JPH09120089A - 中間アイソレータ型光ファイバ増幅器および光ファイバ伝送システム - Google Patents
中間アイソレータ型光ファイバ増幅器および光ファイバ伝送システムInfo
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- JPH09120089A JPH09120089A JP8200670A JP20067096A JPH09120089A JP H09120089 A JPH09120089 A JP H09120089A JP 8200670 A JP8200670 A JP 8200670A JP 20067096 A JP20067096 A JP 20067096A JP H09120089 A JPH09120089 A JP H09120089A
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Abstract
バ増幅器を提供する。 【解決手段】 第1の希土類添加光ファイバと、第2の
希土類添加光ファイバと、両希土類添加光ファイバを励
起するためのポンプ光を生成する励起光源とを備え、ア
ナログ信号光を受け取り、増幅する。2つの希土類添加
光ファイバ間に方向性結合器を備えており、この方向性
結合器は、少なくとも信号光の波長と同じ波長を持つ光
に関して、第1の希土類添加光ファイバから第2の希土
類添加光ファイバに伝搬する場合の透過率が第2の希土
類添加光ファイバから該第1の希土類添加光ファイバに
伝搬する場合の透過率よりも大きい。
Description
出力を得ることのできる光ファイバ増幅器および光ファ
イバ伝送システムに関する。
レーザと、信号の伝送路である光ファイバと、信号を検
出する受光器とを備えており、さらに伝送損失や分配損
失を補償する必要がある場合には、光ファイバ増幅器を
備えている。信号伝送の方式には、アナログ信号伝送と
デジタル信号伝送とがある。アナログ信号伝送の場合に
は、雑音特性や歪特性が重要な評価項目となり、デジタ
ル信号伝送の場合には符号誤り率特性が重要な評価項目
となる。
e Figure)は、入力光のCNR(Carrier-to-noise rat
io)に対する出力光のCNRの劣化量として測定するこ
とができる。この劣化の要因としては、光ファイバ増幅
器内で発生する自然放出光や信号光の多重反射が挙げら
れる。
る場合、自然放出光雑音が著しく増加することが、文献
アイ・イー・イー・イー・フォトニクス・テクノロジー
・レターズ Vol.4, No.6, (1992年)第568頁か
ら第570頁 (IEEE Photonics Technology Letters, V
ol.4, No.6, pp.568−570, 1992.)に報告
されている。また、一般的に、伝送路中に反射点がある
場合には、多重反射雑音が増大することが、文献ジャー
ナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー Vol.9, N
o.8, (1991年)第991頁から第995頁 (Journa
l of LightwaveTechnology, Vol.9, No.8, pp.991
−995, 1991.)に報告されている。
であるエルビウムを添加した光ファイバと、励起光を希
土類添加ファイバに結合する光カプラとを備えており、
光ファイバ増幅器内での反射を抑制するための光アイソ
レータが希土類添加ファイバの入射端と出射端に接続さ
れる。
各々に光アイソレータが接続される結果、挿入損失によ
り雑音指数の劣化と出力光量の低下が引き起こされる。
また、光アイソレータは高価な光学素子であるため、そ
のような光アイソレータを2台使用することは、光ファ
イバ増幅器の高価格化の原因となる。
を設けない光ファイバ増幅器が、文献アイ・イー・イー
・イー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ Vol.
5, No2, (1993年)第232頁から第235頁 (IE
EE Photonics Technology Letters, Vol.5, No.2, p
p.232−235, 1993.)に報告されている。この
光ファイバ増幅器は、デジタル信号を増幅するためのも
のであるため、雑音指数や歪特性に関しては言及されて
おらず、アナログ信号の伝送特性は不明である。
イバの中間に1台のみ挿入された構成は、文献アイ・イ
ー・イー・イー・ジャーナル・オブ・カンタム・エレク
トロニクス Vol.31, No3, (1995年)第472頁
から第480頁 (IEEE Journal of Quantum Electroni
cs, Vol.31, No.3, pp.472−480, 1995.)
