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光ファイバ通信のための小型で効率的なOバンドビスマス添加リン酸塩ファイバ増幅器
Compact and efficient O-band bismuth-doped phosphosilicate fiber amplifier for fiber-optic communications.
PMID: 32647245 PMCID: PMC7347876. DOI: 10.1038/s41598-020-68243-4.
抄録
ここ数十年の間に、1.55 [式：本文参照]m付近で動作するErドープ光ファイバアンプに匹敵する性能を持つ1.3-[式：本文参照]mスペクトル領域用の光ファイバアンプの開発に大きな関心が寄せられてきました。これは、地上ネットワークを支配する既存の光ファイバ通信システムのほとんどが、分散補償を必要としないOバンド（1260〜1360nm）でのデータ伝送に使用でき、低コストで容量を増加させることができるという事実に起因している。このような観点から、当初、研究室では、希望する波長で高利得・高出力のプラセオジムドープフッ化物ファイバ増幅器の研究に力を注いできましたが、この種の光ファイバ増幅器の開発には限界がありました。しかし、この種の増幅器は商業増幅器の試作品として急速に登場したにもかかわらず、その効率の低さから通信業界での需要はあまり期待できませんでした。このため、新しい光材料の探索が盛んに行われるようになった。約10年前、ビスマスをドープした新しいタイプの活性繊維が開発され、1.3[式：本文参照]mでの増幅に有望な媒体であることが判明した。ここでは、市販のレーザーダイオード（1230nm、出力250mW）で励起することができ、1300-1350nmの波長領域で、前方、後方、双方向の構成で、コンパクトで効率的な20dB（[式：テキスト参照]と[式：テキスト参照]dBmの間の信号パワーで達成）のビスマスドープファイバ増幅器を開発したことを報告する。試験した増幅器のコンパクトさは、半径1.5cmのリールに巻かれた低曲げ損失の窪んだクラッドアクティブファイバを使用することによって提供された。異なるポンプパワーと信号パワーでの利得と雑音指数の特性を調べた。その結果、0.18dB/mW(ポンプ-信号変換効率27以上[式：本文参照]での利得係数)という記録的な利得係数を達成した。
During last decades there has been considerable interest in developing a fiber amplifier for the 1.3-[Formula: see text]m spectral region that is comparable in performance to the Er-doped fiber amplifier operating near 1.55 [Formula: see text]m. It is due to the fact that most of the existing fiber-optic communication systems that dominate terrestrial networks could be used for the data transmission in O-band (1260-1360 nm), where dispersion compensation is not required, providing a low-cost increase of the capacity. In this regard, significant efforts of the research laboratories were initially directed towards the study of the praseodymium-doped fluoride fiber amplifier having high gain and output powers at the desired wavelengths. However, despite the fact that this type of amplifiers had rapidly appeared as a commercial amplifier prototype it did not receive widespread demand in the telecom industry because of its low efficiency. It stimulated the search of novel optical materials for this purpose. About 10 years ago, a new type of bismuth-doped active fibers was developed, which turned out to be a promising medium for amplification at 1.3 [Formula: see text]m. Here, we report on the development of a compact and efficient 20-dB (achieved for signal powers between [Formula: see text] and [Formula: see text] dBm) bismuth-doped fiber amplifier for a wavelength region of 1300-1350 nm in the forward, backward and bi-directional configurations, which can be pumped by a commercially available laser diode at 1230 nm with an output power of 250 mW. The compactness of the tested amplifier was provided by using a depressed cladding active fiber with low bending loss, which was coiled on a reel with a radius of 1.5 cm. We studied the gain and noise figure characteristics at different pump and signal powers. A record gain coefficient of 0.18 dB/mW (at the pump-to-signal power conversion efficiency of above 27[Formula: see text]) has been achieved.