JP4076927B2

JP4076927B2 - 広帯域光増幅器

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Publication number: JP4076927B2
Application number: JP2003294988A
Authority: JP
Inventors: 能徳久保田
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: JP2005064356A

Description

本発明は、１．４５〜１．６３μｍ帯の光通信などで用いられる光増幅器または波長可変レーザー発振器または広帯域光源に関するものである。

光通信では、通信容量の増大に伴い、従来から用いられてきたＣバンド（１．５３〜１．５６５μm）に加えて、長波長側のＬバンド（１．５６５〜１．６２５μm）と短波長側のＳバンド（１．４６〜１．５３μm）の利用が検討されている。現在は、各バンドに専用の増幅器が必要であり、バンドごとに分波して二台または三台の増幅器を並列に繋ぎ、増幅後に再合波する複雑な構成にしなければならない（非特許文献１参照）。このため、伝送機器が高価になる上に、合分波に伴う信号品質の劣化や、バンドごとの信号品質バラツキなどの問題がある。

このような状況から、広帯域の信号を合分波なしに、単一の線路で一括増幅する方法が求められており、１４６０ｎｍから１６２５ｎｍに至るＳ＋Ｃ＋Ｌバンド一括増幅（以下、超広帯域増幅）への期待が高まっている。しかし、現状ではこのような一括増幅型の超広帯域増幅器は実現していない。現在実現できる増幅器は、帯域の狭い各バンドごとの増幅器と、Ｃ＋Ｌバンド増幅、Ｓ＋Ｃバンド増幅などに限られている。

Ｃ＋Ｌバンド増幅器は、Ｅｒ添加亜テルル酸塩ガラスファイバー増幅器（ＥＤＴＦＡ）（特許文献１、非特許文献２参照）や、Ｅｒ添加ビスマス酸塩ガラスファイバー増幅器（ＥＤＢｉＦＡ）が知られており（非特許文献３、特許文献２参照）、８０〜９０ｎｍ幅のＣ＋Ｌバンド増幅が可能とされている。酸化ビスマス系ガラスや亜テルル酸塩ガラスは屈折率が２以上と高屈折率であり、通常の石英ファイバーとの接続が難しい問題がある。また、非線形屈折率や非線形定数も石英ファイバーの１０倍以上大きく、広帯域な増幅帯域を利用した多波長通信（ＤＷＤＭ伝送やＣＷＤＭ伝送）では、非線形光学効果によって信号がひずむ問題が指摘されている（非特許文献４参照）。このため、ＥＤＴＦＡやＥＤＢｉＦＡを用いた実用的なＣ＋Ｌバンド増幅器の実現は、困難である。

Ｓ＋Ｃバンド増幅器は、最近になってＴｍ添加シリカファイバー増幅器またはＴｍ添加フッ化物ファイバー増幅器（ＴＤＦＡ）と、Ｅｒ添加シリカファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を直列に接続した報告がある（特許文献３、非特許文献６、非特許文献７）。これらの研究ではＴＤＦＡの励起には１μm帯、１．４μm帯、１．６μm帯のＬＤが使われ、ＥＤＦＡの励起には０．９８μm帯ＬＤが用いられている。これらの励起方法では、ＴＤＦＡの雑音特性を直接反映して、長波長側での雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）が大幅に劣化する事が示されている（非特許文献７）。このため、増幅帯域は１．４５〜１．５５μmに制限されている。また、非特許文献６では、実質的にＴＤＦＡによる帯域拡大の効果はなく、逆に非特許文献７と同じように、ＥＤＦＡの長波長側帯域を狭めている。このように、ＴＤＦＡとＥＤＦＡを直列に接続しても、期待するような帯域拡大効果は得られていない。

上記の希土類添加ファイバーを用いた増幅とは原理が異なる広帯域増幅として、ラマン増幅器がある。しかし、ラマン増幅器で広帯域増幅するためには、数Ｋｍ以上の長いファイバーが必要であり増幅用ファイバーが地中や海底に埋没している問題、分布利得型の装置となって線路管理が煩雑になる問題、線路中の励起光パワーが１Ｗ以上になる場合があって危険であるといった問題などが指摘されている。さらに、実際の伝送路は通信各社によってファイバー構成が異なり、必ずしもラマン増幅に適した線路でない場合が多い。このため、ラマン増幅を導入できない場合や、導入できたとしてもファイバー環境に合わせた１台限りの特注となり、高価になる問題がある。

