光ファイバ増幅器
【課題】ゲインブロックの間に可変減衰器等の光損失を与える光部品を挿入しても、雑音指数を減少させる。
【解決手段】本発明は、利得媒質としての縦列接続配置された第1のエルビウム添加ファイバ(第1のEDF)と、第2のエルビウム添加ファイバ(第2のEDF)と、第1のEDFと第2のEDFに対して励起光を発する第1の励起光源と、第1のEDFの信号光入射側に設置した、1.56μmから1.62μmの波長域に少なくとも1波長を有する入射信号光と第1の励起光源から出力される励起光を合波する第1の合波器と、第1のEDFと第2のEDFとの間に設置され、利得偏差を等化する利得等化器と、を有する。
【解決手段】本発明は、利得媒質としての縦列接続配置された第1のエルビウム添加ファイバ(第1のEDF)と、第2のエルビウム添加ファイバ(第2のEDF)と、第1のEDFと第2のEDFに対して励起光を発する第1の励起光源と、第1のEDFの信号光入射側に設置した、1.56μmから1.62μmの波長域に少なくとも1波長を有する入射信号光と第1の励起光源から出力される励起光を合波する第1の合波器と、第1のEDFと第2のEDFとの間に設置され、利得偏差を等化する利得等化器と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバ増幅器に係り、特に、光ファイバ通信システムにおいて、線形中継器、後置増幅器、及び前置増幅器として信号光を光増幅する光ファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術のエルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA)を構成するゲインブロック(または、利得ブロック、略してGB)の構成を図23、図24に示す。
【0003】
図23は、第1の構成(GB−A)であり、図24が第2の構成(GB−B)である。
【0004】
当該EDFAは、リン共添加エルビウム添加ファイバ(P−EDF:Phosphorous co-doped Erbium0Doped Fiber)を利得媒質として用い、信号光波長は拡大L帯と呼ばれる波長域である(例えば、特許文献1参照)。この例の場合は、1.56〜1.62μmである。また、このリン共添加エルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA:Erbium-Doped Fiber Amplifier)は、拡張L帯EDFAの一種であり、拡張L帯EDFAには他にてテルライトEDFAやビスマスEDFAがある。この拡張L帯EDFAに対し、通常のEDFAはアルミニウムやゲルマニウムを添加したEDFAであり、信号光波長域はおおよそ1.57〜1.60μmである。即ち、上記の拡張L帯EDFAは、上記の通常のEDFAに比べ、信号光波長域が長波長側に拡張されている。上記のEDFA及び上記の通常のEDFAは共にシリカEDFAである。
【0005】
P−EDFの長さは、エルビウム添加濃度や、P−EDFのファイバファイバ構造に依存する。その長さの例は、43.6mであり、この長さに対応して、信号光帯域内での最小利得は約15dBとなる。但し、上記の最小利得はP−EDFの長さに比例する。また、このとき、EDFAは、その利得スペクトルの信号光波長域内で利得偏差が最小になるように、すなわち、利得平坦スペクトルが得られるよう励起されているものとする。
【0006】
ある利得に対するP−EDFの所要長は、エルビウム添加濃度や、P−EDFのファイバファイバ構造に依存するため、P−EDFに対する条件を規定するには、上記のエルビウム添加濃度(c)とP−EDFファイバ構造で決まる、1.55μmにおけるP−EDFの吸収損失(a)を用いることが有効である。より詳しくは、P−EDFにおける励起状態のエルビウムイオンの分布空間領域と、P−EDFファイバファイバ構造で決まる信号光強度分布の重なり因子をfとしたとき、aはcとfに比例する。また、単位長さ当たりの吸収損失をb、P−EDFの長さをLとしたとき、dB単位のaは、a=b*Lの関係がある。このとき、b及びLの単位はそれぞれdB/m及びmである。
【0007】
上記のGB−Aは、P−EDFの両側にアイソレータを有し、また、2つの励起光源及び合波器を用いて双方向励起されている。上記の2つの励起光源のうち、前段の励起光源(励起光源F)は、信号光と同方向から励起する励起光を発し、一方、後段の励起光源(励起光源B)は、信号光と逆方向から励起する励起光を発する。励起光源F及び励起光源Bの波長は、1480nm(1.48μm)である。上記GB−Aの構成は、EDFAのみならず、他の上記拡張L帯EDFA及び上記の通常のEDFAにおいても用いられている。
【0008】
また、図24に示す、GB−Bは、GB−Aとの差分として、2つのP−EDF(前段のP−EDF(P−EDF1)及び後段のP−EDF(P−EDF2)を有し、それら2つのP−EDFの間にアイソレータ10を有する。P−EDF1及びP−EDF2の長さの例は、それぞれ、5.6m及び39m、また、P−EDP1及びP−EDF2の吸収損失aの例は、それぞれ43dB及び300dBである。励起光源F及び励起光源Bの波長の例は、それぞれ1455nm及び1470nmである。
【0009】
図25は、従来技術のEDFAの構成を示している。このEDFAは、信号光入力方向に対して前段に配置したGB(GB1)と後段に配置したGB(GB−2)を有する。また、GB−1とGB−2の利得偏差の和を平坦化(等化)する利得等化器21、光アドドロップ用の光スイッチなどの光部品22を、GB−1とGB−2の間に配置している。
【特許文献1】特開2007−288124号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上記の従来技術のEDFAでは、波長多重信号光の入力パワー(Psin)に関し、Psinのチャネルトータル値が小さいときに、雑音指数が大きいという欠点がある。
【0011】
また、上記の従来技術のゲインブロックの構成のGB−1とGB−2の間に配置した光部品(光部品22)の信号光損失が大きいとき、雑音指数が大きいという欠点があった。さらに、所要励起光源の台数が多いという欠点がある。
【0012】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、ゲインブロックの間に可変減衰器等の光損失を与える光部品を挿入しても、雑音指数を減少させることが可能な光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
図1は、本発明の原理構成図である。
【0014】
本発明(請求項1)は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
利得媒質としての縦列接続配置された第1のエルビウム添加ファイバ(第1のEDF)101と、第2のエルビウム添加ファイバ(第2のEDF)103と、
第1のEDF101と第2のEDF103に対して励起光を発する第1の励起光源160と、
第1のEDF101の信号光入射側に設置した、1.56μmから1.62μmの波長域に少なくとも1波長を有する入射信号光と第1の励起光源160から出力される励起光を合波する第1の合波器111と、
第1のEDF101と第2のEDF103との間に設置され、利得偏差を等化する第1の利得等化器150と、を有するゲインブロックを少なくとも1つ有する。
【0015】
また、本発明(請求項2)は、請求項1の光ファイバ増幅器において、第1のEDF101の前段に設置したn−1個の第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、
n個のEDFの間のアイソレータと、を有する。
【0016】
また、本発明(請求項3)は、請求項1または2記載の光ファイバ増幅器において、第1のEDF101の後段に設置した第2の利得等化器と、
第2の利得等化器と前記第1の利得等化器の間に設置した第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、からなる組み合わせをN(N≧1)組交互に設ける。
【0017】
また、本発明(請求項4)は、請求項1または2記載の光ファイバ増幅器において、第1のEDF101の後段に設置した、信号光と励起光を分波する第1の分波器と、
第1の利得等化器150の後段に設置し、分波器の励起光透過ポートが、励起光透過ポートに接続された、信号光と励起光を合波する第2の合波器と、を有する。
【0018】
また、本発明(請求項5)は、請求項4記載の光ファイバ増幅器において、
第1の合波器の後段に設置した第4のエルビウム添加ファイバ(第4のEDF)と、
第4のEDFの信号光を分波する第2の分波器と、
第2の分波器の後段に設置した第2の利得等化器と、
第2の分波器で分波された信号光と第2の利得等化器の出力光を合波する第3の合波器と、からなる組み合わせをN(N≧1)組接続する。
【0019】
また、本発明(請求項6)は、請求項1乃至5のいずれか1項記載光ファイバ増幅器において、
第2のEDFの後段に設置した、信号光と励起光を合波または分波する第1の合分波器と、
第1の合分波器の励起光透過ポートに接続した励起光反射器と、を有する。
【0020】
また、本発明(請求項7)は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の光ファイバ増幅器において、
励起光を発する第2の励起光源と、
第2のEDFの前段に設置した、信号光と第2の励起光源から出力された励起光を合波する第3の合波器と、を有する。
【0021】
また、本発明(請求項8)は、請求項7記載の光ファイバ増幅器において、
第2のEDFの後段に設置した、信号光と第1の励起光源から出力された励起光を分波する第3の分波器と、
第3の分波器の励起光透過ポートに接続した、励起光反射器と、を有する。
【0022】
本発明(請求項9)は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項4,6に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有する。
【0023】
本発明(請求項10)は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有する。
【0024】
また、本発明は、請求項1または、2の各ゲインブロックにおいて、
