JP3500878B2 - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
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- H01S3/06754—Fibre amplifiers
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- H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
- H01S3/2316—Cascaded amplifiers
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- H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
- H01S3/2333—Double-pass amplifiers
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- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た光増幅器に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の光増幅器について図２を用いて説
明する。図２は従来の光増幅器のブロック図である。 【０００３】同図に示すように、信号光Ｌｉが入力され
る光ファイバ１が光アイソレータ２を介して希土類添加
光ファイバ３の入力側に接続されると共にその間に、光
合分波器４が接続されている。光合分波器４には励起光
源５が接続され、希土類添加光ファイバ３の出力側には
光アイソレータ６を介して信号光Ｌｏが出力する光ファ
イバ７が接続されて光増幅器８が構成されている。 【０００４】このような光増幅器８において、信号光Ｌ
ｉ（パワーＰｉ）は、光アイソレータ２及び光合分波器
４を経て希土類添加光ファイバ３に入力される。励起光
源５より出力される励起光は、光合分波器４を介して希
土類添加光ファイバ３に入力される。励起光は添加され
た希土類イオンの励起準位に相当する波長を有してい
る。励起光により形成された希土類イオンのエネルギー
準位の反転分布により生ずる誘導放出現象により信号光
Ｌｉが増幅される。増幅された信号光Ｌｏは光アイソレ
ータ６を経て光ファイバ７から出力される。 【０００５】ここで、光増幅器８の入出力側に設けられ
た光アイソレータ２，６は、外部からの反射により信号
光Ｌｉ，Ｌｏや自然放出光が再び光増幅器８内に戻り、
発振等の不安定状態に陥るのを防止するためのものであ
る。尚、図２に示した従来例では希土類添加光ファイバ
の前方（信号光入射側）から励起する光増幅器について
述べたが、後方（信号光出力側）から励起するものもあ
る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、希土類添加
光ファイバを用いた光増幅器の実用例としてエルビウム
（Ｅｒ）を添加した光ファイバ増幅器（以下ＥＤＦＡと
略す）がある。これは、増幅波長帯が石英系光ファイバ
の最低損失波長帯（１．５５μｍ帯）に一致し、しかも
効率が良く、高利得、低雑音の増幅特性が容易に得られ
ることから、光伝送システムに急速に普及しつつある。 【０００７】しかしながら、ＥＤＦＡにおいてはＥｒ添
加光ファイバの光の吸収、放出スペクトラム形状に依存
して利得の波長依存性が生じるので、異なる波長の複数
の信号光を多重化して伝送する波長多重光伝送方式にＥ
ＤＦＡを用いる場合に障害となる。すなわち、ＥＤＦＡ
は波長多重化された複数の信号光を一括して増幅できる
ことが大きな利点である。 【０００８】しかし各波長の信号光の増幅率が異なる
と、受信端における各波長の信号レベル、信号対雑音比
に偏差を生じ、全体の伝送性能が低下してしまう。ＥＤ
ＦＡを多段接続して長距離を伝送させるシステムでは、
上述した影響がさらに顕著に現れる。 【０００９】そこで、ＥＤＦＡの利得の波長依存性を低
減するために様々な改善が試みられている。これらの改
善例としては、高濃度のアルミニウム（Ａｌ）を共添加
することによる利得の波長依存性の低減や、光フィルタ
による等化などが検討されており、成果を上げている。
例えば、高濃度のＡｌを共添加することにより図３の実
線Ｌ１のような利得の波長依存性が得られており、波長
λ１（１．５３μｍ付近）では利得のピークが残るもの
の、波長λ２（１．５５μｍ付近）においては利得の平
坦性が得られている。尚、図３は図２に示した光増幅器
の波長と利得との関係を示す図であり、横軸が波長、縦
軸が利得を示している。 【００１０】図４は光増幅器の他の従来例を示すブロッ
ク図である。 【００１１】図２に示した光増幅器との相違点は選択的
に波長λ１近傍の光を減衰させる光フィルタ９を光増幅