に報告されている。この文献では、自然放出光雑音に関
する検討のみがなされており、反射点がある場合の信号
光多重反射雑音を含めた特性は検討されておらず、雑音
特性に対する最適化はされていない。アナログ信号伝送
特性は不明であり、歪特性に関しても言及が無い。
に光アイソレータを用いない構成に関して、高入力光S
CM信号(Sub-Carrier Modulation Signal)を増幅す
る際のアナログ伝送特性は検討されていなかった。
光ファイバに接続される光アイソレータは、一台あたり
約0.5dB(10%)の損失を生じる。このような光
アイソレータをドープトファイバの信号光の入力端に接
続した場合、NFが劣化する。他方、光アイソレータを
ドープトファイバの出力端に接続した場合、出力光が低
下する。
れたものであり、その目的とするところは、ドープトフ
ァイバの入出力部に光アイソレータを接続しないで、低
NF、高出力特性の光ファイバ増幅器および光ファイバ
送信システムを提供することにある。
器は、第1の希土類添加光ファイバと、第2の希土類添
加光ファイバと、該第1の希土類添加光ファイバおよび
該第2の希土類添加光ファイバを励起するためのポンプ
光を生成する励起光源とを備え、アナログ信号光を受け
取り、該アナログ信号光を増幅する光ファイバ増幅器で
あって、該第1の希土類添加光ファイバと該第2の希土
類添加光ファイバとの間に設けられた方向性結合器を更
に備え、該方向性結合器は、少なくとも該信号光の波長
と同じ波長を持つ光に関して、該第1の希土類添加光フ
ァイバから該第2の希土類添加光ファイバに伝搬する場
合の透過率が、該第2の希土類添加光ファイバから該第
1の希土類添加光ファイバに伝搬する場合の透過率より
も大きく、そのことにより上記目的が達成される。
添加光ファイバにおける前記信号光の利得が、前記第2
の希土類添加光ファイバにおける該信号光の利得にほぼ
等しい。
は光アイソレータである。
ンは、前記信号光に対して20dB以上であることが好
ましい。
添加光ファイバにおける前記信号光の利得が、前記第2
の希土類添加光ファイバにおける該信号光の利得にほぼ
等しくなるように、該第1の希土類添加光ファイバの長
さと該第2の希土類添加光ファイバの長さとの比が調整
されている。
出たポンプ光は、カプラを介して、前記第1の希土類添
加光ファイバの入力端に結合される。
を更に備えており、該第2の励起光源から出たポンプ光
は、第2のカプラを介して、前記第2の希土類添加光フ
ァイバの出力端に結合されるようにしてもよい。
ァイバと、前記第2の希土類添加光ファイバと該第3の
希土類添加光ファイバとの間に設けられた第2の方向性
結合器とを更に備え、該第2の方向性結合器は、少なく
とも前記信号光の波長と同じ波長を持つ光に関して、該
第2の希土類添加光ファイバから該第3の希土類添加光
ファイバに伝搬する場合の透過率が、該第3の希土類添
加光ファイバから該第2の希土類添加光ファイバに伝搬
する場合の透過率よりも大きい。
添加光ファイバにおける前記信号光の利得が、前記第3
の希土類添加光ファイバにおける該信号光の利得にほぼ
等しい。
類添加光ファイバで得られる信号光利得、G2を第2の
希土類添加光ファイバで得られる信号光利得、R1を第
1の希土類添加光ファイバの入射側反射率、R2を第2
の希土類添加光ファイバの出射側反射率、RISOを該光
アイソレータの両端面反射率、前記第1及び第2の希土
類添加光ファイバ内で生じる後方散乱による実効的な反
射率をREDF、Pinを第1の希土類添加光ファイバに入
射する信号光量、mを1チャンネル当たりの変調度、ν
を光ファイバ内の光速、Nをチャンネル数、fをキャリ
アの変調周波数、βを信号光源のチャープ量、Ibを信号
光源のバイアス電流、Ithを信号光源のしきい値電流、L
を該光アイソレータのアイソレーション、Δνを雑音等
価帯域幅、PASEを雑音等価帯域幅あたりの自然放出光パ
ワー、hをプランク定数とするときに、下記(式3)の
値が下記(式2)の値以下となる。
ァイバの入射側反射率、R2を第2の光ファイバの出射
側反射率、RISOを前記光アイソレータの両端面反射
