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光増幅性導波路
説明

光増幅性導波路

【課題】 Cバンドにおいて利得平坦度が優れ、励起光波長の変動に対するトレランスが優れた光増幅性導波路を提供する。
【解決手段】 本発明に係る光増幅性導波路は、Er元素を添加され、976nm以下または981nm以上の波長の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が11.5%より小さくなることを特徴とする。また、この相対利得偏差が11%より小さくなる波長範囲の幅が36nm以上であるのが好適である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Er元素を添加された光増幅性導波路に関するものである。
【背景技術】
【0002】
Er元素を添加された光増幅性導波路は、光導波領域にEr元素を添加された光導波路(例えば光ファイバ)であって、Er元素を励起し得る波長の励起光を導波するとともに、光増幅されるべきCバンドの信号光をも導波することができる。一般に、Er元素を励起する励起光としては波長0.98μm帯の励起光が用いられる(例えば特許文献1や非特許文献1を参照)。また、波長分割多重(WDM: Wavelength Division Multiplexing)光伝送システムにおいて光増幅性導波路により多波長の信号光を一括光増幅する場合等を考慮すると、光増幅性導波路の利得スペクトルは、利得平坦度が優れていること(すなわち、広い信号光波長帯域において利得偏差が小さいこと)が望まれる。
【特許文献1】米国特許第6621624号明細書
【非特許文献1】A. J.G. Ellison, et al., "Hybrid Erbium Silicate Conventional-Band FiberAmplifier with Ultra-Low Gain Ripple", OAA1999, Postdeadline papers 2,(1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
EDFにおいては、波長0.98μm帯の励起光の波長の僅かな相違に因り、波長1.53μm帯の利得スペクトルの形状は大きく変化することが知られている。しかしながら、上記2文献では、励起光波長として「980nm」または「about 980nm」と記載されているのみであり、励起光波長と利得スペクトルとの間の関係や利得平坦度については何ら考慮や言及がない。
【0004】
また、利得スペクトルの形状が励起光波長に依存することは、励起光を出力する光源(一般にはレーザダイオードおよび波長安定用ファイバグレーティングを含む)の製造ばらつきの観点から望ましくなく、また、稼働時のレーザダイオードや波長安定用ファイバグレーティングの特性変動の観点からも望ましくない。
【0005】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、Cバンドにおいて利得平坦度が優れ、励起光波長の変動に対するトレランスが優れた光増幅性導波路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】
【0006】
本発明に係る光増幅性導波路は、Er元素を添加され、976nm以下または981nm以上の波長の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が11.5%より小さくなることを特徴とする。また、この相対利得偏差が11.5%より小さくなる波長範囲の幅が36nm以上であるのが好適である。なお、相対利得偏差は「100×(利得ピーク値−利得最小値)/利得最小値」で定義される。
【0007】
本発明に係る光増幅性導波路は、976nm以下または981nm以上の波長の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が10%より小さくなるのが好適である。また、この相対利得偏差が10%より小さくなる波長範囲の幅が36nm以上であるのが好適である。
【0008】
本発明に係る光増幅性導波路は、波長0.98μm帯の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が14%より大きくなる励起光波長域の幅が3nmより狭いのが好適である。
【0009】
本発明に係る光増幅性導波路は、Er元素を添加され、波長0.98μm帯における最適化された波長の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、波長1524.5nmにおける利得と利得ピーク値とで決まる相対利得偏差が35%より小さくなることを特徴とする。また、この相対利得偏差が30%より小さくなるのが好適である。
【0010】
本発明に係る光増幅性導波路は、波長0.98μm帯周辺の吸収係数スペクトルの半値全幅が22nm以上であるのが好適である。
【0011】