上記のEDFをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
最集段のEDFの1550nmにおける吸収損失をdB単位でB、該最終段のEDF以外のEDFの1550nmにおける吸収損失をdB単位でAとしたとき、AのA+Bに対する比率が30〜80%となる長さのEDFを有する。
【0025】
また、本発明は、請求項4のゲインブロックにおいて、
上記のEDFをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
第1の励起光源の波長を、1435〜1445nmとする。
【0026】
また、本発明は、請求項4のゲインブロックにおいて、
上記のEDFをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
第1の励起光源の波長を1445〜1460とし、
第2の励起光源の波長を1465〜1495nmとする。
【発明の効果】
【0027】
上記のように本発明によれば、ファイバ増幅器を含む前段のゲインブロック、増幅波長は異なるものの、同様のファイバ増幅器を含む後段のゲインブロック内に等化フィルタを包含させることにより、従来技術において問題であった、雑音指数が大きい、また所要励起光源の台数が多いという欠点を解決できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【0029】
[第1の実施の形態]
図2は、本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの構成を示す。
【0030】
同図において、前段のGB100内に第1の利得等化器150を設置し、後段のGB200内に第2の利得等化器250を設置した点が図24の従来技術の構成と異なる。
【0031】
但し、本発明のEDFAは、GB100のみ、または、GB200のみを有する構成でもよい。
【0032】
図3は、本発明の第1の実施の形態における第1のゲインブロックの構成を示す。
【0033】
このGB100は、3つのP−EDF101,102,103を有し、それらの長さはそれぞれ、5.6m、22m、20m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ43dB、169dB、154dBである。P−EDF101とP−EDF102との間にはアイソレータ105が設置され、そのアイソレータ105は、信号光と励起光を共に低損失で通過させる。P−EDF101とP−EDF102で増幅された信号光は、P−EDF102の後段の分波器109と、その後段のアイソレータ106と、利得等化器としての利得等化フィルタ150と、その後段のアイソレータ107と合波器112を通過後、P−EDF103に入射されて増幅される。利得等化フィルタ150は、3つのP−EDF101,102,103の利得偏差を等化する。
【0034】
励起光源160から出射した1440nmの励起光は、P−EDF101の前段に配置した合波器111で信号光と合波される。その後、P−EDF101とP−EDF102で励起光の一部が吸収され、P−EDF102を出射した励起光は、分波器109で信号光と分離され、合波器112に導かれた後、合波器121で信号光と合波される。その後、P−EDF103で励起光の一部が吸収され、P−EDF103で励起光の一部が吸収され、P−EDF103を出射した励起光は、P−EDF103の後段に設置した合分波器110で信号光と分離され、合分波器110の励起光通過用ポートに接続した励起光反射器170で反射され、合分波器110を逆戻りして、再びP−EDF103を励起する。
【0035】
図4は、本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの構成を示す。
【0036】
同図に示す第2のゲインブロックは、3つのP−EDF201,202,203、P−EDF201の前段には、アイソレータ204、合波器211があり、当該合波器211には、励起光源260が接続されている。P−EDF201とP−EDF202の間にはアイソレータ205があり、P−EDF202とP−EDF203の間には、合分波器209、アイソレータ206、利得等化フィルタ250、アイソレータ207、合波器222がある。合分波器209には、励起光反射器280が接続され、合分波器209で分波された信号光が反射される。合波器222には励起光源270が接続され、合波器222において、アイソレータ207を通過した信号光と励起光を合波してP−EDF203に出射する。
【0037】
同図に示す、3つのP−EDF201,202,203の長さは、それぞれ5.6m、22m、15mであり、また、それらの吸収損失aは、それぞれ43dB、169dB、123dBである。P−EDF201とP−EDF202の間には、アイソレータ205が設置され、そのアイソレータ205は、信号光と励起光を共に低損失で通過させる。
【0038】
P−EDF201とP−EDF202で増幅された信号光は、P−EDF202の後段の分波器209とその後段のアイソレータ206と合波器222を通過後、P−EDF203に入射して増幅される。利得等化フィルタ250は、3つのP−EDF201,202,203の利得偏差を等化するような透過率とする。
【0039】
第1の励起光源260から出射した1455nmの励起光は、P−EDF201の前段に設置した合波器211でアイソレータ204を通過した信号光と合波される。その後、P−EDF201と、P−EDF202で励起光の一部が吸収され、P−EDF202を出射した励起光は、分合波器209で信号光と分離され、分波器209の励起光通過ポートに接続した励起光反射器280で反射され、再び、P−EDF202に導かれてP−EDF202を励起する。
【0040】
第2の励起光源270から出射された1470nmの励起光は、合波器222で信号光と合波され、P−EDF203中で殆ど吸収され、P−EDF203を出射する1470nmの励起光のパワーレベルは、P−EDF203を励起できるパワーレベルより低い。
【0041】
図5は、本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの詳細構成を示す。
【0042】
図5に示すEDFAは、前段のGB100は図3に記載のGB100、後段のGB200は、図4に記載のGB200、また、図2に記載の光部品300の信号光損失を与えるため、前段GB100と後段GB200の間に可変減衰器400を設置している。
【0043】
前段GB100内には利得等化フィルタ150、後段GB200内には利得等化フィルタ250を設けている。このEDFAでは、前段GB100及び後段GB200内の6つのP−EDFの利得偏差を、それぞれ利得等化フィルタ150,250で等化する。特に必要でない場合には、前段GB100及び後段GB200の各々は、多少の利得偏差を有していてもよい。なお、損失を与えるものとしても、可変減衰器400のみには限らない。例えば、分散補償光スイッチなどがある。
【0044】
一方、図6は、従来技術におけるEDFAの構成を示している。前段GB10及び後段GB20は、図22に記載の第1構成GB−Aである。前段GB10及び後段GB20は、それぞれ43.6m及び36.4mのP−EDFを有し、それらの吸収損失aは、それぞれ336dB及び280dBである。
【0045】
以上、図5と図6の構成を比較することにより、従来技術における励起光源数は4、一方、本実施の形態における励起光源数は3である。従って本実施の形態により、励起光源数の削減が達成された。
【0046】
図7は、本実施の形態及び従来技術におけるGB利得スペクトルを示している。本実施の形態及び従来技術のGBは、図5及び図6に記載の前段のGBである。信号光波長は1562 nm〜1620 nmの波長範囲に100GHzの周波数間隔(波長間隔で約0.8nm)で69チャネル配置した。従来技術では、利得スペクトルにおける約最低利得が約15dB、一方、本実施の形態では、平坦化利得が約15dBとなるように、P−EDFの長さ(本実施の形態ではトータル長)を決定した。図7より、GBとして、従来技術では、GBにおいて大きな利得偏差があるが、本実施の形態では、GB単体で平坦化がなされていることがわかる。
【0047】
図8は、本発明の第1の実施の形態における第1ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの励起光波長依存性のグラフを示している。励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。励起光パワーは、励起光源出力において、最大250mWとした。入力信号光パワーは、チャネル当たり、−19dBmとした。測定の結果、1430nm,1440nmの励起光波長においてのみ、平坦利得スペクトルが得られ、他の長波長側の励起光波長では、平坦利得スペクトルまで励起されないことがわかった。従って、図8は、図5に示す構成における励起光波長が1430,1440nmの場合のみ示している。図8より励起光波長が1440nmの場合の方が、より低い雑音指数が得られていることがわかる。従って、上記7つの励起波長において、1440nmが最適な励起光波長であることがわかった。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1430nmと1440nmの中間、及び、1440nmと1455nmの中間の値をとって、1435nm〜1448nmである。
【0048】
図9は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの前段励起光波長依存性を示す。同図では、本実施の形態の第2のGB200、即ち、図5の後段のGB200の雑音指数スペクトルについて励起光波長依存性を示している。前段の励起光源260の励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1470nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。前段の励起光源260の出力励起光パワーを250mWとした。後段の励起光源270の励起光波長は1470nmとした。入力信号光パワーは、チャネルあたり、-7dBmとした。各励起光波長で、信号光の最短波長である約1562nmにおいて、雑音指数が最大であった。
【0049】