率、ζを偏波面の結合係数、mを1チャンネル当たりの
変調度、Δνを信号光源レーザの線幅、νを光ファイバ
内の光速、Nをチャンネル数、fkをk番目のチャンネルの
周波数、φkをk番目のチャンネルの位相、θを光の位
相、βを信号光源のチャープ量、Ibを信号光源のバイア
ス電流、Ithを信号光源のしきい値電流、とするとき
に、下記(式4)の値が信号光源の有する歪量以下であ
る。
ログ信号光を生成する信号光源と、該アナログ信号光を
増幅するファイバ増幅器と、該信号光を伝搬する光ファ
イバ伝送路と、該信号光を受け取る受光器とを備えた光
ファイバ伝送システムであって、該光ファイバ増幅器
は、第1の希土類添加光ファイバと、第2の希土類添加
光ファイバと、該第1の希土類添加光ファイバおよび該
第2の希土類添加光ファイバを励起するためのポンプ光
を生成する励起光源とを備え、アナログ信号光を受け取
り、該アナログ信号光を増幅する光ファイバ増幅器であ
って、該第1の希土類添加光ファイバと該第2の希土類
添加光ファイバとの間に設けられた方向性結合器を更に
備え、該方向性結合器は、少なくとも該信号光の波長と
同じ波長を持つ光に関して、該第1の希土類添加光ファ
イバから該第2の希土類添加光ファイバに伝搬する場合
の透過率が、該第2の希土類添加光ファイバから該第1
の希土類添加光ファイバに伝搬する場合の透過率よりも
大きく、そのことにより上記目的が達成される。
類添加光ファイバで得られる信号光利得、G2を第2の
希土類添加光ファイバで得られる信号光利得、R1を第
1の希土類添加光ファイバの入射側反射率、R2を第2
の希土類添加光ファイバの出射側反射率、RISOを該光
アイソレータの両端面反射率、前記第1及び第2の希土
類添加光ファイバ内で生じる後方散乱による実効的な反
射率をREDF、Pinを第1の希土類添加光ファイバに入
射する信号光量、mを1チャンネル当たりの変調度、ν
を光ファイバ内の光速、Nをチャンネル数、fをキャリ
アの変調周波数、βを信号光源のチャープ量、Ibを信号
光源のバイアス電流、Ithを信号光源のしきい値電流、L
を該光アイソレータのアイソレーション、Δνを雑音等
価帯域幅、PASEを雑音等価帯域幅あたりの自然放出光パ
ワー、hをプランク定数とするときに、下記(式3)の
値が下記(式2)の値以下となる。
ァイバの入射側反射率、R2を第2の光ファイバの出射
側反射率、RISOを前記光アイソレータの両端面反射
率、ζを偏波面の結合係数、mを1チャンネル当たりの
変調度、Δνを信号光源レーザの線幅、νを光ファイバ
内の光速、Nをチャンネル数、fkをk番目のチャンネルの
周波数、φkをk番目のチャンネルの位相、θを光の位
相、βを信号光源のチャープ量、Ibを信号光源のバイア
ス電流、Ithを信号光源のしきい値電流、とするとき
に、下記(式4)の値が信号光源の有する歪量以下であ
る請求項12の記載の光ファイバ伝送システム。
る。
ながら、本発明による光ファイバ増幅器の第1実施例を
説明する。
ルビウムドープ光ファイバ(EDF1)12と、第2の
エルビウムドープ光ファイバ(EDF2)14と、第1
のエルビウムドープ光ファイバ12および第2のエルビ
ウムドープ光ファイバ14を励起するための1.48μ
m帯ポンプ光を生成する半導体レーザ(励起光源)10
とを備えている。この光ファイバ増幅器は、1.56μ
m帯のアナログ信号光を受け取り、それを増幅する。
第2のエルビウムドープ光ファイバ14との間には、方
向性結合器のひとつである光アイソレータ13が設けら
れている。半導体レーザ10から放射されたポンプ光
は、カプラ11によって、第1のエルビウムドープ光フ
ァイバ12に結合される。第2のエルビウムドープ光フ
ァイバ14の出力端には、励起光除去用のフィルタ15
が接続されている。
信号光の波長と同じ波長を持つ光に関して、第1のエル
ビウムドープ光ファイバ12から第2のエルビウムドー
プ光ファイバ14に伝搬する場合の光透過の割合(透過
率)が、第2のエルビウムドープ光ファイバから第1の
エルビウムドープ光ファイバに伝搬する場合の透過率よ