本発明に係る光増幅性導波路は、Er元素を添加され、波長1.48μm帯の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が12%より小さくなることを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る光増幅器は、利得偏差を等化するフィルタを含まない状態で、波長1524.5nmにおける利得がAl共添加EDFAより高く、波長帯域1524.5nm〜1557.5nmにおける相対利得偏差が35%以下となることを特徴とする。
【0013】
本発明に係る光増幅器は、Er元素を添加された光増幅性導波路を備え、前記光増幅性導波路の示す利得スペクトルにおいて、信号波長域全域で規定される単位波長域当たりの相対利得偏差が0.3%/nm以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る光増幅性導波路は、Cバンドにおいて利得平坦度が優れ、励起光波長の変動に対するトレランスが優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。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。また、以下では、Er元素を添加された光増幅性導波路として、コア領域にEr元素を添加された石英系光ファイバ(EDF:Erbium-Doped Fiber)について説明する。
【0016】
図1は、サンプルa〜eそれぞれのEDFの諸元を纏めた図表である。サンプルaのEDFはB元素およびF元素の何れも添加されていないAl共添加EDFであり、これに対して、サンプルb〜dそれぞれのEDFはB元素を更に添加され、サンプルeのEDFはF元素を更に添加されている。
【0017】
同図(a)には、サンプルa〜dそれぞれのEDFについて、B元素濃度(wt%)、Ge元素濃度(wt%)、Al元素濃度(wt%)、Er元素濃度(wt・ppm)、非飽和吸収αのピーク波長(nm)、波長1.53μmにおける吸収(dB/m)、モードフィールド径(μm)、カットオフ波長(μm)、通常の1.3μm帯零分散の単一モード光ファイバとの融着ロス1(dB)、および、Corning社製の光ファイバHI980との融着ロス2(dB)、それぞれが示されている。
【0018】
また、同図(b)には、サンプルeのEDFについて、F元素濃度(wt%)、Ge元素濃度(wt%)、Al元素濃度(wt%)、Er元素濃度(wt・ppm)、非飽和吸収αのピーク波長(nm)、波長1.53μmにおける吸収(dB/m)、モードフィールド径(μm)、カットオフ波長(μm)、通常の1.3μm帯零分散の単一モード光ファイバとの融着ロス1(dB)、および、Corning社製の光ファイバHI980との融着ロス2(dB)、それぞれが示されている。
【0019】
図2は、サンプルa〜eそれぞれのEDFの単位長さ当たりの非飽和利得g*の波長依存性を示すグラフである。図3は、サンプルa〜eそれぞれのEDFの単位長さ当たりの非飽和吸収αの波長依存性を示すグラフである。これらの図では、ピーク値が10となるように非飽和利得g*および非飽和吸収αそれぞれが規格化されている。また、図4は、サンプルa〜dそれぞれのEDFについて非飽和吸収αのピーク波長とB元素濃度との関係を示すグラフである。
【0020】
こられの図から判るように、サンプルb〜dそれぞれのEDFにおいて、B元素濃度を高めることにより、非飽和利得g*の波長1.55μm帯の肩上の領域(以下では、1.53μm帯メインピークに対してサテライト領域と呼ぶ。)が徐々に持ち上がり、利得平坦化に寄与することが予想される。B元素濃度を高めることにより、また、図3から判るように、非飽和吸収α(および非飽和利得g*)のピーク波長が短波長側にシフトする効果が得られる。
【0021】
本効果は、Cバンド(1530nm〜1565nm)における光増幅のみでなく、これより短波長側の光増幅が必要な用途に好適である。こうした用途の一つに、CWDM(CourseWDM)における中心波長1531nmのチャネルの増幅がある。CWDMでは、信号光源として温度調整のない分布帰還型レーザダイオード(DFB-LD)が用いられるので、信号光波長が±6.5nmの範囲で変動し得る。すなわち、この全範囲の波長域1524.5nm〜1537.5nmの全域で実用上十分な利得が必要となる。
【0022】
然るに、サンプルaのEDFでは、Cバンドにおける利得と比較し、波長1524.5nmでの利得の落ち込みが大きく、CWDM用途には適しない。文献「K.W. Bennett, etal., OAA1997, Postdeadline papers 4, (1997)」のFig.1-(b)では、利得ピーク値が29.2dBであるのに対し、波長1524.5nmでの利得は20dBとほぼ2/3のレベルしかない。相対利得偏差を求めるなら実に (29.2−20)/20=46% である。非特許文献2のFig.5に示されたEDFに到っては、波長1.53μm帯利得ピーク値が通常のEDFより若干長波長側にシフトする分、一層不利となり、波長1524.5nmでの利得は17dB程度しかない。相対利得偏差を求めるなら (31−17)/17=82% にも達する。
【0023】