図10は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける最大雑音指数の前段励起光波長依存性のグラフを示す。同図は、図9の雑音指数スペクトル、各励起光波長における最大雑音指数の励起光波長依存性を表しており、この前段励起光波長が145nmのとき、最大雑音指数の最小値が得られた。従って、最適前段励起光波長は1455nmである。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1440nmと1455nmの中間、及び、1455nmと1470nmの中間の値をとって、1445nm〜1463nm(雑音指数9dB未満)。
【0050】
図11は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの後段励起光波長依存性を示す。同図は、第2のGB200、すなわち、図5の後段GB200の雑音指数スペクトルについて、励起光波長依存性を示している。後段の励起光源270の励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1470nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。後段の励起光源270の出力励起光パワーは、後段GB200の利得スペクトルが平坦となるレベルとした。前段の励起光源260の励起光波長は、1455nmとした。入力信号光パワーは、チャネル当たり、-7dBmとした。各励起光波長で約1566nmにおける雑音指数が最大であった。
【0051】
図12は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける最大雑音指数の後段励起光波長依存性を示す。同図は、図11の雑音指数スペクトル、各励起光波長における最大雑音指数の励起光波長依存性を示している。測定精度(約±0.2dB)の範囲内で、後段の励起光波長が1470nm、1480nm、1490nmのとき、最大雑音指数の最小値が得られた。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1465nm〜1495nmである(雑音指数7dB未満)。
【0052】
図13は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFAの利得スペクトルを示している。スペクトル平坦利得として、いずれの場合も約26dBの高い利得が得られている。
【0053】
図14は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの入力信号光パワー依存性のグラフである。同図(a)が従来技術を、同図(b)が本実施の形態を示している。入力信号光パワーPsinは、チャネル当たり、-24dBm、-29dBm、及び、-39dBmとした。
【0054】
図15は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の入力信号光パワー依存性のグラフである。同図は、図14の雑音指数スペクトルにおける最大雑音指数の信号光パワー依存性であり、従来技術では、入力信号光パワーが小さいとき、顕著な雑音指数増加が生じていることがわかる。一方、本実施の形態では、そのような増加は見られず、劣化が抑圧されていることがわかる。
【0055】
図16は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの中間光部品損失依存性のグラフである。同図(a)は従来技術の例であり、同図(b)は、本実施の形態の例である。中間光部品損失は、適宜0〜13dBの間の値に設定した。但し、中間光部品損失が0dBの場合は、図5の可変減衰器400をEDFAから取り外している。入力信号光パワーPsinは、チャネル当たり、-24dBmとした。
【0056】
図17は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の中間光部品損失依存性のグラフであり、同図(a)が従来技術の例であり、同図(b)が本実施の形態の例である。従来技術では、中間光部品損失が大きいとき、顕著な雑音指数増加が生じていることがわかる。一方、本実施の形態では、そのような増加は少なく、劣化が抑圧されていることがあわかる。
【0057】
以上述べたように、本実施の形態によれば、波長多重信号光の入力パワーPsinに関し、Psinのチャネルトータル値が小さいときに、雑音指数が大きいという欠点、前述のGB100とGB200の間に配置した光部品300の信号光損失が大きいとき、雑音指数が大きいという欠点、さらに、所要励起光源の台数が多いという欠点を解決できる。
【0058】
[第2の実施の形態]
図18は、本発明の第2の実施の形態におけるEDFAの構成を示す。同図において、図5と同一構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。図5との構成の主な違いは、前段のGB500に図5の第2のGB200を用いている。図18に示す前段のGB500は、3つのp−EDF501,502,503,アイソレータ504,505,506,507,508、合波器510,511、合分波器509、利得等化フィルタ550、合波器511に接続される励起光源560、合波器510に接続される励起光源570、合分波器509に接続される励起光反射気580を有する。後段GB200は、図5と同様である。図18に示すGB500のEDF長は、第1の実施の形態と同様である。
【0059】
第1の実施の形態では、前段GB100を1つの励起光源160で励起しており、前段GB100の出力信号光パワーが低めである。これに対し、本実施の形態では、前段GB500を2つの励起光源560,570で励起しており、前段GB500の出力信号光パワーを高く保つことができた。
【0060】
例えば、第1の実施の形態において、前段GB100内の励起光源出力の励起光パワーが250mWのとき、最大許容入力信号光パワーは、69チャネル入力のときにチャネル当たり約-23dBmであった。全チャネルトータルのパワーとしては、約-4.6dBmであった。但し、上記の最大許容入力信号光パワーでは、GBの利得スペクトルが平坦に保たれている。また、入力信号光パワーが最大許容入力信号光パワーを超えると、利得スペクトルが波長に対して左肩下がりになる。従って、前段GB100の利得が約15dBであることから、前段GB100の出力信号光パワーは、約10.4dBmの全チャネルトータルパワーであった。
【0061】
一方、本実施の形態では、前段GB500の励起光源560及び励起光源570の出力励起光パワーがそれぞれ250mWのとき、最大許容入力信号光パワーは、69チャネル入力のときにチャネル当たり約-12dBmであった。全チャネルのトータルのパワーとしては、約6.4dBmであった。従って、前段GB500の利得が約15dBであることから、前段GB500の出力信号光パワーは、約21.4dBmの全チャネルトータルパワーであった。
【0062】
上記のように、本実施の形態の前段のGB500は、実験の結果、第1の実施の形態の前段GB100に比べ、約11dB高い最大許容入力信号光パワー及び最大出力信号光パワーを有するという利点がある。
【0063】
[第3の実施の形態]
図19は、本発明の第3の実施の形態における第3のゲインブロックの構成を示す。同図において、図3と同一構成部分には、同一符号を付しその説明を省略する。
【0064】
図19に示すGBは、2つのP−EDF101,103を有し、それらの長さは、それぞれ27.6m、20m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ212dB、154dBである。即ち、当該GBは、第1の実施の形態の図3の第1のGB構成からP−EDF101とP−EDF102の間のアイソレータ105を除去した構成を有する。
【0065】
また、図20は、本発明の第3の実施の形態における第4のゲインブロックの構成を示す。同図において、図4と同一構成部分には、同一符号を付しその説明を省略する。
図20に示すGBは、2つのP−EDF201,203を有し、それらの長さはそれぞれ27.6m、16m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ、212dB、123dBである。すなわち、同図に示すGBは、図4の第2のGB構成からP−EDF201とP−EDF203の間のアイソレータを除去した構成を有する。
【0066】
図19、図20に示す第3・第4のGBは、第1の実施の形態の図3、図4に示す第1・第2のGBに比べ、信号光入力パワーが小さい場合に、測定した雑音指数が若干大きくなるという短所を有する反面、第1の実施の形態の図3、図4に示す第1・第2のGBより、部品点数が少なくて済むという長所を有する。
【0067】
図19、図20に示す第3・第4のGBを有するEDFAの中間光部品に対する雑音指数特性は、基本的に、第1の実施の形態の図3、図4に示した第1・第2のGBを有するEDFAの中間光部品に対する雑音指数特性と同じである。
【0068】
[第4の実施の形態]
図21は、本発明における雑音指数及び信号光出力パワーのEDF吸収損失依存性を示しており、前述の第1の実施の形態の図3、図4に示す第1・第2のGB,及び第3の実施の形態の図19,20に示す第3・第4のGBにおける雑音指数及び光信号出力パワーの吸収損失比率依存性を示す。同図(a)は、雑音指数を示し、(b)は信号光パワーを示す。
【0069】
吸収損失比率は、以下に定義される。
【0070】
第1の実施の形態では、P−EDF101及びP−EDF102の吸収損失aの和をA、P−EDF101,P−EDF102,P−EDF103の吸収損失aの和をBとする。第3の実施の形態では、P−EDF101(または、図20のP−EDF201)の吸収損失aをA、P−EDF101及びP−EDF103(または、図20のP−EDF203)の吸収損失aの和をBとする。これにより、吸収損失比率はAをBで割ったものである。
【0071】
図21により、雑損指数は、吸収損失比率が約30%以上のとき良好な値を示し、一方、信号光出力パワーは、吸収損失比率が約30%〜80%のとき良好な値を示すことがわかった。但し、雑音指数の良好な値とは、最低値6.0dBの0.2dB以内である6.2dB以下の値である。また、信号光出力パワーの良好な値とは、相対値0dBの0.5dB以内である-0.5dB以上の値である。従って、上記の吸収損失比率は、雑音指数と信号光出力パワーと共に良好な値であるために、約30%〜80%であることが望ましいことがわかった。