ラマン増幅＋ＥＤＦＡのハイブリッド法も提案されている（非特許文献５）が、ラマン増幅と同じ問題がある。

これまで述べたように、従来の技術では、汎用的かつ小型で実用的な希土類添加ファイバーによるＳ＋Ｃ＋Ｌバンドにわたる一括増幅型の超広帯域増幅器は構築できない。
特開平11-236240号公報特開平11-317561号公報特開2003-46174号公報特許3228462号特開2000-307176号公報 Y.Yano, et al., "Experimental study on SRS loss and its compensation intree-band WDM transmission," 26thEuropean Conference on Optical CommunicationVolume 3, pp39-40 (2000). A.Mori, et al., Tech. Digest of Conference on Optical Fiber Communication, Dallas, Texas PDP2 (1997). S.Tanabe, et al., "Broad-band 1.5 mm emission of Er3+ions in bismuth-based oxide glasses for potential WDM amplifier," J. Luminescence 87-89pp670-672 (2000). M.E.Marhic, et al., "Large cross-phase modulation and four wave mixing in telluriteEDFAs," Electronics Letters 35, 2045-2047 (1999) H.Masuda, et al., Electron. Lett. 34, 1342- (1998). T.Segi, et al., "Silica-based Composite Fiber Amplifier with 1480-1560nm Seamless Gain-Band,"ECOC2001 Proceedings TuL 3.3 pp228-229 (2001). Fujikura 阪本匡他,"TDF-EDF直列接続型広帯域ハイブリッドファイバアンプ,"電子情報通信学会総合大会予稿集 pp209 (2003).

背景技術で述べたように、単一の線路で、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンドにまたがる広い波長範囲を一括増幅できる、実用的な希土類添加ファイバー増幅器は、これまでに知られていない。単一の線路でＳ＋Ｃ＋Ｌバンドの超広帯域一括増幅が可能になれば、分岐素子や合波素子のない簡素かつ安価な構成で光通信ネットワークを構成できる。また、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンドの波長範囲での広帯域一括増幅が単一の線路で可能になれば、従来の増幅器を単純に置き換えるだけで、ただちに大幅な伝送容量の向上を実現できる。さらに、実際の運用上は、既存のＣバンド用増幅器に対して直列に増幅器を追加することで超広帯域増幅を実現でき、導入コストを抑制できるだけでなく、システム設計の柔軟性が向上する。また、このような超広帯域増幅器は、従来の高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）に加えて、低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）に利用できるため、システムの適用範囲が広い。
本発明は、単一の線路で１．４５〜１．６３μm帯に亘る超広帯域増幅を実現し、その超広帯域増幅器を提供することを課題とする。

本発明者らは、従来の問題を包括的に考慮し、鋭意検討の結果、Ｔｍ添加光増幅器とＥｒ添加光増幅器を直列に接続する方法において、Ｔｍ添加光増幅器の励起波長と、Ｅｒ添加光増幅器の増幅媒質組成および励起波長を適切に選択することで、単一の線路で１．４５〜１．６３μmに亘る超広帯域の増幅が可能で、かつ、ＮＦの低い、直列接続型光増幅器を構成できることを見いだし、本発明に到達した。

すなわち本発明は、増幅用導波路を用いた光増幅器を二台以上直列に接続した広帯域光増幅器であって、
（１）少なくとも１台の光増幅器の増幅媒質のコア部にツリウム（Ｔｍ）が添加されていて、その光増幅器は少なくとも二波長以上の多波長で励起され、その波長には少なくとも０．６５〜０．８５μmから１波長と、少なくとも１．０〜１．１μmから１波長または１．３５〜１．４５μmから１波長を用い、かつ、
（２）別の光増幅器のコア部にエルビウム（Ｅｒ）が添加されていて、少なくとも０．７５〜１．０７μmの範囲から選ばれる少なくとも１波長で励起し、かつ、
（３）上記光増幅器を少なくとも各１台ずつ以上、直列に接続し１．４５〜１．６３μm帯の広帯域光増幅器を構成するものである。

また、増幅用導波路を用いた光増幅器を三台以上直列に接続した広帯域光増幅器であって、
（１）少なくとも１台の光増幅器の増幅媒質のコア部にツリウム（Ｔｍ）が添加されていて、かつ、少なくとも２台の光増幅器の増幅媒質のコア部にエルビウム（Ｅｒ）が添加されており、かつ、
（２）エルビウム添加導波路を用いた増幅器の少なくとも１台がＣバンド増幅用であり、かつ、少なくとも１台がＬバンド増幅用であり、かつ、
（３）上記光増幅器を直列に接続することにより１．４５〜１．６３μm帯を光増幅するものである。