図5は、サンプルa〜eそれぞれのEDFの利得スペクトルを評価する際に用いた評価システムの構成を示す図である。この図に示される評価システム1は、EDF2の利得スペクトルを評価するものであって、白色光源11、可変光減衰器12、光アイソレータ13、WDMカプラ14、励起光源15、恒温槽16、光アイソレータ17、光減衰器18および光スペクトルアナライザ19を備える。
【0024】
白色光源11は、Cバンド(およびSバンド)の白色光を出力する。可変光減衰器12は、減衰率が可変であって、白色光源11から出力された白色光を減衰させ、その減衰させた後の光を光アイソレータ13へ出力する。光アイソレータ13,17それぞれは、白色光源11から光スペクトルアナライザ19へ向う順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【0025】
WDMカプラ14は、光アイソレータ13から到達した光をEDF2へ出力するとともに、励起光源15から到達した励起光をもEDF2へ出力する。励起光源15は、励起光をWDMカプラ14へ出力する。恒温槽16は、EDF2を当該内部に入れて、そのEDF2の温度を所定値に維持する。EDF2としては、上述したサンプルa〜eそれぞれのEDFの何れかが用いられる。
【0026】
光減衰器18は、減衰率が10dBの固定であって、光アイソレータ17から出力された光を減衰させ、その減衰させた後の光を光スペクトルアナライザ19へ出力する。光スペクトルアナライザ19は、光減衰器13から出力された光を入力して、その光のスペクトルを測定する。
【0027】
この評価システム1を用いてEDF2(サンプルa〜e)の利得スペクトルの測定は以下のようにして行われた。励起光源15から出力された励起光(波長0.98μm帯の何れかの波長、パワー150mW固定)は、WDMカプラ14を経てEDF2に供給された。白色光源11から出力された白色光は、可変光減衰器12、光アイソレータ13およびWDMカプラ14を経て、恒温槽16内に入れられた温度25℃のEDF2により光増幅された。このときEDF2に入力する白色光の全パワーは0dBmであった。そして、このEDF2において光増幅された光は、光アイソレータ17および光減衰器18を経て光スペクトルアナライザ19に入力し、この光スペクトルアナライザ19によりスペクトルが測定された。
【0028】
なお、白色光源11として、市販されているCバンド平坦化白色光源に加えて、EDFで発生するASE光からCバンドASE光を除去したSバンドASE光源を併用した。図6は、評価システム1においてWDMカプラ14と光アイソレータとの間にEDF2を挿入しない場合に光スペクトルアナライザ19により得られたスペクトルを示す図である。同図中、太線は、白色光源11としてCバンド平坦化白色光源およびSバンドASE光源の双方を用いた場合を示す。細線は、白色光源11としてCバンド平坦化白色光源のみを用いた場合を示す。
【0029】
EDF2の利得スペクトルは、WDMカプラ14と光アイソレータとの間にEDF2が挿入されている状態で光スペクトルアナライザ19により得られたスペクトルと、WDMカプラ14と光アイソレータとの間にEDF2が挿入されていない状態で光スペクトルアナライザ19により得られたスペクトル(図6)との差から求められる。
【0030】
図7は、評価システム1を用いて測定されたサンプルcのEDF(長さ3m)の利得スペクトルを示す図である。サンプルcのEDFは、図2,図3に示された非飽和利得g*および非飽和吸収αそれぞれの波長依存性からは、最も平坦で広帯域な利得スペクトル形状が得られることが期待された。しかし、サンプルcのEDFは、B濃度が高過ぎるために励起寿命が短くなり、図7のとおり、0.98μm帯でパワー180mWの励起光で励起しても、吸収から利得に転じるのが精々であった。利得スペクトルの形状のみならず、励起寿命の励起効率への影響も重要である。
【0031】
図8は、評価システム1を用いて測定されたサンプルaのEDFの利得スペクトルを示す図である。図9は、評価システム1を用いて測定されたサンプルbのEDFの利得スペクトルを示す図である。図10は、評価システム1を用いて測定されたサンプルdのEDFの利得スペクトルを示す図である。また、図11は、評価システム1を用いて測定されたサンプルeのEDFの利得スペクトルを示す図である。ここでは、励起波長については974.4nm,975.8nm,978.5nm,980.3nmおよび982.1nmの5とおりに設定した。また、Cバンドにおける2つの利得ピークが互いに同レベルとなるように反転分布を最適化し、且つ利得ピーク値が20dBになるように規格化した。サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFの利得スペクトルに関しては、励起効率の差違があるものの、利得を実現することができた。
【0032】