【0072】
[第5の実施の形態]
図22は、本発明の第5の実施の形態におけるゲインブロックの構成を示す。同図において、図19と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図22におけるGB(ゲインブロック)は、図19のゲインブロックと類似しているが、以下の点が主に異なる。
【0073】
図22に示すGBは、図19のGBにP−EDF605と利得等化フィルタ602及び、当該利得等化フィルタ602に対する、励起光のバイパスを追加した構成を有する。
【0074】
具体的には、合波器604の後段に、図22のaに示すように、P−EDF605、その後段に分波器606、アイソレータ106、利得等化フィルタ150、アイソレータ107、合波器122を設けたものである。3つのEDF(P−EDF101,P−EDF103,P−EDF605)の長さはそれぞれ、27.6m、20m、20m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ212dB、154dB,154dBである。
【0075】
なお、同図のaに示すP−EDF605、分波器606、アイソレータ106、利得等化フィルタ150、アイソレータ107、合波器112の組み合わせを1個のみ記載しているが、n個設けることも可能である。
【0076】
励起光源160から発した励起光は、P−EDF101、分波器109、合波器604、P−EDF605,分波器606、合波器112を経て、P−EDF103に入射する。前述の第3の実施の形態におけるGBと本実施の形態におけるGBの主な性能の違いは、本実施の形態におけるGBの方が高い利得を有することである。当該GBの利得は、トータルのEDF長が大きいほど高い。本実施の形態におけるGBのトータルEDF長及び利得は、それぞれ47.6m、及び、約15dB、一方、第3の実施の形態におけるGBのトータルEDF長及び利得は、それぞれ67.6m、及び、約21dBであった。従って、本実施の形態のGBは、高い利得1つの励起光源160で得られるという利点を有する。
【0077】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0078】
本発明は、光ファイバ通信システムに用いられる光ファイバ増幅器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0079】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの構成図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における第1のゲインブロックの構成図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの構成図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの詳細構成図である。
【図6】従来技術におけるEDFA構成例である。
【図7】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるゲインブロック利得スペクトルである。
【図8】本発明の第1の実施の形態における第1のゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの励起光波長依存性のグラフである。
【図9】本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの雑音指数スペクトルの前段励起光波長依存性のグラフである。
【図10】本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの最大雑音指数の前段励起光波長依存性のグラフである。
【図11】本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックの雑音指数スペクトルの後段励起光波長依存性のグラフである。
【図12】本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックの最大雑音指数の交換励起光波長依存性のグラフである。
【図13】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA利得スペクトルを示す図である。
【図14】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの入力信号光パワー依存性のグラフである。
【図15】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の入力信号光パワー依存性のグラフである。
【図16】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの中間光部品損失依存性のグラフである。
【図17】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の中間部品損失依存性のグラフである。
【図18】本発明の第2の実施の形態におけるEDFAの構成図である。
【図19】本発明の第3の実施の形態における第3のゲインブロックの構成図である。
【図20】本発明の第3の実施の形態における第4のゲインブロックの構成図である。
【図21】本発明における雑音指数及び信号光出力パワーのEDF吸収損失依存性のグラフである。
【図22】本発明の第5の実施の形態における第5のゲインブロックの構成図である。
【図23】第1の従来技術におけるゲインブロック構成図である。
【図24】第2の従来技術におけるゲインブロック構成図である。
【図25】従来技術のEDFA構成である。
【符号の説明】
【0080】
10 前段ゲインブロック
20 後段ゲインブロック
21 利得等化器
22 光部品
100 ゲインブロック、前段ゲインブロック
101 第1のエルビウム添加ファイバ、P−EDF
102 P−EDF
103 第2のエルビウム添加ファイバ、P−EDF
104,105,106,107,108 アイソレータ
109 分波器
110 合分波器
111,112 合波器
150 利得等化器
160 励起光源
170 励起光反射器
200 ゲインブロック、後段ゲインブロック
201,202,203 P−EDF
204,205,206,207,208 アイソレータ
209 合分波器
211,222 合波器
250 利得等化器、利得等化フィルタ
260,270 励起光源
280 励起光反射器
300 光部品
400 可変減衰器
500 前段ゲインブロック
501,502,503 P−EDF
504,505,506,507,508 アイソレータ
509 合分波器
510、511 合波器
560,570 励起光源
580 励起光反射器
601,603 アイソレータ
602 利得等化フィルタ
604 合波器
605 P−EDF
606 分波器
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバ増幅器に係り、特に、光ファイバ通信システムにおいて、線形中継器、後置増幅器、及び前置増幅器として信号光を光増幅する光ファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術のエルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA)を構成するゲインブロック(または、利得ブロック、略してGB)の構成を図23、図24に示す。
【0003】
図23は、第1の構成(GB−A)であり、図24が第2の構成(GB−B)である。
【0004】
当該EDFAは、リン共添加エルビウム添加ファイバ(P−EDF:Phosphorous co-doped Erbium0Doped Fiber)を利得媒質として用い、信号光波長は拡大L帯と呼ばれる波長域である(例えば、特許文献1参照)。この例の場合は、1.56〜1.62μmである。また、このリン共添加エルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA:Erbium-Doped Fiber Amplifier)は、拡張L帯EDFAの一種であり、拡張L帯EDFAには他にてテルライトEDFAやビスマスEDFAがある。この拡張L帯EDFAに対し、通常のEDFAはアルミニウムやゲルマニウムを添加したEDFAであり、信号光波長域はおおよそ1.57〜1.60μmである。即ち、上記の拡張L帯EDFAは、上記の通常のEDFAに比べ、信号光波長域が長波長側に拡張されている。上記のEDFA及び上記の通常のEDFAは共にシリカEDFAである。
【0005】
P−EDFの長さは、エルビウム添加濃度や、P−EDFのファイバファイバ構造に依存する。その長さの例は、43.6mであり、この長さに対応して、信号光帯域内での最小利得は約15dBとなる。但し、上記の最小利得はP−EDFの長さに比例する。また、このとき、EDFAは、その利得スペクトルの信号光波長域内で利得偏差が最小になるように、すなわち、利得平坦スペクトルが得られるよう励起されているものとする。
【0006】
ある利得に対するP−EDFの所要長は、エルビウム添加濃度や、P−EDFのファイバファイバ構造に依存するため、P−EDFに対する条件を規定するには、上記のエルビウム添加濃度(c)とP−EDFファイバ構造で決まる、1.55μmにおけるP−EDFの吸収損失(a)を用いることが有効である。より詳しくは、P−EDFにおける励起状態のエルビウムイオンの分布空間領域と、P−EDFファイバファイバ構造で決まる信号光強度分布の重なり因子をfとしたとき、aはcとfに比例する。また、単位長さ当たりの吸収損失をb、P−EDFの長さをLとしたとき、dB単位のaは、a=b*Lの関係がある。このとき、b及びLの単位はそれぞれdB/m及びmである。
【0007】
上記のGB−Aは、P−EDFの両側にアイソレータを有し、また、2つの励起光源及び合波器を用いて双方向励起されている。上記の2つの励起光源のうち、前段の励起光源(励起光源F)は、信号光と同方向から励起する励起光を発し、一方、後段の励起光源(励起光源B)は、信号光と逆方向から励起する励起光を発する。励起光源F及び励起光源Bの波長は、1480nm(1.48μm)である。上記GB−Aの構成は、EDFAのみならず、他の上記拡張L帯EDFA及び上記の通常のEDFAにおいても用いられている。