また、Ｅｒ添加増幅用光導波路のコア部が、ハライドガラスまたはハロゲン含有酸化物ガラスからなるか、Ｔｍ添加増幅用光導波路とＥｒ添加増幅用光導波路のコア部が、いずれもハライドガラスまたはハロゲン含有酸化物ガラスからなるか、あるいはＴｍ添加増幅用光導波路とＥｒ添加増幅用光導波路のコア部が、いずれもフッ化物ガラスまたはフッ素含有酸化物ガラスからなることを特徴とするものである。

本発明の増幅器を用いることにより、１．４５〜１．６３μmの帯域で、ＮＦの低い超広帯域増幅が可能となり、安価で簡便な超広帯域通信システムを構築できる。

以下、本発明について詳述する。
これまでの広帯域化は以下の４種の方法に大別できる。
ａ）ファイバーの材料を変更して、Ｅｒ添加ファイバーで広帯域化を図り、Ｃ＋Ｌバンド一括増幅を得る。
ｂ）Ｔｍ添加ファイバー増幅器（ＴＤＦＡ）とＥｒ添加ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を直列に繋いで、増幅帯域の広帯域化を図り、Ｓ＋Ｃバンド一括増幅を得る。
ｃ）ラマン増幅器で励起レーザーの波長組み合わせを最適化して、帯域幅１００ｎｍ程度の一括増幅を図る。
ｄ）ラマン増幅器の帯域幅をＥＤＦＡで補うハイブリッド増幅器で、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンド一括増幅を図る。
これらの方法は、背景技術で述べた欠点があり、超広帯域増幅器は構築できないか、または超広帯域増幅可能であっても様々な問題を抱えている。

本発明者らは、ｂ）の方法におけるＮＦ劣化と帯域制限の問題を解消して長波長側の利得帯域を大幅に押し広げ、超広帯域増幅が可能となる増幅器の構成を発見し、本発明に至った。本発明の効果は、以下の二つの手法を同時に実行することにより得られる。
Ａ）Ｔｍ添加ファイバーの励起方法を二波長励起とし、波長０．６５〜０．８５μmの励起光（励起光１）と波長１．０〜１．１μmまたは１．３５〜１．４５μmの励起光（励起光２）を用いる。
Ｂ）Ｅｒ添加ファイバーの励起波長は０．７５〜１．０７μmとする。

本発明において、上記Ａ）の手法はＴＤＦＡの吸収損失を低減して増幅帯域を長波長側に押し広げるためのものである。上記Ｂ）の手法は、ＴＤＦＡ増幅帯域内に励起波長を設定できないので、必然的に行われるものであるが、Ａ）の手法と組み合わせることによって従来法よりも大幅な利得帯域拡大効果が得られる。

本発明の方法による超広帯域増幅では、ＴＤＦＡのＣバンドおよびＬバンドにおける吸収低減が重要であり、その結果として低雑音なＳ＋Ｃ＋Ｌバンド一括（超広帯域）増幅が可能となる。ＴＤＦＡのＣ、Ｌバンドにおける吸収低減の機構を以下に考察するが、本発明はこの考察により制約を受けるものではない。

ＴＤＦＡのＣ、Ｌバンドでの吸収は、基底準位（^３Ｈ_６）から直上の（^３Ｆ_４）への遷移で説明できる。このため、Ｃ、Ｌバンドでの吸収を低減するには、基底準位の存在確率を効率よく減らす必要がある。

従来の報告例（非特許文献７）では、ＴＤＦＡを１．４μm帯や１μm帯で励起し、ＥＤＦＡを０．９８μm帯で励起している。ＴＤＦＡを１．４μm帯や１μm帯で励起した場合、基底からの吸収係数が小さく、基底準位の存在確率を高効率で減少させることはできない（図１、図１２）。Ｔｍの基底準位の存在確率が低減できない場合、ＥＤＦＡで増幅可能な波長帯域である１．５３〜１．６３μm帯は、ＴＤＦＡで吸収波長帯となり増幅困難となる。１．５μm帯のＴｍ基底状態からの吸収係数は、１．４μm帯の吸収係数よりも大きく、長波長側ほど急速に吸収係数が増加する（図２）。このため、１．５μm帯の信号はＴＤＦＡ通過時に減衰し、長波長側ほど利得が低下すると共に急速にＮＦが劣化する。