図12は、サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFについて相対利得偏差と励起光波長との関係を示すグラフである。図13は、サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFについて実効帯域と励起光波長との関係を示すグラフである。また、図14は、サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFについて比(相対利得偏差/実効帯域)と励起光波長との関係を示すグラフである。これらは、図8〜図11から求められたものである。相対利得偏差は「100×(利得ピーク値−波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値)/波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値」で定義される。実効帯域は、波長1538nm付近の波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値より利得が大きくなる帯域の幅である。また、比(相対利得偏差/実効帯域)は、単位帯域幅あたりの相対利得偏差を意味する。
【0033】
これらの図から以下の知見が得られる。サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFは、励起光波長が978nm付近であるときには相対利得偏差が大きいが、励起光波長が976nm以下または981nm以上であるときには相対利得偏差が小さい。サンプルb,dおよびeそれぞれのEDFは、励起光波長が976nm以下または981nm以上であるときの相対利得偏差が11%以下である。特に、サンプルeのEDFは、励起光波長が976nm以下または981nm以上であるときの相対利得偏差が10%以下である。一方、サンプルaのEDFは、励起光波長が如何なる値であっても相対利得偏差が11%以下とはならない。
【0034】
ここで注目すべきことは、サンプルd、eのEDFでは、図2を見る限り、非飽和利得g*の波長1.55μm帯サテライト部分は、寧ろ通常のEDF(サンプルa)より低い、と云うことである。サンプルeのEDFは、波長1.53μm帯メインピークに対する波長1.55μm帯サテライトピークの相対的高さが最も低いが、メインピークの長波長側斜面の角度に、サテライト部分の角度も最も近く滑らかにつながるので、図8〜図14に示されるとおり、相対利得偏差が改善されたと考えられる。文献「S.Shen and A. Jha, Optical Materials, vol.25, pp.321-333 (2004)」のTable.2に組成の示される各ガラスサンプルでは、フッ素添加により、蛍光特性の半値全幅を広げた事例が見られるが、本実施例のサンプルeのEDFは、この文献に開示されたフッ素添加の効果(つまり非飽和利得g*の半値全幅増大)を活用したものでは無いことは明白である。
【0035】
また、サンプルaのEDFは、相対利得偏差が劣化する励起波長範囲が広い。例えば、相対利得偏差が14%以上となる波長域は、サンプルaのEDFでは略4nmであるのに対して、その他のサンプルb,dおよびeそれぞれのEDFは何れも2nm以下である。特にサンプルeのEDFでは、相対利得偏差が14%以上となる波長域が殆ど無い。
【0036】
また、励起光波長976nm以下と励起光波長981nm以上とでは、前者の方が実効帯域は広い。サンプルb,dおよびeそれぞれのEDFでは、相対利得偏差は11%以下を保ちつつ、実効帯域は36nmを超える。特にサンプルbおよびdそれぞれのEDFでは、実効帯域は38nmを超える。
【0037】
さらに、相対利得偏差および実効帯域の双方を勘案したパラメータとして単位帯域あたりの相対利得偏差に着目すると、サンプルaのEDFでは、励起波長をどの様に調整しようとも、単位帯域あたりの相対利得偏差を0.3[%/nm]以下とすることができないが、その他のサンプルb,dおよびeそれぞれのEDFでは、976nm以下または981nm以上の励起波長域で、単位帯域あたりの相対利得偏差を0.3[%/nm]以下とすることができる。最も良好な値をとるサンプルeのEDFでは、976nm励起時に単位帯域あたりの相対利得偏差が0.26という低い値をとる。
【0038】
上述のとおり、B添加は利得スペクトルだけではなく励起効率にも顕著に影響する。そこで、両者を勘案してサンプルb,d,eなどの新組成のEDFの実用性を検証する為に、以下の手順でEDFの利得スペクトルを評価した。まず、上記の実施例のとおり、信号光入力パワーを0dBとし、順方向励起パワーを150mWに設定した。次に、励起波長については、利得スペクトルの実効帯域の拡張が最も顕著な976nmに設定した。そして、1.53μm帯および1.56μm帯それぞれの利得ピークが互いに同レベルになるように、各EDFサンプルの長さを調整した。上記の結果、サンプルaのEDFの長さを6mとし、サンプルbのEDFの長さを4.7mとし、サンプルdのEDFの長さを4.2mとし、また、サンプルeのEDFの長さを1.1mとした。
【0039】
なお、B/Al共添加EDFの励起効率の劣化を補う為に、サンプルb(長さ3.3m)とサンプルa(長さ2.0m)とを接続したハイブリッド構成のサンプル、および、サンプルd(長さ2.9m)とサンプルa(長さ2.0m)とを接続したハイブリッド構成のサンプルをも評価した。各ハイブリッド構成における各EDFの長さ配分は、利得平坦度の劣化が無く、励起効率を高められるように何れも最適化されている。この場合の利得スペクトルおよび相対利得偏差が図15,図16に示されている。
