光通信で一般的に使用される光増幅器の一種

一般的なタイプの光増幅器光通信で使用される

光ファイバーで光信号を伝送する場合、距離が長くなるにつれて光信号は徐々に弱まり、通信障害を引き起こすこともあります。光増幅器が登場するまでは、光増幅器は「ガソリンスタンド」のように光信号のエネルギーを補充し、データが目的地までスムーズに伝送されるようにします。今回の記事では、光通信でよく使われる光増幅器である光増幅器について紹介します。エルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA光増幅器）

エルビウム添加光ファイバー増幅器は、その名の通り、希土類元素であるエルビウム（Er）を石英ファイバーに添加したものです。入力光信号がエルビウム添加ファイバーを通過すると、三価エルビウムイオン（Er³⁺）が励起光のエネルギーを吸収してより高いエネルギー準位に遷移します。励起状態にある粒子の数は反転します。入力信号光が照射されると、励起状態の希土類イオンは誘導放出を起こし、信号光と同じ周波数の光子を放出することで、光増幅を実現します。
構成要素EDFA光増幅器一般的に、光カプラ（波長分割多重器WDMを使用することが多い）、光アイソレータ、エルビウム添加ファイバー、フィルタ、およびポンプ光源が含まれます。その中でも、光カプラは入力光とポンプ光を巧みに結合し、信号がエルビウム添加ファイバーに正確に注入されるようにします。光アイソレータの役割は、光路における不要な光の反射を抑制し、不要な干渉信号の発生を防ぎ、信号の一方向伝送を保証することです。光フィルタは不要なノイズを除去し、信号対雑音比を向上させ、情報伝送の明瞭性を確保します。
現在、研究者たちは、ゲイン帯域幅を波長分割多重（WDM）周波数帯域全体に拡張することを目指し、デュアルバンド光ファイバ増幅器（DBFA）や超広帯域増幅器（UWOA）の開発を進めている。最近、欧州の研究機関の共同研究チームが、フォトニックチップをベースとした進行波パラメトリック増幅器を開発した。この増幅器は、コンパクトな構造により、140 nm（従来のEDFAの3倍）の帯域幅を持つ超広帯域信号増幅を実現し、体積はセンチメートルレベルにまで縮小され、データセンターやAIコンピューティング向けの超高速サポートを提供する。これらの「スーパー増幅器」は、1本の光ファイバで100波長を超える伝送をサポートし、6G時代のホログラフィック通信やインテリジェントファクトリーなどのアプリケーションの基盤を築くことになる。