【0008】
また、図24に示す、GB−Bは、GB−Aとの差分として、2つのP−EDF(前段のP−EDF(P−EDF1)及び後段のP−EDF(P−EDF2)を有し、それら2つのP−EDFの間にアイソレータ10を有する。P−EDF1及びP−EDF2の長さの例は、それぞれ、5.6m及び39m、また、P−EDP1及びP−EDF2の吸収損失aの例は、それぞれ43dB及び300dBである。励起光源F及び励起光源Bの波長の例は、それぞれ1455nm及び1470nmである。
【0009】
図25は、従来技術のEDFAの構成を示している。このEDFAは、信号光入力方向に対して前段に配置したGB(GB1)と後段に配置したGB(GB−2)を有する。また、GB−1とGB−2の利得偏差の和を平坦化(等化)する利得等化器21、光アドドロップ用の光スイッチなどの光部品22を、GB−1とGB−2の間に配置している。
【特許文献1】特開2007−288124号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上記の従来技術のEDFAでは、波長多重信号光の入力パワー(Psin)に関し、Psinのチャネルトータル値が小さいときに、雑音指数が大きいという欠点がある。
【0011】
また、上記の従来技術のゲインブロックの構成のGB−1とGB−2の間に配置した光部品(光部品22)の信号光損失が大きいとき、雑音指数が大きいという欠点があった。さらに、所要励起光源の台数が多いという欠点がある。
【0012】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、ゲインブロックの間に可変減衰器等の光損失を与える光部品を挿入しても、雑音指数を減少させることが可能な光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
図1は、本発明の原理構成図である。
【0014】
本発明(請求項1)は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
利得媒質としての縦列接続配置された第1のエルビウム添加ファイバ(第1のEDF)101と、第2のエルビウム添加ファイバ(第2のEDF)103と、
第1のEDF101と第2のEDF103に対して励起光を発する第1の励起光源160と、
第1のEDF101の信号光入射側に設置した、1.56μmから1.62μmの波長域に少なくとも1波長を有する入射信号光と第1の励起光源160から出力される励起光を合波する第1の合波器111と、
第1のEDF101と第2のEDF103との間に設置され、利得偏差を等化する第1の利得等化器150と、を有するゲインブロックを少なくとも1つ有する。
【0015】
また、本発明(請求項2)は、請求項1の光ファイバ増幅器において、第1のEDF101の前段に設置したn−1個の第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、
n個のEDFの間のアイソレータと、を有する。
【0016】
また、本発明(請求項3)は、請求項1または2記載の光ファイバ増幅器において、第1のEDF101の後段に設置した第2の利得等化器と、
第2の利得等化器と前記第1の利得等化器の間に設置した第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、からなる組み合わせをN(N≧1)組交互に設ける。
【0017】
また、本発明(請求項4)は、請求項1または2記載の光ファイバ増幅器において、第1のEDF101の後段に設置した、信号光と励起光を分波する第1の分波器と、
第1の利得等化器150の後段に設置し、分波器の励起光透過ポートが、励起光透過ポートに接続された、信号光と励起光を合波する第2の合波器と、を有する。
【0018】
また、本発明(請求項5)は、請求項4記載の光ファイバ増幅器において、
第1の合波器の後段に設置した第4のエルビウム添加ファイバ(第4のEDF)と、
第4のEDFの信号光を分波する第2の分波器と、
第2の分波器の後段に設置した第2の利得等化器と、
第2の分波器で分波された信号光と第2の利得等化器の出力光を合波する第3の合波器と、からなる組み合わせをN(N≧1)組接続する。
【0019】
また、本発明(請求項6)は、請求項1乃至5のいずれか1項記載光ファイバ増幅器において、
第2のEDFの後段に設置した、信号光と励起光を合波または分波する第1の合分波器と、
第1の合分波器の励起光透過ポートに接続した励起光反射器と、を有する。
【0020】
また、本発明(請求項7)は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の光ファイバ増幅器において、
励起光を発する第2の励起光源と、
第2のEDFの前段に設置した、信号光と第2の励起光源から出力された励起光を合波する第3の合波器と、を有する。
【0021】
また、本発明(請求項8)は、請求項7記載の光ファイバ増幅器において、
第2のEDFの後段に設置した、信号光と第1の励起光源から出力された励起光を分波する第3の分波器と、
第3の分波器の励起光透過ポートに接続した、励起光反射器と、を有する。
【0022】
本発明(請求項9)は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項4,6に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有する。
【0023】
本発明(請求項10)は、光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有する。
【0024】
また、本発明は、請求項1または、2の各ゲインブロックにおいて、
上記のEDFをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
最集段のEDFの1550nmにおける吸収損失をdB単位でB、該最終段のEDF以外のEDFの1550nmにおける吸収損失をdB単位でAとしたとき、AのA+Bに対する比率が30〜80%となる長さのEDFを有する。
【0025】
また、本発明は、請求項4のゲインブロックにおいて、
上記のEDFをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
第1の励起光源の波長を、1435〜1445nmとする。
【0026】
また、本発明は、請求項4のゲインブロックにおいて、
上記のEDFをリン共添加エルビウム添加ファイバとし、
第1の励起光源の波長を1445〜1460とし、
第2の励起光源の波長を1465〜1495nmとする。
【発明の効果】
【0027】
上記のように本発明によれば、ファイバ増幅器を含む前段のゲインブロック、増幅波長は異なるものの、同様のファイバ増幅器を含む後段のゲインブロック内に等化フィルタを包含させることにより、従来技術において問題であった、雑音指数が大きい、また所要励起光源の台数が多いという欠点を解決できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【0029】
[第1の実施の形態]
図2は、本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの構成を示す。
【0030】
同図において、前段のGB100内に第1の利得等化器150を設置し、後段のGB200内に第2の利得等化器250を設置した点が図24の従来技術の構成と異なる。
【0031】
但し、本発明のEDFAは、GB100のみ、または、GB200のみを有する構成でもよい。
【0032】
図3は、本発明の第1の実施の形態における第1のゲインブロックの構成を示す。
【0033】
このGB100は、3つのP−EDF101,102,103を有し、それらの長さはそれぞれ、5.6m、22m、20m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ43dB、169dB、154dBである。P−EDF101とP−EDF102との間にはアイソレータ105が設置され、そのアイソレータ105は、信号光と励起光を共に低損失で通過させる。P−EDF101とP−EDF102で増幅された信号光は、P−EDF102の後段の分波器109と、その後段のアイソレータ106と、利得等化器としての利得等化フィルタ150と、その後段のアイソレータ107と合波器112を通過後、P−EDF103に入射されて増幅される。利得等化フィルタ150は、3つのP−EDF101,102,103の利得偏差を等化する。
【0034】
励起光源160から出射した1440nmの励起光は、P−EDF101の前段に配置した合波器111で信号光と合波される。その後、P−EDF101とP−EDF102で励起光の一部が吸収され、P−EDF102を出射した励起光は、分波器109で信号光と分離され、合波器112に導かれた後、合波器121で信号光と合波される。その後、P−EDF103で励起光の一部が吸収され、P−EDF103で励起光の一部が吸収され、P−EDF103を出射した励起光は、P−EDF103の後段に設置した合分波器110で信号光と分離され、合分波器110の励起光通過用ポートに接続した励起光反射器170で反射され、合分波器110を逆戻りして、再びP−EDF103を励起する。
【0035】
図4は、本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの構成を示す。
【0036】
同図に示す第2のゲインブロックは、3つのP−EDF201,202,203、P−EDF201の前段には、アイソレータ204、合波器211があり、当該合波器211には、励起光源260が接続されている。P−EDF201とP−EDF202の間にはアイソレータ205があり、P−EDF202とP−EDF203の間には、合分波器209、アイソレータ206、利得等化フィルタ250、アイソレータ207、合波器222がある。合分波器209には、励起光反射器280が接続され、合分波器209で分波された信号光が反射される。合波器222には励起光源270が接続され、合波器222において、アイソレータ207を通過した信号光と励起光を合波してP−EDF203に出射する。
【0037】