器８の出力側に挿入した点である。光フィルタ９を挿入
した光増幅器８を用いることにより、図３の波線Ｌ２に
示すような平坦な利得特性を得ることができる。 【００１２】しかしながら、利得の波長依存性を厳密に
補償する光フィルタ９を作成するのは困難である。また
利得の波長依存性は信号光Ｌｉのパワーなどの条件によ
っても変化するので、広い動作範囲において利得の波長
依存性を補償するのは不可能である。このため、広い波
長範囲にわたって利得の波長依存性が小さく、しかも製
作の容易な光増幅器が望まれる。 【００１３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、利得、雑音特性などを損なうことなく、利得の波長
依存性を低減した光増幅器を提供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、信号光が入力される光ファイバが、端子Ａ
から端子Ｂ、端子Ｂ端子Ｃへの順方向伝達特性を有する
光サーキュレータの端子Ａに接続され、この光サーキュ
レータの端子Ｂは、第１の希土類添加光ファイバの一端
に接続されると共にその間に励起光源が接続された光合
分波器が接続され、前記第１の希土類添加光ファイバの
他端は第２の希土類添加光ファイバの一端に接続される
と共にその間に、信号光を通過させ励起光のみを選択的
に反射する波長選択性の光反射器が接続されると共に前
記第２の希土類添加光ファイバの他端には全反射器が接
続されてなるものである。 【００１５】本発明によれば、希土類添加光ファイバの
光路中に励起されない他の希土類添加光ファイバを設け
たことにより、希土類添加光ファイバの吸収特性によっ
て増幅利得の波長依存性が緩和される。また、励起光が
通過する光合分波器の台数が減少することにより過剰な
励起光パワーの損失を防ぐことができる。さらに、利得
特性、雑音特性等従来の光増幅器の特性を損なうことな
く、利得の波長依存性の低減が可能である。さらにま
た、簡単な構成で小型化、低価格化が可能である。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。 【００１７】図１は本発明の光増幅器の一実施例を示す
ブロック図である。尚、図２に示した従来例と同様の部
材には共通の符号を用いた。 【００１８】図１に示す光増幅器２１において、信号光
Ｌｉが入力される光ファイバ１が光サーキュレータ２２
の端子Ａに接続され、光サーキュレータ２２の端子Ｂは
希土類添加光ファイバ３ａの一端に接続されると共にそ
の間に光合分波器４が接続されている。光合分波器４に
は励起光源５が接続されている。希土類添加光ファイバ
３ａの他端は希土類添加光ファイバ３ｂの一端に接続さ
れると共にその間に、信号光を通過させ励起光のみを選
択的に反射する波長選択性の光反射器１９が接続されて
いる。希土類添加光ファイバ３ｂの他端には全反射器２
３が接続されている。尚、光サーキュレータ２２は端子
Ａから端子Ｂ、端子Ｂから端子Ｃへの順方向伝達特性を
有するものとする。 【００１９】このような光増幅器２１において、光サー
キュレータ２２の端子Ａから入力した信号光Ｌｉは端子
Ｂから出力し、光合分波器４により励起光源５から出射
される励起光と合波されて希土類添加光ファイバ３ａに
入力する。信号光は励起光により励起された希土類添加
光ファイバ３ａを通過することにより増幅される。希土
類添加光ファイバ３ａを通過した励起光は波長選択性の
光反射器１９により反射され、増幅された信号光は光反
射器１９を通過して希土類添加光ファイバ３ｂに至り、
希土類添加光ファイバ３ｂを通過した後、全反射器２３
により反射され、ここまでの経路を再び戻り光サーキュ
レータ２２の端子Ｂより端子Ｃに出力され光ファイバ７
から出力される。 【００２０】このような構成により、増幅された信号光
が、励起されていない希土類添加光ファイバ３ｂを通過
することにより一部吸収され、利得の波長依存性が軽減
される。また、高効率、高利得といった反射型光増幅器
の特徴をそのまま活かすことができる。 【００２１】以上において本実施の形態によれば、増幅
された信号光を励起されていない希土類添加光ファイバ
に通すことにより、希土類添加光ファイバの吸収特性に
応じた損失を付加させ、これにより利得の波長依存性を
低減することができる。また、希土類添加光ファイバの
吸収特性は過飽和特性を有し、入力した信号光のパワー
に依存するので、利得の波長依存性の小さい飽和領域
（入力した信号光のパワーの大きな領域）では吸収が小
さくなる。従って、入力した信号光のパワーに応じて吸
収特性が変化し、広い入力範囲で利得の波長依存性を低
減する効果がある。さらに、利得特性、雑音特性等従来
の光増幅器の特性を損なうことなく、利得の波長依存性
の低減が可能である。さらにまた、簡単な構成で小型