【0040】
図15は、サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFならびにサンプルb+aおよびサンプルd+aそれぞれのハイブリッド構成EDFの各利得スペクトルを示す図である。また、図16は、サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFならびにサンプルb+aおよびサンプルd+aそれぞれのハイブリッド構成EDFの各相対利得偏差を纏めた図表である。特にサンプルbやdのEDFでは、利得スペクトルが短波長側に広がっており、上述のCWDMへの用途にも転用可能であることが期待されるので、利得の最小値を、波長1538nm付近の極小値ではなく、波長1524.5nmでの利得とした。図8は、波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値を波長1538nm付近の極小値とした場合の相対利得偏差1と、波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値を波長1524.5nmでの利得とした場合の相対利得偏差2とを示す。
【0041】
これらの図から以下の知見が得られる。サンプルa,bおよびdそれぞれのEDFの相対利得偏差から、B濃度を高くすれば相対利得偏差は改善されるが、その一方で励起効率は低下することが判る。単体の場合は、サンプルbおよびdのEDFの何れも、波長1524.5nmにおいて通常のEDFより高い利得を実現することができない。
【0042】
また、ハイブリッド構成の導入による相対利得偏差の劣化は、相対利得偏差1,2共に殆ど生じない。
【0043】
また、ハイブリッド構成では、サンプルb+aでもサンプルd+aでも、波長1524.5nmにおいて通常のEDFより高い利得を実現することができる。
【0044】
また、相対利得偏差2は、サンプルaのEDFでは37.1%であるのに対して、サンプルb,d単体およびハイブリッド構成は何れも30%を下回る。したがって、コスト上の理由などで利得等化器を用いられない場合は、両ハイブリッド構成のEDFは、通常のAl共添加EDFと比較して、利得最小値(1524.5nmにおける)が高く、利得偏差が小さい、というメリットを有する。
【0045】
すなわち、両ハイブリッド構成のEDFを光増幅媒体として用いた光増幅器は、利得偏差を等化するフィルタを含まない状態で、波長1524.5nmにおける利得がAl共添加EDFAより高く、波長帯域1524.5nm〜1557.5nmにおける相対利得偏差が35%以下となる。
【0046】
さらに、サンプルeのEDFの励起効率が最も低いが、これは図1のとおりモードフィールド径が大きく、またEr濃度も高いので濃度消光の影響があると思われる。
【0047】
図17は、サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFの0.98μm帯吸収スペクトルを示す図である。サンプルb,dおよびeそれぞれのEDFの吸収スペクトルの半値全幅は、サンプルaのEDFの場合の20nmと比較して約1割増しの22nmとなっており、このことから、サンプルb,dおよびeそれぞれのEDFを光増幅媒体として用いた場合には励起波長の選定が容易になることが期待される。
【0048】
ただし、波長0.98μm帯非飽和吸収ピーク値α0.98と波長1.53μm帯非飽和吸収ピーク値α1.53との比(α0.98/α1.53)は、サンプルaのEDFでは73%であるのに対し、サンプルb,d,eのEDFでは各々44、49、55%と低い。これは図1に示すように、導波路構造の違いも一因である。すなわち、サンプルaのEDFのカットオフ波長が最も短い。しかし、これを考慮しても、ここまで大きな比(α0.98/α1.53)の差とはならないので、やはり組成の違いも影響している。
【0049】
波長0.98μm帯励起と並んで広く用いられる波長1.48μm帯励起ならば、上記の比(α0.98/α1.53)の差は問題にならない。また、波長1.48μm帯励起LDは、波長0.98μm帯励起LDと比較し、信頼性が高いという利点も有する。波長1.48μm帯の励起光で励起し反転分布を最適化してCバンドの2つのピークを同レベルにし、且つ利得最大値が20dBになるように規格化した、サンプルa、b、d、eそれぞれのEDFの利得スペクトルを図18に示す。更に、この図から読み取れる2つの利得ピークと波長1538nm付近の波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差1、実効帯域、単位実効帯域あたりの相対利得偏差1、および、波長1524.5nmまで含めたときの相対利得偏差2を、図19に示す。
【0050】