りも大きくなるように設計される。本実施例では、その
ような光アイソレータとして、アイソレーションが40
dBで、両端での反射率が−50dBのものを用いた。
なお、光アイソレータのアイソレーションは、信号光の
波長において約20dB以上であることが好ましいが、
ポンプ光に対するアイソレーションは必要ない。
内部反射率が−60dB以下のフィルタ型カプラを用い
た。また、エルビウムドープ光ファイバ12及び14の
長さの合計は、53mとした。
(波長:1.560μm)は、半導体レーザ10からの
ポンプ光とカプラ11で合波される。その後、信号光
は、エルビウムドープファイバ12および14で増幅さ
れ、フィルタ15を介して出力される。
エルビウムドープファイバ12および14を励起した場
合、信号光の入力光量が0dBmの時、約18dBmの
出力光量が得られた。
光のCNR(Carrier-to-Noise Ratio)を電気的に測定
し、その劣化量より求めた。図3は、光アイソレータの
挿入位置に対するNFの測定結果を示す。入出力端反射
率を変数とした。図3から、エルビウムドープファイバ
の入力端からドープファイバの全長の20〜30%だけ
出力端側へ離れた位置にアイソレータを挿入することに
よって、NF劣化を抑制できることがわかる。言い換え
ると、NF劣化を抑制するには、第1のエルビウムドー
プファイバ12の長さを、エルビウムドープファイバ1
2及び14の合計の長さの20〜30%にすることが好
ましい。
での反射率に対するNF特性は、図2の測定系を用いて
測定した。図2において、光ファイバ増幅器100は、
図1の光ファイバ増幅器である。光ファイバ増幅器10
0の第1エルビウムドープファイバ12の入力端には、
信号光源102から出射された信号光が光減衰器103
及び3dBカプラ110を介して結合される。信号光源
102は、波長1.560μmのレーザ光を出射する分
布帰還型半導体レーザ素子(DFB−LD)である。こ
の信号光源102は、信号源であるシグナルジェネレー
タ101によって変調駆動される。光ファイバ増幅器1
00の入力端における反射率を変化させるために、3d
Bカプラ110には、光減衰器105を介してミラー1
04が結合されている。光ファイバ増幅器100の第2
エルビウムドープファイバの出力端は、3dBカプラ1
11及び光減衰器106を介してシグナルアナライザ1
07に結合されている。また、光ファイバ増幅器100
の出力端における反射率を変化させるために、3dBカ
プラ111には、光減衰器108を介してミラー109
が結合されている。入出力端における反射率は、光減衰
器の105及び108の光減衰量を調整することによっ
て変えることができる。
ータの挿入位置を解析的に検討した。以下、図4を参照
しながら、本発明の光ファイバ増幅器の解析モデルに基
づく解析結果を説明する。
は、それぞれ、第1のエルビウムドープ光ファイバ12
の入力端及び第2のエルビウムドープ光ファイバ14の
出力端に対応する。反射点は、信号光入射部A及び信号
光出射部Dのみならず、中間の光アイソレータの両端B
及びCにもある。ここで、信号入射部点A及び信号光出
射部Dの反射率をそれぞれR1及びR2とし、点B、Cの
反射率をRISOとする。なお、エルビウムドープ光ファ
イバ中においても後方レーリー散乱による実効的な反射
率が存在し、その反射率をREDFとする。多重反射は点
A−B間、点C−D間、および点A−D間で生じる。
数(NF)は、下記(式1)で表される。
することができる自然放出光雑音NFASE、第2項は信
号光多重反射による雑音NFrefを表す。NFASEとNF
refをそれぞれ(式2)(式3)に示す。
存性を示すグラフである。このグラフは(式1)を用い
た計算結果から得られた。各曲線は、入出力端反射率R
1(=R2)を変数として、−20dBから−60dB
まで−10dBづつ変化させて計算したものである。図
5のグラフ中の波線は、自然放出光による雑音成分NF
ASEを表している。図5に示されるNF特性(計算結
果)は、図3に示されるNF特性(実験により得られた
結果)と良く一致する。このことから、図4の多重反射