同図に示す、3つのP−EDF201,202,203の長さは、それぞれ5.6m、22m、15mであり、また、それらの吸収損失aは、それぞれ43dB、169dB、123dBである。P−EDF201とP−EDF202の間には、アイソレータ205が設置され、そのアイソレータ205は、信号光と励起光を共に低損失で通過させる。
【0038】
P−EDF201とP−EDF202で増幅された信号光は、P−EDF202の後段の分波器209とその後段のアイソレータ206と合波器222を通過後、P−EDF203に入射して増幅される。利得等化フィルタ250は、3つのP−EDF201,202,203の利得偏差を等化するような透過率とする。
【0039】
第1の励起光源260から出射した1455nmの励起光は、P−EDF201の前段に設置した合波器211でアイソレータ204を通過した信号光と合波される。その後、P−EDF201と、P−EDF202で励起光の一部が吸収され、P−EDF202を出射した励起光は、分合波器209で信号光と分離され、分波器209の励起光通過ポートに接続した励起光反射器280で反射され、再び、P−EDF202に導かれてP−EDF202を励起する。
【0040】
第2の励起光源270から出射された1470nmの励起光は、合波器222で信号光と合波され、P−EDF203中で殆ど吸収され、P−EDF203を出射する1470nmの励起光のパワーレベルは、P−EDF203を励起できるパワーレベルより低い。
【0041】
図5は、本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの詳細構成を示す。
【0042】
図5に示すEDFAは、前段のGB100は図3に記載のGB100、後段のGB200は、図4に記載のGB200、また、図2に記載の光部品300の信号光損失を与えるため、前段GB100と後段GB200の間に可変減衰器400を設置している。
【0043】
前段GB100内には利得等化フィルタ150、後段GB200内には利得等化フィルタ250を設けている。このEDFAでは、前段GB100及び後段GB200内の6つのP−EDFの利得偏差を、それぞれ利得等化フィルタ150,250で等化する。特に必要でない場合には、前段GB100及び後段GB200の各々は、多少の利得偏差を有していてもよい。なお、損失を与えるものとしても、可変減衰器400のみには限らない。例えば、分散補償光スイッチなどがある。
【0044】
一方、図6は、従来技術におけるEDFAの構成を示している。前段GB10及び後段GB20は、図22に記載の第1構成GB−Aである。前段GB10及び後段GB20は、それぞれ43.6m及び36.4mのP−EDFを有し、それらの吸収損失aは、それぞれ336dB及び280dBである。
【0045】
以上、図5と図6の構成を比較することにより、従来技術における励起光源数は4、一方、本実施の形態における励起光源数は3である。従って本実施の形態により、励起光源数の削減が達成された。
【0046】
図7は、本実施の形態及び従来技術におけるGB利得スペクトルを示している。本実施の形態及び従来技術のGBは、図5及び図6に記載の前段のGBである。信号光波長は1562 nm〜1620 nmの波長範囲に100GHzの周波数間隔(波長間隔で約0.8nm)で69チャネル配置した。従来技術では、利得スペクトルにおける約最低利得が約15dB、一方、本実施の形態では、平坦化利得が約15dBとなるように、P−EDFの長さ(本実施の形態ではトータル長)を決定した。図7より、GBとして、従来技術では、GBにおいて大きな利得偏差があるが、本実施の形態では、GB単体で平坦化がなされていることがわかる。
【0047】
図8は、本発明の第1の実施の形態における第1ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの励起光波長依存性のグラフを示している。励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。励起光パワーは、励起光源出力において、最大250mWとした。入力信号光パワーは、チャネル当たり、−19dBmとした。測定の結果、1430nm,1440nmの励起光波長においてのみ、平坦利得スペクトルが得られ、他の長波長側の励起光波長では、平坦利得スペクトルまで励起されないことがわかった。従って、図8は、図5に示す構成における励起光波長が1430,1440nmの場合のみ示している。図8より励起光波長が1440nmの場合の方が、より低い雑音指数が得られていることがわかる。従って、上記7つの励起波長において、1440nmが最適な励起光波長であることがわかった。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1430nmと1440nmの中間、及び、1440nmと1455nmの中間の値をとって、1435nm〜1448nmである。
【0048】
図9は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの前段励起光波長依存性を示す。同図では、本実施の形態の第2のGB200、即ち、図5の後段のGB200の雑音指数スペクトルについて励起光波長依存性を示している。前段の励起光源260の励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1470nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。前段の励起光源260の出力励起光パワーを250mWとした。後段の励起光源270の励起光波長は1470nmとした。入力信号光パワーは、チャネルあたり、-7dBmとした。各励起光波長で、信号光の最短波長である約1562nmにおいて、雑音指数が最大であった。
【0049】
図10は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける最大雑音指数の前段励起光波長依存性のグラフを示す。同図は、図9の雑音指数スペクトル、各励起光波長における最大雑音指数の励起光波長依存性を表しており、この前段励起光波長が145nmのとき、最大雑音指数の最小値が得られた。従って、最適前段励起光波長は1455nmである。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1440nmと1455nmの中間、及び、1455nmと1470nmの中間の値をとって、1445nm〜1463nm(雑音指数9dB未満)。
【0050】
図11は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの後段励起光波長依存性を示す。同図は、第2のGB200、すなわち、図5の後段GB200の雑音指数スペクトルについて、励起光波長依存性を示している。後段の励起光源270の励起光波長を、1430nm、1440nm、1455nm、1470nm、1480nm、1490nm、1505nmとして雑音指数スペクトルを測定した。後段の励起光源270の出力励起光パワーは、後段GB200の利得スペクトルが平坦となるレベルとした。前段の励起光源260の励起光波長は、1455nmとした。入力信号光パワーは、チャネル当たり、-7dBmとした。各励起光波長で約1566nmにおける雑音指数が最大であった。
【0051】
図12は、本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックにおける最大雑音指数の後段励起光波長依存性を示す。同図は、図11の雑音指数スペクトル、各励起光波長における最大雑音指数の励起光波長依存性を示している。測定精度(約±0.2dB)の範囲内で、後段の励起光波長が1470nm、1480nm、1490nmのとき、最大雑音指数の最小値が得られた。望ましい波長範囲としては、上記の測定点の数を考慮し、1465nm〜1495nmである(雑音指数7dB未満)。
【0052】
図13は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFAの利得スペクトルを示している。スペクトル平坦利得として、いずれの場合も約26dBの高い利得が得られている。
【0053】
図14は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの入力信号光パワー依存性のグラフである。同図(a)が従来技術を、同図(b)が本実施の形態を示している。入力信号光パワーPsinは、チャネル当たり、-24dBm、-29dBm、及び、-39dBmとした。
【0054】
図15は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の入力信号光パワー依存性のグラフである。同図は、図14の雑音指数スペクトルにおける最大雑音指数の信号光パワー依存性であり、従来技術では、入力信号光パワーが小さいとき、顕著な雑音指数増加が生じていることがわかる。一方、本実施の形態では、そのような増加は見られず、劣化が抑圧されていることがわかる。
【0055】
図16は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの中間光部品損失依存性のグラフである。同図(a)は従来技術の例であり、同図(b)は、本実施の形態の例である。中間光部品損失は、適宜0〜13dBの間の値に設定した。但し、中間光部品損失が0dBの場合は、図5の可変減衰器400をEDFAから取り外している。入力信号光パワーPsinは、チャネル当たり、-24dBmとした。
【0056】
図17は、本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の中間光部品損失依存性のグラフであり、同図(a)が従来技術の例であり、同図(b)が本実施の形態の例である。従来技術では、中間光部品損失が大きいとき、顕著な雑音指数増加が生じていることがわかる。一方、本実施の形態では、そのような増加は少なく、劣化が抑圧されていることがあわかる。
【0057】
以上述べたように、本実施の形態によれば、波長多重信号光の入力パワーPsinに関し、Psinのチャネルトータル値が小さいときに、雑音指数が大きいという欠点、前述のGB100とGB200の間に配置した光部品300の信号光損失が大きいとき、雑音指数が大きいという欠点、さらに、所要励起光源の台数が多いという欠点を解決できる。
【0058】
[第2の実施の形態]