相対利得偏差1と、単位波長域当たりの相対利得偏差1とは、何れのサンプルでも励起波長974〜976nmのときより若干、劣化する。実効帯域に関しては、何れのサンプルでも、励起波長974nmのときと励起波長976nmのときの中間程度の値をとる。相対利得偏差2に関しては、図16と比較すればわかるとおり、波長976nmで励起したサンプルaのEDFと比較しても改善効果が見られるのはサンプルbのEDFに過ぎないので、総じて波長1.48μm帯励起はCWDMを想定した用途には不適当と思われる。
【0051】
また、特許文献1および非特許文献1でも言及されていないが、利得スペクトル形状には往々にして環境温度が影響することが知られる。これまで示してきたのは室温(25℃)付近での利得スペクトルであるが、通信機器に使用される光増幅器は−5〜65℃程度で稼動することが求められる。図20は、波長976nmで励起したサンプルaのEDFの利得スペクトルを示す図である。図21は、波長1.48μm帯で励起したサンプルdのEDFの利得スペクトルを示す図である。また、図22は、波長1.48μm帯で励起したサンプルeのEDFの利得スペクトルを示す図である。これらの図には、温度が−5℃,25℃および65°それぞれにおける利得スペクトルが示されている。サンプルaのEDFと同様に、サンプルd、eのEDFでも、幸いなことに、相対利得偏差の温度依存性は殆ど無いことが判る。なお、相対利得偏差の温度依存性は殆ど無視できるが、実効帯域に関しては、短波長側の限界波長は殆ど不変だが、長波長側は−5〜65℃の温度範囲で、0.7nm程度(つまりITUが規定する1ブリッド分程度)変動し、高温ほど有利となる。これらの傾向は、他の励起波長で励起したときも略同様である。
【0052】
以上に説明したように、本実施形態のEr添加光増幅性導波路(好適にはEDF)を用いれば、世界で最も普遍的に用いられるCバンドにおいて、相対利得偏差が特許文献1に述べられる15%(実施例では最高13.5%)から、11%以下、最高では10%以下まで軽減できる。仮にEDFおける所要利得が40dBである光ファイバ増幅器を構築する際、利得等化器に要求されるピークロスは、相対利得偏差が15%である場合と11%である場合とでは、各々、6dBと4.4dBと、1.6dBの差がつく。利得等化器が光ファイバ増幅器の出力端に設けられる構成の場合、信号出力パワーを1.6dB余分に高めなければならない。このとき、1〜2クラス高出力仕様の励起レーザが必要となり、コストおよび消費電力に大きな影響を及ぼす。更に、サンプルb、dなどのB共添加したEDFを用いれば、利得偏差改善効果の他に、ITUが規定する1グリッド分(0.8nm程度)に相当する帯域拡張効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】サンプルa〜eそれぞれのEDFの諸元を纏めた図表である。
【図2】サンプルa〜eそれぞれのEDFの単位長さ当たりの非飽和利得g*の波長依存性を示すグラフである。
【図3】サンプルa〜eそれぞれのEDFの単位長さ当たりの非飽和吸収αの波長依存性を示すグラフである。
【図4】サンプルa〜dそれぞれのEDFについて非飽和吸収αのピーク波長とB元素濃度との関係を示すグラフである。
【図5】サンプルa〜eそれぞれのEDFの利得スペクトルを評価する際に用いた評価システムの構成を示す図である。
【図6】評価システム1においてWDMカプラ14と光アイソレータとの間にEDF2を挿入しない場合に光スペクトルアナライザ19により得られたスペクトルを示す図である。
【図7】評価システム1を用いて測定されたサンプルcのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図8】評価システム1を用いて測定されたサンプルaのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図9】評価システム1を用いて測定されたサンプルbのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図10】評価システム1を用いて測定されたサンプルdのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図11】評価システム1を用いて測定されたサンプルeのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図12】サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFについて相対利得偏差と励起光波長との関係を示すグラフである。
【図13】サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFについて実効帯域と励起光波長との関係を示すグラフである。
【図14】サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFについて比(相対利得偏差/実効帯域)と励起光波長との関係を示すグラフである。
【図15】サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFならびにサンプルb+aおよびサンプルd+aそれぞれのハイブリッド構成EDFの各利得スペクトルを示す図である。