モデルが妥当であることがわかる。
DF1及びEDF2)による利得が光アイソレータの挿入
位置に依存してどのように変化するかを計算した結果を
示している。入力光量0dBmの時に利得18dBが得
られている。この図より、エルビウムドープ光ファイバ
の入力端から、エルビウムドープ光ファイバの全長の約
30%の位置に光アイソレータを挿入すると、EDF1に
よる利得とEDF2による利得とが等しくなることがわか
る。これは、(式3)の多重反射による雑音を表す項
が、利得G1とG2が等しい場合に最小となるためであ
る。
の測定結果を示す。
小となる位置、すなわち、第1のエルビウムドープ光フ
ァイバ(EDF1)の入力端から15m(28%)の位置
に挿入されている。図7のグラフの縦軸は、雑音指数
(NF)を、横軸は変調度(Modulation D
epth)を示している。変調度が高くなり信号源レー
ザの発振周波数の広がりが大きくなると、NFは小さく
なる。測定条件は、信号光源のチャープ量が220MH
z/mA、閾値電流を越えたバイアス電流を62mAで
ある。この条件では、入出力端の反射率が−30dB、
変調度が5%以上の場合に、NFは6dB以下になるこ
とがわかる。図中の実線は、(式1)による計算結果で
ある。
ンに対するNF特性を示す。光アイソレータは第1のエ
ルビウムドープ光ファイバ(EDF1)の入力端から15
mの位置に挿入し、変調度は5%とした。図8から、ア
イソレーションが小さい領域では、入出力端反射率(R
1、R2)が小さくてもNFは劣化することがわかる。
これはアイソレーションが小さい場合には、図3の点A
−D間の多重反射が大きくなり、アイソレータがない場
合と同じになるためである。図8より、アイソレーショ
ンが40dBの場合、R1、R2が−35dB以下であれ
ば6dB以下のNFが得られることがわかる。
の中間に全利得を2等分するように光アイソレータを挿
入すれば、1台の光アイソレータの使用で低いNFが得
られる。また、NFは、実効的な変調度が高いほど小さ
くなり、光アイソレータのアイソレーションが高いほど
小さくなる。このように本発明によれば、低NF特性の
光ファイバ増幅器が1台の光アイソレータの使用による
低コストの構成で実現可能である。
ドープ光ファイバ(EDF1及びEDF2)の間に1つ
のアイソレータを挿入したが、図9に示すに、3本のエ
ルビウムドープ光ファイバ12、14及び24の間に2
つのアイソレータ13a、13bを挿入してもよい。こ
のような場合でも、各エルビウムドープ光ファイバによ
る利得が相互にほぼ等しくなるようにすることが好まし
い。
よる光ファイバ増幅器の第2実施例を説明する。図10
は本実施例の構成図である。なお、以下の説明におい
て、図1の光ファイバ増幅器の構成要素に対応する要素
には同一の番号を附す。
ルビウムドープ光ファイバ(EDF1)12と、第2の
エルビウムドープ光ファイバ(EDF2)14と、第1
のエルビウムドープ光ファイバ12および第2のエルビ
ウムドープ光ファイバ14を励起するための1.48μ
m帯ポンプ光を生成する半導体レーザ素子(励起光源)
10とを備えている。この光ファイバ増幅器は、1.5
6μm帯のアナログ信号光を受け取り、それを増幅す
る。
12と第2のエルビウムドープ光ファイバ14との間に
は、方向性結合器のひとつである光アイソレータ13が
設けられている。第1のエルビウムドープ光ファイバ1
2と光アイソレータ13との間には、シングルモードフ
ァイバ16が接続されている。光アイソレータ13と第
2のエルビウムドープ光ファイバ14との間には、シン
グルモードファイバ16が接続されている。半導体レー
ザ10から放射されたポンプ光は、カプラ11によっ
て、第1のエルビウムドープ光ファイバ12に結合され
る。第2のエルビウムドープ光ファイバ14の出力端に
は、励起光除去用のフィルタ15が接続されている。
射率が−60dB以下のフィルタ型カプラを用いた。ま
た、エルビウムドープ光ファイバ12及び14の長さの
合計は、53mとした。光アイソレータの両端の反射率
は−50dB、アイソレーションは40dBとなるものを