図18は、本発明の第2の実施の形態におけるEDFAの構成を示す。同図において、図5と同一構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。図5との構成の主な違いは、前段のGB500に図5の第2のGB200を用いている。図18に示す前段のGB500は、3つのp−EDF501,502,503,アイソレータ504,505,506,507,508、合波器510,511、合分波器509、利得等化フィルタ550、合波器511に接続される励起光源560、合波器510に接続される励起光源570、合分波器509に接続される励起光反射気580を有する。後段GB200は、図5と同様である。図18に示すGB500のEDF長は、第1の実施の形態と同様である。
【0059】
第1の実施の形態では、前段GB100を1つの励起光源160で励起しており、前段GB100の出力信号光パワーが低めである。これに対し、本実施の形態では、前段GB500を2つの励起光源560,570で励起しており、前段GB500の出力信号光パワーを高く保つことができた。
【0060】
例えば、第1の実施の形態において、前段GB100内の励起光源出力の励起光パワーが250mWのとき、最大許容入力信号光パワーは、69チャネル入力のときにチャネル当たり約-23dBmであった。全チャネルトータルのパワーとしては、約-4.6dBmであった。但し、上記の最大許容入力信号光パワーでは、GBの利得スペクトルが平坦に保たれている。また、入力信号光パワーが最大許容入力信号光パワーを超えると、利得スペクトルが波長に対して左肩下がりになる。従って、前段GB100の利得が約15dBであることから、前段GB100の出力信号光パワーは、約10.4dBmの全チャネルトータルパワーであった。
【0061】
一方、本実施の形態では、前段GB500の励起光源560及び励起光源570の出力励起光パワーがそれぞれ250mWのとき、最大許容入力信号光パワーは、69チャネル入力のときにチャネル当たり約-12dBmであった。全チャネルのトータルのパワーとしては、約6.4dBmであった。従って、前段GB500の利得が約15dBであることから、前段GB500の出力信号光パワーは、約21.4dBmの全チャネルトータルパワーであった。
【0062】
上記のように、本実施の形態の前段のGB500は、実験の結果、第1の実施の形態の前段GB100に比べ、約11dB高い最大許容入力信号光パワー及び最大出力信号光パワーを有するという利点がある。
【0063】
[第3の実施の形態]
図19は、本発明の第3の実施の形態における第3のゲインブロックの構成を示す。同図において、図3と同一構成部分には、同一符号を付しその説明を省略する。
【0064】
図19に示すGBは、2つのP−EDF101,103を有し、それらの長さは、それぞれ27.6m、20m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ212dB、154dBである。即ち、当該GBは、第1の実施の形態の図3の第1のGB構成からP−EDF101とP−EDF102の間のアイソレータ105を除去した構成を有する。
【0065】
また、図20は、本発明の第3の実施の形態における第4のゲインブロックの構成を示す。同図において、図4と同一構成部分には、同一符号を付しその説明を省略する。
図20に示すGBは、2つのP−EDF201,203を有し、それらの長さはそれぞれ27.6m、16m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ、212dB、123dBである。すなわち、同図に示すGBは、図4の第2のGB構成からP−EDF201とP−EDF203の間のアイソレータを除去した構成を有する。
【0066】
図19、図20に示す第3・第4のGBは、第1の実施の形態の図3、図4に示す第1・第2のGBに比べ、信号光入力パワーが小さい場合に、測定した雑音指数が若干大きくなるという短所を有する反面、第1の実施の形態の図3、図4に示す第1・第2のGBより、部品点数が少なくて済むという長所を有する。
【0067】
図19、図20に示す第3・第4のGBを有するEDFAの中間光部品に対する雑音指数特性は、基本的に、第1の実施の形態の図3、図4に示した第1・第2のGBを有するEDFAの中間光部品に対する雑音指数特性と同じである。
【0068】
[第4の実施の形態]
図21は、本発明における雑音指数及び信号光出力パワーのEDF吸収損失依存性を示しており、前述の第1の実施の形態の図3、図4に示す第1・第2のGB,及び第3の実施の形態の図19,20に示す第3・第4のGBにおける雑音指数及び光信号出力パワーの吸収損失比率依存性を示す。同図(a)は、雑音指数を示し、(b)は信号光パワーを示す。
【0069】
吸収損失比率は、以下に定義される。
【0070】
第1の実施の形態では、P−EDF101及びP−EDF102の吸収損失aの和をA、P−EDF101,P−EDF102,P−EDF103の吸収損失aの和をBとする。第3の実施の形態では、P−EDF101(または、図20のP−EDF201)の吸収損失aをA、P−EDF101及びP−EDF103(または、図20のP−EDF203)の吸収損失aの和をBとする。これにより、吸収損失比率はAをBで割ったものである。
【0071】
図21により、雑損指数は、吸収損失比率が約30%以上のとき良好な値を示し、一方、信号光出力パワーは、吸収損失比率が約30%〜80%のとき良好な値を示すことがわかった。但し、雑音指数の良好な値とは、最低値6.0dBの0.2dB以内である6.2dB以下の値である。また、信号光出力パワーの良好な値とは、相対値0dBの0.5dB以内である-0.5dB以上の値である。従って、上記の吸収損失比率は、雑音指数と信号光出力パワーと共に良好な値であるために、約30%〜80%であることが望ましいことがわかった。
【0072】
[第5の実施の形態]
図22は、本発明の第5の実施の形態におけるゲインブロックの構成を示す。同図において、図19と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図22におけるGB(ゲインブロック)は、図19のゲインブロックと類似しているが、以下の点が主に異なる。
【0073】
図22に示すGBは、図19のGBにP−EDF605と利得等化フィルタ602及び、当該利得等化フィルタ602に対する、励起光のバイパスを追加した構成を有する。
【0074】
具体的には、合波器604の後段に、図22のaに示すように、P−EDF605、その後段に分波器606、アイソレータ106、利得等化フィルタ150、アイソレータ107、合波器122を設けたものである。3つのEDF(P−EDF101,P−EDF103,P−EDF605)の長さはそれぞれ、27.6m、20m、20m、また、それらの吸収損失aは、それぞれ212dB、154dB,154dBである。
【0075】
なお、同図のaに示すP−EDF605、分波器606、アイソレータ106、利得等化フィルタ150、アイソレータ107、合波器112の組み合わせを1個のみ記載しているが、n個設けることも可能である。
【0076】
励起光源160から発した励起光は、P−EDF101、分波器109、合波器604、P−EDF605,分波器606、合波器112を経て、P−EDF103に入射する。前述の第3の実施の形態におけるGBと本実施の形態におけるGBの主な性能の違いは、本実施の形態におけるGBの方が高い利得を有することである。当該GBの利得は、トータルのEDF長が大きいほど高い。本実施の形態におけるGBのトータルEDF長及び利得は、それぞれ47.6m、及び、約15dB、一方、第3の実施の形態におけるGBのトータルEDF長及び利得は、それぞれ67.6m、及び、約21dBであった。従って、本実施の形態のGBは、高い利得1つの励起光源160で得られるという利点を有する。
【0077】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0078】
本発明は、光ファイバ通信システムに用いられる光ファイバ増幅器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0079】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの構成図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における第1のゲインブロックの構成図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの構成図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態におけるEDFAの詳細構成図である。
【図6】従来技術におけるEDFA構成例である。
【図7】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるゲインブロック利得スペクトルである。
【図8】本発明の第1の実施の形態における第1のゲインブロックにおける雑音指数スペクトルの励起光波長依存性のグラフである。
【図9】本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの雑音指数スペクトルの前段励起光波長依存性のグラフである。
【図10】本発明の第1の実施の形態における第2のゲインブロックの最大雑音指数の前段励起光波長依存性のグラフである。
【図11】本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックの雑音指数スペクトルの後段励起光波長依存性のグラフである。
【図12】本発明の第1の実施の形態における第2ゲインブロックの最大雑音指数の交換励起光波長依存性のグラフである。
【図13】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA利得スペクトルを示す図である。
【図14】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの入力信号光パワー依存性のグラフである。
【図15】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の入力信号光パワー依存性のグラフである。