また、特許文献３と非特許文献６では、１．１５μmや１．６μmも励起波長として用いられている。しかし、１．１５μm帯励起については、増幅上準位から励起状態吸収が生じる（^３Ｈ_４→^１Ｇ_４）ため有効に反転分布を形成できない。このため、１．４５μm帯の増幅は事実上不可能である。１．６μm帯励起については、非特許文献６にあるように利得波長が長波長側にシフトしてしまい、利得帯域の拡大効果が得られない。また、ＴＤＦＡの増幅下準位から基底準位への誘導放出（^３Ｆ_４→^３Ｈ_６）が増加し、基底準位の存在確率が高まるので好ましくない。

これらの理由から、従来の励起波長の組み合わせでは、長波長側の利得帯域が１．５６μm付近までに制限されており（特許文献３、非特許文献６、非特許文献７）、Ｌバンドは並列増幅方式で処理しなければならない事が明示されている（特許文献３）。
Ｔｍ基底状態からの吸収に起因する１．５μm帯での損失を抑制するためには、Ｔｍ基底状態からの高効率励起と、基底状態への脱励起抑制が必要である。本発明では、Ｔｍ基底状態からの高効率励起の目的で、吸収係数の大きな波長帯域を第一の励起波長に、増幅の下準位から基底準位への脱励起を抑制し、増幅効率を向上させる目的で第二の励起波長を採用した。第一の励起波長としては０．６５〜０．８５μmから少なくとも一波長、第二の励起波長としては１．０〜１．１μmまたは１．３〜１．４５μmから少なくとも一波長を選択してＴＤＦＡを励起する（図３）。

第一の励起波長の範囲の中でも、０．６８〜０．８５μmの範囲は、図１、図１２に示すように増幅上準位からの励起状態吸収（^３Ｈ_４→^１Ｄ_２）を回避できるので好ましい。さらに、０．６８〜０．７２μmの範囲は、増幅上準位（^３Ｈ_４）→基底準位（^３Ｈ_６）の誘導放出を回避できるので特に好ましい。０．６５〜０．８５μmの範囲外では、吸収係数が小さすぎ、実質的に吸収されないために、基底準位の存在確率を減少させられないことから、十分な利得や低ＮＦ化の効果が得られない。

第二の励起波長の範囲で、１．０〜１．１μmの範囲について、１．１μmよりも長波長側では、増幅上準位（^３Ｈ_４→^１Ｇ_４）の励起状態吸収（ＥＳＡ）が生じるので好ましくない。１．０μmよりも短波長側では、吸収係数が小さすぎて増幅下準位（^３Ｆ_４）の存在確率を減らすことができないため、増幅効率が著しく低下する。

もう一つの第二の励起波長の範囲である１．３５〜１．４５μmの範囲について、１．３５〜１．４２μmの範囲は励起光による誘導放出（^３Ｈ_４→^３Ｆ_４）が起こりにくく、ＮＦが劣化しないので特に好ましい。１．３５μmよりも短波長では吸収係数が小さすぎて増幅下準位（^３Ｆ_４）の存在確率を減らすことができないため、増幅効率が著しく低下する。１．４５μmよりも長波長では、信号波長に近いため、励起光による誘導放出でＮＦおよび増幅効率が劣化する。Ｔｍ添加光増幅器（ＴＤＦＡ）用の増幅媒質には、増幅効率の観点から、低フォノン材料が用いられる場合が多かったが、最近ではシリカファイバーでも増幅可能になってきている（非特許文献６）。しかし、一般には低フォノン材料の方が高効率であり、ハライドガラス、ハライド酸化物ガラス、ハロゲン含有酸化物ガラスなどが用いられる。このような材料から１種類以上を適宜選択してＴＤＦＡに利用することができる。Ｔｍ添加増幅用光導波路では、作製の容易さや耐久性と効率のバランスから、これらの材料の中でもフッ化物やフッ素酸化物ガラスが好ましい。

Ｅｒ添加増幅用光導波路の励起には、ＴＤＦＡの利得帯域中に励起波長を設定できないため、０．９８μm帯や０．８μm帯を用いるのが有効である。増幅用光導波路の材料としては、Ｅｒを含有し、０．９８μm帯や０．８μm帯で励起可能なものであり、かつＴＤＦＡ利得帯域で材料自身が透明であれば何でも良い。このような材料としては、シリカガラス、多成分酸化物ガラス、ハライドガラス、ハライド酸化物ガラス、ハロゲン含有酸化物ガラスなど、様々な材料が利用できる。これらの材料の中でも、帯域幅や利得平坦性の観点から、ハライドガラス、ハライド酸化物ガラスが特に好ましい。フッ化物ガラス、フッ素酸化物ガラス、重金属酸化物ガラスなどの低フォノンガラスを用いる場合は、０．９８μm帯や０．８μm帯励起で高効率増幅するために、Ｃｅを共添加する方法が有効である。ＥＤＦＡについては、濃度長積の異なるＥｒ添加ファイバーで、Ｃバンド用とＬバンド用を作り分けられる事が知られている。本発明のＴＤＦＡ励起方法は、Ｃバンド長波長側とＬバンドでのＴＤＦＡの損失を抑えることができるため、Ｃバンド用ＥＤＦＡとＬバンド用ＥＤＦＡを直列に接続して、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンド一括増幅を分岐のない単一の線路で実現できる。また、Ｃ＋Ｌ一括増幅型ＥＤＦＡを用いれば、ＴＤＦＡとＥＤＦＡの二段構成でＳ＋Ｃ＋Ｌバンドの超広帯域一括増幅が実現できるため、構成が簡単になる。