用いた。
バ増幅器の入出力端での反射率に対する2次歪特性を測
定した。
場合について説明する。入射した1.560μm信号光
は、半導体レーザ10からの励起光とカプラ11で合波
され、エルビウムドープファイバ12および14で増幅
され、出力される。100mWの励起光で励起した場合
に、波長1.560μmの信号光入力光量が0dBmの
時に、約18dBmの出力光量が得られている。また、
信号光源レーザの有する2次歪レベルは−60dBcであ
り、EDF端で反射の生じない場合には、入力光量が−1
dBmの時に光ファイバ増幅器において2次歪が発生し
ない。
光源レーザ(図2のDFB−LD102)を2トーンの
SCM信号で変調し、増幅器出力光の相互変調2次歪、
すなわち、IM2(InterModulation secondary distor
tion)を測定することによって行った。
1のエルビウムドープ光ファイバ12による利得と第1
のエルビウムドープ光ファイバ14による利得が等しく
なる位置に挿入した。入力光量に対するIM2の測定結
果を図11に示す。入出力端反射率を変数とした。図1
1のグラフから、入出力端反射率が−40dB以下であ
れば、IM2の劣化を十分に抑制できることがわかる。
十分小さくなるシングルモードファイバ長について、解
析的に検討を行う。
モデルと、内部の反射点を示す。信号光入射部A、信号
光出射部D、および中間の光アイソレータの両端B,C
に反射点がある。点A、Dの反射率をR1、R2、点B、
Cの反射率をRISO、EDF中に生じる後方レーリー散乱
による実効的な反射率をREDFとする。多重反射は点A
−B間、点C−D間、および点A−D間で生じる。挿入
するシングルモードファイバの長さにより点A−B間の
距離をL1、点C−D間の距離をL2とした時、2トーン信
号による変調時のIM2歪は(式4)で表される。
反射率、R2は第2の光ファイバの出射側反射率、ζは
偏波面の結合係数、mは1チャンネル当たりの変調度、
Δνは信号光源レーザの線幅、νは光ファイバ内の光
速、Nはチャンネル数、fkはk番目のチャンネルの周波
数、φkはk番目のチャンネルの位相、θは光の位相、β
は信号光源のチャープ量、Ibは信号光源のバイアス電
流、Ithは信号光源のしきい値電流である。
バの長さに対する光ファイバ増幅器のIM2歪を示す。
波線は(式4)より求めた計算値である。反射率が−4
0dBの場合には、ドープファイバの長さとシングルモ
ードファイバの長さの合計が150m以上あれば、実験
で使用しているレーザの歪(−67.5dB)以下にす
ることができ、ファイバ増幅器による歪の劣化を抑制で
きることが判る。この長さは、(式4)より信号光源レ
ーザの発振線幅に依存することがわかる。狭線幅レーザ
を用いた場合には、さらに長いシングルモードファイバ
が必要であるが、必要な長さは同様の考え方で(式4)
より求められるものである。
イバを両方のエルビウムドープファイバに接続したが、
エルビウムドープファイバの長さが(式4)で示される
より長い場合には、アイソレータの片側のみにシングル
モードファイバを接続しても良い。特に、エルビウムド
ープファイバの長さが(式4)で示されるより十分に長
い場合には、あえてシングルモードファイバを挿入しな
くても良い。
光アイソレータの両側に接続したが、エルビウムドープ
ファイバとカプラとの間、エルビウムドープファイバと
フィルタとの間、あるいはカプラの入射側、フィルタの
出射側に接続してもかまわない。例えば、図14に示す
ような構成でもよい。
光ファイバとしてエルビウムドープファイバを用いた
が、エルビウムの代わりにPr(フペロセオジウム)ま
たはNd(ネオジウム)をドープした光ファイバを用い
ても良い。これらの希土類元素添加光ファイバも、1.
3μm帯信号光を増幅することができる。
ら、本発明による光ファイバ増幅器の第3実施例を説明
する。図15は本実施例の構成図である。なお、以下の
説明において、図1の光ファイバ増幅器の構成要素に対
応する要素には同一の番号を附す。
ウムドープファイバ14にカプラ11’を介して、1.