【図16】サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFならびにサンプルb+aおよびサンプルd+aそれぞれのハイブリッド構成EDFの各相対利得偏差を纏めた図表である。
【図17】サンプルa,b,dおよびeそれぞれのEDFの0.98μm帯吸収スペクトルを示す図である。
【図18】波長1.48μm帯の励起光で励起し反転分布を最適化してCバンドの2つのピークを同レベルにし、且つ利得最大値が20dBになるように規格化した、サンプルa、b、d、eそれぞれのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図19】図18から読み取れる2つの利得ピークと波長1538nm付近の波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差1、実効帯域、単位実効帯域あたりの相対利得偏差1、および、波長1524.5nmまで含めたときの相対利得偏差2を示す図表である。
【図20】波長976nmで励起したサンプルaのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図21】波長1.48μm帯で励起したサンプルdのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【図22】波長1.48μm帯で励起したサンプルeのEDFの利得スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【0054】
1…評価システム、2…EDF、11…白色光源、12…可変光減衰器、13…光アイソレータ、14…WDMカプラ、15…励起光源、16…恒温槽、17…光アイソレータ、18…光減衰器、19…光スペクトルアナライザ。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
Er元素を添加され、976nm以下または981nm以上の波長の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が11.5%より小さくなることを特徴とする光増幅性導波路。
【請求項2】
前記相対利得偏差が11.5%より小さくなる波長範囲の幅が36nm以上であることを特徴とする請求項1記載の光増幅性導波路。
【請求項3】
976nm以下または981nm以上の波長の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が10%より小さくなることを特徴とする請求項1記載の光増幅性導波路。
【請求項4】
前記相対利得偏差が10%より小さくなる波長範囲の幅が36nm以上であることを特徴とする請求項3記載の光増幅性導波路。
【請求項5】
波長0.98μm帯の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が14%より大きくなる励起光波長域の幅が3nmより狭いことを特徴とする請求項1記載の光増幅性導波路。
【請求項6】
Er元素を添加され、波長0.98μm帯における最適化された波長の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、波長1524.5nmにおける利得と利得ピーク値とで決まる相対利得偏差が35%より小さくなることを特徴とする光増幅性導波路。
【請求項7】
前記相対利得偏差が30%より小さくなることを特徴とする請求項6記載の光増幅性導波路。
【請求項8】
波長0.98μm帯周辺の吸収係数スペクトルの半値全幅が22nm以上であることを特徴とする請求項1記載の光増幅性導波路。
【請求項9】
Er元素を添加され、波長1.48μm帯の励起光の照射により励起されてCバンドにおける利得偏差が最小となるように反転分布が最適化されたときに、利得ピーク値と波長域1530nm〜1560nmでの利得最小値とで決まる相対利得偏差が12%より小さくなることを特徴とする光増幅性導波路。
【請求項10】
利得偏差を等化するフィルタを含まない状態で、波長1524.5nmにおける利得がAl共添加EDFAより高く、波長帯域1524.5nm〜1557.5nmにおける相対利得偏差が35%以下となることを特徴とする光増幅器。
【請求項11】
Er元素を添加された光増幅性導波路を備え、前記光増幅性導波路の示す利得スペクトルにおいて、信号波長域全域で規定される単位波長域当たりの相対利得偏差が0.3%/nm以下であることを特徴とする光増幅器。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【公開番号】特開2006−245244(P2006−245244A)
【公開日】平成18年9月14日(2006.9.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−58109(P2005−58109)
【出願日】平成17年3月2日(2005.3.2)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】(504145342)国立大学法人九州大学 (960)
【Fターム(参考)】