ＴＤＦＡ、ＥＤＦＡ共に、励起の方向としては前方励起、後方励起、双方向励起、ダブルパスなどから適宜選択して採用することができる。

ＴＤＦＡの励起方法として、本発明と同じ波長帯域を設定している例がある（特許文献５）が、ＥＤＦＡとの組み合わせにおいて、一括して広帯域かつ低ＮＦが実現できるとの示唆も記述もなく、実施例においては並列型でＳ、Ｃ、Ｌ各バンドを別々に増幅する仕組みが明確に示されていることから、本特許とは発想が明らかに異なる。

非特許文献７ではＴＤＦＡを上流、ＥＤＦＡを下流に設置（以後、第一の配置と記す）している。特許文献３や非特許文献６では、ＥＤＦＡを上流、ＴＤＦＡを下流に設置（以後、第二の配置と記す）している。しかし、従来法ではどちらの配置でも増幅帯域の拡大に成功していない。

これに対し、本特許の励起方法を用いれば、どちらの配置でも同じように広帯域化を達成できるが、第二の配置の場合は、第一の配置よりもＥＤＦＡの１．４８μm帯吸収によるＳバンドでのＮＦ劣化が顕著になる。ＥＤＦＡの吸収は、１．４μmから長波長になるに従い吸収係数が増加するため、１．４６〜１．５２μmにＮＦのピークが生じる。ＥＤＦＡによる１．４８μm帯の吸収を抑制するためには、基底状態が空に近い完全反転分布が必要である。また、第二の配置ではＥＤＦＡによって増幅された１．５５μm帯（Ｃバンド）および１．５８μm帯（Ｌバンド）の強い信号がＴＤＦＡに入射し、（^３Ｆ_４→^３Ｈ_６）の誘導放出を引き起こして基底準位の存在確率を高める恐れがある。このため、第二の配置よりも第一の配置がＮＦの点で有利である。ＴＤＦＡと組み合わせるＣバンド用とＬバンド用のＥＤＦＡは、どちらが上流側に配置されていても同じように広帯域化できるが、Ｌバンド用はＳバンドとＣバンドに損失があることから、最後段に設置することがＮＦの点で好ましい。

第一の配置、第二の配置共に、ＴＤＦＡとＥＤＦＡの反転分布を調整することによって、１．４５〜１．６３μmにわたる超広帯域増幅が可能となる。図４に、反転分布調整による利得平坦化の例を示す。利得平坦化には、精密な反転分布制御が必要であり、Ｓ、Ｃ、Ｌ各バンドの増幅器を直列に接続する３段以上の構成が有利である。また、反転分布制御には双方向励起で、前方と後方の励起パワー比を制御する方法が有効である。反転分布調整で利得平坦化するためには、ＥＤＦ材料にフッ化物ガラスやフッ素酸化物ガラスのような、利得スペクトルが石英ガラスよりもなだらかな媒質を用いる事が好ましい。石英ガラスや燐酸塩ガラスのような急峻な利得スペクトルをもつ媒質では、利得調整のために１．５３μm帯の利得を抑制すると、１．４８μm帯の損失値が大きくなりすぎるなどの不都合が生じ、ＮＦ劣化の原因となり好ましくない。

反転分布調整だけでは利得の平坦性が不足する場合には、利得平坦化フィルタ（ＧＥＱ）を適宜挿入して、必要な利得平坦性を得ることができる。ＧＥＱには、ファイバーブラッググレーティングや、誘電体多層膜フィルタなどを使用することができる。必要に応じてダイナミック・ゲイン・イコライザを使用しても良い。また、ＧＥＱの設置場所としては、ＮＦ劣化を避けるために、ＥＤＦＡとＴＤＦＡの中間や最後段が好ましい。