48μm帯半導体レーザ素子10’から出射されたポン
プ光が結合される点にある。第2のエルビウムドープフ
ァイバ14は、2つの半導体レーザ素子10及び10’
からの双方向ポンプ光によって励起される。このため、
図1の実施例よりも高い出力が達成される。合計100
mWのポンプ光による双方向励起を行った場合、波長
1.56μmの信号光の入力光量が0dBmのとき、約
18.5dBmの出力光量が得られる。
本発明による光ファイバ伝送システムの実施例について
詳細に説明する。図16は実施例の構成を示す模式図で
ある。
の入力部には、信号光源である波長1.560μmのD
FB−LD102から信号光が入力される。光ファイバ
増幅器100の出力端には、伝送路である長さ10km
のシングルモード光ファイバ120が接続されている。
光ファイバ120の他端には、受光器121が接続レー
ザされている。
号源である半導体レーザ102から出射された信号光
は、光ファイバ増幅器100で増幅された後、伝送路1
20に出力される。この光ファイバ増幅器100に、実
施例1の低NF・高出力光ファイバ増幅器を用いること
で、伝送特性の向上が図れる。
による光ファイバ伝送システムの他の実施例を説明す
る。図17のシステムは、光ファイバ増幅器100の代
わりに第2実施例で述べた光ファイバ増幅器200を用
いている点で、図16のシステムとは異なる。
号源である半導体レーザ102から出射された信号光
は、光ファイバ増幅器200で増幅された後、伝送路1
20に出力される。この光ファイバ増幅器200に実施
例2の低NF・高出力でありかつ低歪特性の得られる光
ファイバ増幅器を用いることで、伝送特性の向上が図れ
る。
光損失を低減することにより、低NF・高出力な光ファ
イバ増幅器を提供できる効果がある。
増幅器を提供できる効果がある。
光ファイバ増幅器を使用するため、長距離伝送や多分配
可能な光伝送システムを提供できる効果がある。
の構成図
ウムドープファイバの長さと第2のエルビウムドープフ
ァイバの長さに対する、NF特性の依存性を示す図
挿入位置に対するNF特性図
挿入位置までの第1のエルビウムドープファイバにより
得られる利得を示す図
に対するNF特性図
のアイソレーションに対するNF特性図
例の構成図
幅器の入力光量に対するIM2特性図
幅器の解析モデル図
第1のエルビウムドープファイバの長さに対する、歪特
性の依存性を示す図
例の構成図
例の構成図
実施例の構成図
Claims (14)
- 【請求項1】 第1の希土類添加光ファイバと、第2の
希土類添加光ファイバと、該第1の希土類添加光ファイ
バおよび該第2の希土類添加光ファイバを励起するため
のポンプ光を生成する励起光源とを備え、アナログ信号
光を受け取り、該アナログ信号光を増幅する光ファイバ
増幅器であって、 該第1の希土類添加光ファイバと該第2の希土類添加光
ファイバとの間に設けられた方向性結合器を更に備え、 該方向性結合器は、少なくとも該信号光の波長と同じ波
長を持つ光に関して、該第1の希土類添加光ファイバか
ら該第2の希土類添加光ファイバに伝搬する場合の透過
率が、該第2の希土類添加光ファイバから該第1の希土
類添加光ファイバに伝搬する場合の透過率よりも大きい
光ファイバ増幅器。 - 【請求項2】 前記第1の希土類添加光ファイバにおけ
る前記信号光の利得が、前記第2の希土類添加光ファイ
バにおける該信号光の利得にほぼ等しい、請求項1に記
載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項3】 前記方向性結合器は光アイソレータであ
る、請求項1に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項4】 前記光アイソレータによるアイソレーシ
ョンは、前記信号光に対して20dB以上である、請求
項3に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項5】 前記第1の希土類添加光ファイバにおけ
る前記信号光の利得が、前記第2の希土類添加光ファイ
バにおける該信号光の利得にほぼ等しくなるように、該
第1の希土類添加光ファイバの長さと該第2の希土類添
加光ファイバの長さとの比が調整されている、請求項1
に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項6】 前記励起光源から出たポンプ光は、カプ
ラを介して、前記第1の希土類添加光ファイバの入力端
に結合される、請求項1に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項7】 第2のポンプ光を生成する第2の励起光
源を更に備えており、 該第2の励起光源から出たポンプ光は、第2のカプラを
介して、前記第2の希土類添加光ファイバの出力端に結
合される、請求項6に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項8】 第3の希土類添加光ファイバと、 前記第2の希土類添加光ファイバと該第3の希土類添加
光ファイバとの間に設けられた第2の方向性結合器と、