【図16】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA雑音指数スペクトルの中間光部品損失依存性のグラフである。
【図17】本発明の第1の実施の形態及び従来技術におけるEDFA最大雑音指数の中間部品損失依存性のグラフである。
【図18】本発明の第2の実施の形態におけるEDFAの構成図である。
【図19】本発明の第3の実施の形態における第3のゲインブロックの構成図である。
【図20】本発明の第3の実施の形態における第4のゲインブロックの構成図である。
【図21】本発明における雑音指数及び信号光出力パワーのEDF吸収損失依存性のグラフである。
【図22】本発明の第5の実施の形態における第5のゲインブロックの構成図である。
【図23】第1の従来技術におけるゲインブロック構成図である。
【図24】第2の従来技術におけるゲインブロック構成図である。
【図25】従来技術のEDFA構成である。
【符号の説明】
【0080】
10 前段ゲインブロック
20 後段ゲインブロック
21 利得等化器
22 光部品
100 ゲインブロック、前段ゲインブロック
101 第1のエルビウム添加ファイバ、P−EDF
102 P−EDF
103 第2のエルビウム添加ファイバ、P−EDF
104,105,106,107,108 アイソレータ
109 分波器
110 合分波器
111,112 合波器
150 利得等化器
160 励起光源
170 励起光反射器
200 ゲインブロック、後段ゲインブロック
201,202,203 P−EDF
204,205,206,207,208 アイソレータ
209 合分波器
211,222 合波器
250 利得等化器、利得等化フィルタ
260,270 励起光源
280 励起光反射器
300 光部品
400 可変減衰器
500 前段ゲインブロック
501,502,503 P−EDF
504,505,506,507,508 アイソレータ
509 合分波器
510、511 合波器
560,570 励起光源
580 励起光反射器
601,603 アイソレータ
602 利得等化フィルタ
604 合波器
605 P−EDF
606 分波器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
利得媒質としての縦列接続配置された第1のエルビウム添加ファイバ(第1のEDF)と、第2のエルビウム添加ファイバ(第2のEDF)と、
前記第1のEDFと前記第2のEDFに対して励起光を発する第1の励起光源と、
前記第1のEDFの信号光入射側に設置した、1.56μmから1.62μmの波長域に少なくとも1波長を有する入射信号光と前記第1の励起光源から出力される励起光を合波する第1の合波器と、
前記第1のEDFと前記第2のEDFとの間に設置され、利得偏差を等化する第1の利得等化器と、
を有するゲインブロックを少なくとも1つ有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項2】
前記第1のEDFの前段に設置したn−1個の第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、
n個のEDFの間のアイソレータと、
を有する請求項1記載の光ファイバ増幅器。
【請求項3】
前記第1のEDFの後段に設置した第2の利得等化器と、
前記第2の利得等化器と前記第1の利得等化器の間に設置した第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、からなる組合せをN(N≧1)組交互に設ける
請求項1または2記載の光ファイバ増幅器。
【請求項4】
前記第1のEDFの後段に設置した、信号光と前記励起光を分波する第1の分波器と、
前記第1の利得等化器の後段に設置し、前記分波器の励起光透過ポートが、励起光透過ポートに接続された、前記信号光と前記励起光を合波する第2の合波器と、
を有する請求項1または2記載の光ファイバ増幅器。
【請求項5】
前記第1の合波器の後段に設置した第4のエルビウム添加ファイバ(第4のEDF)と、
前記第4のEDFの信号光を分波する第2の分波器と、
前記第2の分波器の後段に設置した第2の利得等化器と、
前記第2の分波器で分波された前記信号光と前記第2の利得等化器の出力光を合波する第3の合波器と、からなる組み合わせをN(N≧1)組接続する
請求項4記載の光ファイバ増幅器。
【請求項6】
前記第2のEDFの後段に設置した、前記信号光と前記励起光を合波または分波する第1の合分波器と、
前記第1の合分波器の励起光透過ポートに接続した励起光反射器と、
を有する請求項1乃至5のいずれか1項記載の光ファイバ増幅器。
【請求項7】
励起光を発する第2の励起光源と、
前記第2のEDFの前段に設置した、前記信号光と前記第2の励起光源から出力された励起光を合波する第3の合波器と、
を有する請求項1乃至6のいずれか1項記載の光ファイバ増幅器。
【請求項8】
前記第2のEDFの後段に設置した、信号光と前記第1の励起光源から出力された励起光を分波する第3の分波器と、
前記第3の分波器の励起光透過ポートに接続した、励起光反射器と、
を有する請求項7記載の光ファイバ増幅器。
【請求項9】
光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項4,6に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項10】
光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項1】
光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
利得媒質としての縦列接続配置された第1のエルビウム添加ファイバ(第1のEDF)と、第2のエルビウム添加ファイバ(第2のEDF)と、
前記第1のEDFと前記第2のEDFに対して励起光を発する第1の励起光源と、
前記第1のEDFの信号光入射側に設置した、1.56μmから1.62μmの波長域に少なくとも1波長を有する入射信号光と前記第1の励起光源から出力される励起光を合波する第1の合波器と、
前記第1のEDFと前記第2のEDFとの間に設置され、利得偏差を等化する第1の利得等化器と、
を有するゲインブロックを少なくとも1つ有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項2】
前記第1のEDFの前段に設置したn−1個の第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、
n個のEDFの間のアイソレータと、
を有する請求項1記載の光ファイバ増幅器。
【請求項3】
前記第1のEDFの後段に設置した第2の利得等化器と、
前記第2の利得等化器と前記第1の利得等化器の間に設置した第3のエルビウム添加ファイバ(第3のEDF)と、からなる組合せをN(N≧1)組交互に設ける
請求項1または2記載の光ファイバ増幅器。
【請求項4】
前記第1のEDFの後段に設置した、信号光と前記励起光を分波する第1の分波器と、
前記第1の利得等化器の後段に設置し、前記分波器の励起光透過ポートが、励起光透過ポートに接続された、前記信号光と前記励起光を合波する第2の合波器と、
を有する請求項1または2記載の光ファイバ増幅器。
【請求項5】
前記第1の合波器の後段に設置した第4のエルビウム添加ファイバ(第4のEDF)と、
前記第4のEDFの信号光を分波する第2の分波器と、
前記第2の分波器の後段に設置した第2の利得等化器と、
前記第2の分波器で分波された前記信号光と前記第2の利得等化器の出力光を合波する第3の合波器と、からなる組み合わせをN(N≧1)組接続する
請求項4記載の光ファイバ増幅器。
【請求項6】
前記第2のEDFの後段に設置した、前記信号光と前記励起光を合波または分波する第1の合分波器と、
前記第1の合分波器の励起光透過ポートに接続した励起光反射器と、
を有する請求項1乃至5のいずれか1項記載の光ファイバ増幅器。
【請求項7】
励起光を発する第2の励起光源と、
前記第2のEDFの前段に設置した、前記信号光と前記第2の励起光源から出力された励起光を合波する第3の合波器と、
を有する請求項1乃至6のいずれか1項記載の光ファイバ増幅器。
【請求項8】
前記第2のEDFの後段に設置した、信号光と前記第1の励起光源から出力された励起光を分波する第3の分波器と、
前記第3の分波器の励起光透過ポートに接続した、励起光反射器と、
を有する請求項7記載の光ファイバ増幅器。
【請求項9】
光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項4,6に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項10】
光ファイバ通信システムで用いられる光ファイバ増幅器であって、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第1のゲインブロックと、
請求項7,8に記載の構成を有する光ファイバ増幅器からなる第2のゲインブロックと、
を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図10】
【図12】
【図15】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図8】
【図9】
【図11】
【図13】
【図14】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図10】
【図12】
【図15】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図8】
【図9】
【図11】
【図13】
【図14】
【図16】
【公開番号】特開2009−272570(P2009−272570A)
【公開日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−124009(P2008−124009)
【出願日】平成20年5月9日(2008.5.9)
【出願人】(000004226)日本電信電話株式会社 (13,992)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年5月9日(2008.5.9)
【出願人】(000004226)日本電信電話株式会社 (13,992)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]