本発明の増幅器は、実際の運用上の利点もある。一般にはＣバンド用の多波長増幅器がまず導入されているが、そこにＳバンド用のＴＤＦＡを直列接続することで、簡単にＳ＋Ｃバンドへと広帯域化が可能となる。また、さらにＬバンドを補強する付加的な増幅器を直列接続すれば、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンド一括増幅が可能となり、超広帯域増幅器へとアップグレードできる。このような運用法では、従来は増幅システム導入時に購入が必要だった、各バンドの分岐/合波素子が不要となって、初期導入コストが減少するだけでなく、分岐/合波素子の損失がなくなって利得，雑音，分散などの面で有利となる。また、直列接続型の超広帯域増幅器では、ＴＤＦＡとＥＤＦＡを融着接続することによって、分岐のない全ファイバー型増幅器が実現できるため、従来のコネクタを用いた並列増幅よりも高い信頼性を確保できる。

以上のように、本発明は、ＴＤＦＡとＥＤＦＡを直列に接続する超広帯域増幅器において、ＴＤＦＡを所定の二波長以上で励起すると共に、ＥＤＦＡを０．９８μm帯または０．８μm帯で励起し、ＴＤＦＡとＥＤＦＡを直列多段接続することにより、１．４５〜１．６３μmにわたる超広帯域増幅器を提供するものである。

本発明により、これまでＳ，Ｃ，Ｌの各バンドに分割する必要があったシステムを、単一の光ファイバー線路にまとめることが可能となり、光通信システムの大容量化、低コスト化、簡略化、設計や運用の柔軟性向上に貢献できる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
コアにＥｒを添加したＣバンド用およびＬバンド用シリカファイバー（ＥＤＳｉＦ）と、コアにＴｍを添加したフッ化物ファイバー（Ｆ−ＴＤＦ）を図５のように直列に接続（第一の配置）して増幅特性を測定した。Ｃバンド用ＥＤＳｉＦのコア径＝４μm、ＮＡ＝０．２、Ｅｒ濃度＝１×１０^１９/ｃｍ^３、ファイバー長＝６ｍである。Ｌバンド用ＥＤＳｉＦのコア径＝６μm、ＮＡ＝０．１４、Ｅｒ濃度＝１×１０^１９/ｃｍ３、ファイバー長＝２７ｍ、Ｆ−ＴＤＦのコア径＝２．５μm、ＮＡ＝０．３、Ｔｍ濃度＝１．５６×１０^１９/ｃｍ^３、（１０００ｐｐｍ）ファイバー長５ｍである。Ｃ、Ｌ各バンドのＥＤＳｉＦを共に０．９７６μm/１６０ｍＷ、Ｆ−ＴＤＦを０．６８５μm/１６０ｍＷ＋１．４２μm/６０ｍＷで励起した。複数のＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）光源の出射光を合成し、回折格子で波長選択して、１．４〜１．６５μmの範囲で走査して信号とした。結果を図６に示す。１．４５〜１．６３μmの波長幅１９０ｎｍにわたって利得が得られ、波長１．４６〜１．６１５μmの範囲で１０ｄＢを越える小信号利得を得た。また、波長１．４６〜１．６１ｎｍの範囲で利得がＮＦを上回っており、既存の方法に対して長波長側でのＮＦ抑制に成功していることが判る。

（実施例２）
実施例１と同様の構成で、Ｃ、Ｌバンド用ＥＤＳｉＦを共に０．９７６μm/１６０ｍＷ、Ｆ−ＴＤＦを０．６８５μm/１６０ｍＷ＋１．０６μm/８０ｍＷで励起した。信号光源は実施例１と同じである。結果、１．４３〜１．６２μmで正の利得を得た。また、１．４５〜１．６１μmの範囲で１０ｄＢ以上の利得と７ｄＢ以下のＮＦを得た。

（実施例３）
実施例１と同様の構成で、ＥＤＳｉＦの代わりにＥｒ＋Ｃｅ添加フッ化物ファイバー（Ｆ−ＥＣＤＦ）を用いた。Ｃバンド用のＦ−ＥＣＤＦはコア径＝４μm、ＮＡ＝０．２２、Ｅｒ濃度＝１．８×１０^２０/ｃｍ^３、ファイバー長＝３０ｃｍである。Ｌバンド用のＦ−ＥＣＤＦはコア径＝４μm、ＮＡ＝０．２２、Ｅｒ濃度＝９×１０^１９/ｃｍ^３、ファイバー長＝４ｍである。Ｃバンド用、Ｌバンド用共に０．９７８μm/１８０ｍＷで励起した。Ｆ−ＴＤＦは０．６８μm/１６０ｍＷ＋１．０６μm/８０ｍＷで励起した。信号光源は実施例１と同じである。結果、１．４２５〜１．６３μmで正の利得を得た。また、１．４４５〜１．６１５μmの範囲で１０ｄＢ以上の利得と７．５ｄＢ以下のＮＦを得た。利得スペクトルの一例を図７に示す。