を更に備え、 該第2の方向性結合器は、少なくとも前記信号光の波長
と同じ波長を持つ光に関して、該第2の希土類添加光フ
ァイバから該第3の希土類添加光ファイバに伝搬する場
合の透過率が、該第3の希土類添加光ファイバから該第
2の希土類添加光ファイバに伝搬する場合の透過率より
も大きい、請求項1に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項9】 前記第2の希土類添加光ファイバにおけ
る前記信号光の利得が、前記第3の希土類添加光ファイ
バにおける該信号光の利得にほぼ等しい、請求項8に記
載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項10】 G1を第1の希土類添加光ファイバで
得られる信号光利得、G2を第2の希土類添加光ファイ
バで得られる信号光利得、R1を第1の希土類添加光フ
ァイバの入射側反射率、R2を第2の希土類添加光ファ
イバの出射側反射率、RISOを該光アイソレータの両端
面反射率、前記第1及び第2の希土類添加光ファイバ内
で生じる後方散乱による実効的な反射率をREDF、Pin
を第1の希土類添加光ファイバに入射する信号光量、m
を1チャンネル当たりの変調度、νを光ファイバ内の光
速、Nをチャンネル数、fをキャリアの変調周波数、β
を信号光源のチャープ量、Ibを信号光源のバイアス電
流、Ithを信号光源のしきい値電流、Lを該光アイソレー
タのアイソレーション、Δνを雑音等価帯域幅、PASEを
雑音等価帯域幅あたりの自然放出光パワー、hをプラン
ク定数とするときに、下記(式3)の値が下記(式2)
の値以下となる請求項1に記載の光ファイバ増幅器。 【数1】 【数2】 - 【請求項11】 R1を第1の光ファイバの入射側反射
率、R2を第2の光ファイバの出射側反射率、RISOを前
記光アイソレータの両端面反射率、ζを偏波面の結合係
数、mを1チャンネル当たりの変調度、Δνを信号光源
レーザの線幅、νを光ファイバ内の光速、Nをチャンネ
ル数、fkをk番目のチャンネルの周波数、φkをk番目の
チャンネルの位相、θを光の位相、βを信号光源のチャ
ープ量、Ibを信号光源のバイアス電流、Ithを信号光源
のしきい値電流、とするときに、下記(式4)の値が信
号光源の有する歪量以下である請求項1に記載の光ファ
イバ増幅器。 【数3】 - 【請求項12】 アナログ信号光を生成する信号光源
と、該アナログ信号光を増幅するファイバ増幅器と、該
信号光を伝搬する光ファイバ伝送路と、該信号光を受け
取る受光器とを備えた光ファイバ伝送システムであっ
て、 該光ファイバ増幅器は、第1の希土類添加光ファイバ
と、第2の希土類添加光ファイバと、該第1の希土類添
加光ファイバおよび該第2の希土類添加光ファイバを励
起するためのポンプ光を生成する励起光源とを備え、ア
ナログ信号光を受け取り、該アナログ信号光を増幅する
光ファイバ増幅器であって、 該第1の希土類添加光ファイバと該第2の希土類添加光
ファイバとの間に設けられた方向性結合器を更に備え、 該方向性結合器は、少なくとも該信号光の波長と同じ波
長を持つ光に関して、該第1の希土類添加光ファイバか
ら該第2の希土類添加光ファイバに伝搬する場合の透過
率が、該第2の希土類添加光ファイバから該第1の希土
類添加光ファイバに伝搬する場合の透過率よりも大き
い、光ファイバ伝送システム。 - 【請求項13】 G1を第1の希土類添加光ファイバで
得られる信号光利得、G2を第2の希土類添加光ファイ
バで得られる信号光利得、R1を第1の希土類添加光フ
ァイバの入射側反射率、R2を第2の希土類添加光ファ
イバの出射側反射率、RISOを該光アイソレータの両端
面反射率、前記第1及び第2の希土類添加光ファイバ内
で生じる後方散乱による実効的な反射率をREDF、Pin
を第1の希土類添加光ファイバに入射する信号光量、m
を1チャンネル当たりの変調度、νを光ファイバ内の光
速、Nをチャンネル数、fをキャリアの変調周波数、β
を信号光源のチャープ量、Ibを信号光源のバイアス電
流、Ithを信号光源のしきい値電流、Lを該光アイソレー
タのアイソレーション、Δνを雑音等価帯域幅、PASEを
雑音等価帯域幅あたりの自然放出光パワー、hをプラン
ク定数とするときに、下記(式3)の値が下記(式2)
の値以下となる請求項12に記載の光ファイバ伝送シス
テム。 【数4】 【数5】 - 【請求項14】 R1を第1の光ファイバの入射側反射
率、R2を第2の光ファイバの出射側反射率、RISOを前
記光アイソレータの両端面反射率、ζを偏波面の結合係
数、mを1チャンネル当たりの変調度、Δνを信号光源
レーザの線幅、νを光ファイバ内の光速、Nをチャンネ
ル数、fkをk番目のチャンネルの周波数、φkをk番目の
チャンネルの位相、θを光の位相、βを信号光源のチャ
ープ量、Ibを信号光源のバイアス電流、Ithを信号光源
のしきい値電流、とするときに、下記(式4)の値が信
号光源の有する歪量以下である請求項12の記載の光フ
ァイバ伝送システム。 【数6】
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