting Er ions to the Er-doped optical waveguide;
Second excitation light supply means for supplying excitation light having a wavelength capable of exciting Tm ions to the Tm-doped optical waveguide;
A white light source that outputs spontaneously emitted light generated in each of the Tm-doped optical waveguide and the Er-doped optical waveguide by supplying the excitation light.