（実施例４）
Ｃバンド用のＥＤＳｉＦとＦ−ＴＤＦを、実施例１と逆に接続して増幅特性を測定した。すなわち、信号光源側から、Ｃバンド用ＥＤＳｉＦＡ−ＴＤＦＡ−Ｌバンド用ＥＤＳｉＦＡの順で接続した。用いたファイバーは全て実施例１と同じである。Ｃバンド用ＥＤＳｉＦを０．９７６μm/１６０ｍＷ、Ｆ−ＴＤＦを０．６８μm/１６０ｍＷ＋１．４２μm/８５ｍＷ、Ｌバンド用ＥＤＳｉＦＡを０．９８２μm/１５０ｍＷで励起した。複数のＳＬＤ光源の出射光を合成し、回折格子で波長選択して、１．４〜１．６５μmの範囲で走査して信号とした。結果、１．４３〜１．６３μmの波長幅２００ｎｍにわたって利得が得られ、波長１．４５〜１．６１５μmの範囲で１０ｄＢを越える小信号利得を得た。また、波長１．４６〜１．６０５ｎｍの範囲で利得がＮＦを上回っており、実施例１と同等の特性を得ることができた。

（実施例５）
実施例３と同様の構成で、Ｃバンド用Ｆ−ＥＣＤＦとＦ−ＴＤＦの間およびＬバンド用Ｆ−ＥＣＤＦの下流に利得等化用フィルターを用い、利得スペクトルを平坦化した。Ｆ−ＥＣＤＦは共に０．９８０μm/１８０ｍＷで、Ｆ−ＴＤＦは０．６８μm/１９０ｍＷ＋１．０６μm/１００ｍＷで励起した。信号光源は実施例１と同じである。結果、１．４６５〜１．６１０μmの範囲で１８±０．３ｄＢの平坦化された利得スペクトルを得た（図８）。

（実施例６）
実施例３と同様の構成で、Ｆ−ＥＣＤＦの励起に０．８１μmのシングルモード半導体レーザーを用いた。Ｃバンド用、Ｌバンド用共に２４０ｍＷで励起した。ＴＤＦＡは実施例３と同様の励起条件とした。信号光源は実施例１と同じである。結果、１．４３５〜１．６０５μmで正の利得を得た。また、１．４４５〜１．５９５μmの範囲で１０ｄＢ以上の利得と７．５ｄＢ以下のＮＦを得た。

（実施例７）
コアにＥｒを添加したＣバンド用シリカファイバー（ＥＤＳｉＦ）と、コアにＴｍを添加したフッ化物ファイバー（Ｆ−ＴＤＦ）を直列に接続（第一の配置）して増幅特性を測定した。Ｃバンド用ＥＤＳｉＦのコア径＝４μm、ＮＡ＝０．２、Ｅｒ濃度＝１×１０^１９/ｃｍ３、ファイバー長＝１０ｍである。Ｆ−ＴＤＦのコア径＝２．５μm、ＮＡ＝０．３、Ｔｍ濃度＝１．５６×１０^１９/ｃｍ３、（１０００ｐｐｍ）ファイバー長５ｍである。ＣバンドのＥＤＳｉＦを０．９７６μm/２２０ｍＷ、Ｆ−ＴＤＦを０．６８５μm/１６０ｍＷ＋１．４２μm/６０ｍＷで励起した。複数のＳＬＤ光源の出射光を合成し、回折格子で波長選択して、１．４〜１．６５μmの範囲で走査して信号とした。結果を図９に示す。１．４５〜１．６３μmの波長幅１８０ｎｍにわたって利得が得られ、波長１．４６〜１．６１μmの範囲で１０ｄＢを越える小信号利得を得た。また、波長１．４６〜１．６１ｎｍの範囲で利得がＮＦを上回っており、既存の方法に対して長波長側でのＮＦ抑制に成功していることが判る。

（実施例８）
コアにＥｒを添加したＣバンド用シリカファイバー（ＥＤＳｉＦ）と、コアにＴｍを添加したフッ化物ファイバー（Ｆ−ＴＤＦ）を直列に接続（第一の配置）して増幅特性を測定した（図１０）。Ｃバンド用ＥＤＳｉＦは、サーキュレータを用いて折り返し構成となっている。Ｃバンド用ＥＤＳｉＦのコア径＝４μm、ＮＡ＝０．２、Ｅｒ濃度＝１×１０^１９/ｃｍ３、ファイバー長＝６ｍである。Ｆ−ＴＤＦのコア径＝２．５μm、ＮＡ＝０．３、Ｔｍ濃度＝１．５６×１０^１９/ｃｍ３、（１０００ｐｐｍ）ファイバー長５ｍである。ＣバンドのＥＤＳｉＦを０．９７６μm/１２０ｍＷ＋０．９８０μm/４０ｍＷ、Ｆ−ＴＤＦを０．６８５μm/１６０ｍＷ＋１．４２μm/６０ｍＷで励起した。複数のＳＬＤ光源の出射光を合成し、回折格子で波長選択して、１．４〜１．６５μmの範囲で走査して信号とした。結果を図１１に示す。１．４５〜１．６３μmの波長幅１８０ｎｍにわたって利得が得られ、波長１．４６〜１．６１μmの範囲で１０ｄＢを越える小信号利得を得た。また、波長１．４６〜１．６１ｎｍの範囲で利得がＮＦを上回っており、既存の方法に対して長波長側でのＮＦ抑制に成功していることが判る。

本発明の励起波長とＴｍのエネルギー準位の関係を示す図である。信号波長帯でのＴｍの吸収を示す図である。本発明の励起波長と増幅波長の関係を示す図である。反転分布制御による利得平坦化の例を示す図である。実施例１の実験配置を示す図である。実施例１の実験結果を示す図である。実施例３の実験結果を示す図である。実施例５の実験結果を示す図である。実施例７の実験結果を示す図である。実施例８の実験配置を示す図である。実施例８の実験結果を示す図である。Ｔｍの波長と吸収断面積の関係を示す図である。

符号の説明

１１励起波長１
１２励起波長２
１３非輻射遷移
１４Ｓバンド増幅
２１ SLD光源
２２合波器
２３波長選択回折格子
２４光アイソレータ
２５励起レーザー
２６信号／励起光合波器
２７可変アッテネータ
２８光スペクトラムアナライザ
２９ＴＤＦ
３０Ｃバンド用ＥＤＦ
３１Ｌバンド用ＥＤＦ
３２光サーキュレータ
３３広帯域反射素子
３４無反射終端端末

Claims

増幅用導波路を用いた光増幅器を二台以上直列に接続した広帯域光増幅器であって、
（１）少なくとも１台の光増幅器の増幅媒質のコア部にツリウム（Ｔｍ）が添加されていて、その光増幅器は少なくとも二波長以上の多波長で励起され、その波長には少なくとも０．６５〜０．８５μmから１波長と、少なくとも１．０〜１．１μmから１波長または１．３５〜１．４５μmから１波長を用い、かつ、
（２）別の光増幅器のコア部にエルビウム（Ｅｒ）が添加されていて、少なくとも０．７５〜１．０７μmの範囲から選ばれる少なくとも１波長で励起し、かつ、
（３）上記光増幅器を少なくとも各１台ずつ以上、直列に接続した、１．４５〜１．６３μm帯の広帯域光増幅器。
増幅用導波路を用いた光増幅器を三台以上直列に接続した、請求項１記載の広帯域光増幅器であって、
（１）少なくとも１台の光増幅器の増幅媒質のコア部にツリウム（Ｔｍ）が添加されていて、かつ、少なくとも２台の光増幅器の増幅媒質のコア部にエルビウム（Ｅｒ）が添加されており、かつ、
（２）エルビウム添加導波路を用いた増幅器の少なくとも１台がＣバンド増幅用であり、かつ、少なくとも１台がＬバンド増幅用であり、かつ、
（３）上記光増幅器を直列に接続した、１．４５〜１．６３μm帯の広帯域光増幅器。
Ｅｒ添加増幅用光導波路のコア部が、ハライドガラスまたはハロゲン含有酸化物ガラスからなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の広帯域光増幅器。
Ｔｍ添加増幅用光導波路とＥｒ添加増幅用光導波路のコア部が、いずれもハライドガラスまたはハロゲン含有酸化物ガラスからなることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の広帯域光増幅器。
Ｔｍ添加増幅用光導波路とＥｒ添加増幅用光導波路のコア部が、いずれもフッ化物ガラスまたはフッ素含有酸化物ガラスからなることを特徴とする、請求項４に記載の広帯域光増幅器。