化、低価格化が可能である。 【００２２】 【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。 【００２３】信号光が入力される光ファイバが、端子Ａ
から端子Ｂ、端子Ｂ端子Ｃへの順方向伝達特性を有する
光サーキュレータの端子Ａに接続され、この光サーキュ
レータの端子Ｂは、第１の希土類添加光ファイバの一端
に接続されると共にその間に励起光源が接続された光合
分波器が接続され、前記第１の希土類添加光ファイバの
他端は第２の希土類添加光ファイバの一端に接続される
と共にその間に、信号光を通過させ励起光のみを選択的
に反射する波長選択性の光反射器が接続されると共に前
記第２の希土類添加光ファイバの他端には全反射器が接
続されたので、利得、雑音特性などを損なうことなく、
利得の波長依存性を低減した光増幅器の提供を実現する
ことができると共に、励起光が通過する光合分波器の台
数が減少することにより過剰な励起光パワーの損失を防
ぐことができ、しかも、簡単な構成で小型化、低価格化
が可能である。
た光増幅器に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の光増幅器について図２を用いて説
明する。図２は従来の光増幅器のブロック図である。 【０００３】同図に示すように、信号光Ｌｉが入力され
る光ファイバ１が光アイソレータ２を介して希土類添加
光ファイバ３の入力側に接続されると共にその間に、光
合分波器４が接続されている。光合分波器４には励起光
源５が接続され、希土類添加光ファイバ３の出力側には
光アイソレータ６を介して信号光Ｌｏが出力する光ファ
イバ７が接続されて光増幅器８が構成されている。 【０００４】このような光増幅器８において、信号光Ｌ
ｉ（パワーＰｉ）は、光アイソレータ２及び光合分波器
４を経て希土類添加光ファイバ３に入力される。励起光
源５より出力される励起光は、光合分波器４を介して希
土類添加光ファイバ３に入力される。励起光は添加され
た希土類イオンの励起準位に相当する波長を有してい
る。励起光により形成された希土類イオンのエネルギー
準位の反転分布により生ずる誘導放出現象により信号光
Ｌｉが増幅される。増幅された信号光Ｌｏは光アイソレ
ータ６を経て光ファイバ７から出力される。 【０００５】ここで、光増幅器８の入出力側に設けられ
た光アイソレータ２，６は、外部からの反射により信号
光Ｌｉ，Ｌｏや自然放出光が再び光増幅器８内に戻り、
発振等の不安定状態に陥るのを防止するためのものであ
る。尚、図２に示した従来例では希土類添加光ファイバ
の前方（信号光入射側）から励起する光増幅器について
述べたが、後方（信号光出力側）から励起するものもあ
る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、希土類添加
光ファイバを用いた光増幅器の実用例としてエルビウム
（Ｅｒ）を添加した光ファイバ増幅器（以下ＥＤＦＡと
略す）がある。これは、増幅波長帯が石英系光ファイバ
の最低損失波長帯（１．５５μｍ帯）に一致し、しかも
効率が良く、高利得、低雑音の増幅特性が容易に得られ
ることから、光伝送システムに急速に普及しつつある。 【０００７】しかしながら、ＥＤＦＡにおいてはＥｒ添
加光ファイバの光の吸収、放出スペクトラム形状に依存
して利得の波長依存性が生じるので、異なる波長の複数
の信号光を多重化して伝送する波長多重光伝送方式にＥ
ＤＦＡを用いる場合に障害となる。すなわち、ＥＤＦＡ
は波長多重化された複数の信号光を一括して増幅できる
ことが大きな利点である。 【０００８】しかし各波長の信号光の増幅率が異なる
と、受信端における各波長の信号レベル、信号対雑音比
に偏差を生じ、全体の伝送性能が低下してしまう。ＥＤ
ＦＡを多段接続して長距離を伝送させるシステムでは、
上述した影響がさらに顕著に現れる。 【０００９】そこで、ＥＤＦＡの利得の波長依存性を低
減するために様々な改善が試みられている。これらの改
善例としては、高濃度のアルミニウム（Ａｌ）を共添加
することによる利得の波長依存性の低減や、光フィルタ
による等化などが検討されており、成果を上げている。
例えば、高濃度のＡｌを共添加することにより図３の実
線Ｌ１のような利得の波長依存性が得られており、波長
λ１（１．５３μｍ付近）では利得のピークが残るもの
の、波長λ２（１．５５μｍ付近）においては利得の平
坦性が得られている。尚、図３は図２に示した光増幅器
の波長と利得との関係を示す図であり、横軸が波長、縦
軸が利得を示している。 【００１０】図４は光増幅器の他の従来例を示すブロッ
ク図である。 【００１１】図２に示した光増幅器との相違点は選択的
に波長λ１近傍の光を減衰させる光フィルタ９を光増幅
器８の出力側に挿入した点である。光フィルタ９を挿入
した光増幅器８を用いることにより、図３の波線Ｌ２に
示すような平坦な利得特性を得ることができる。 【００１２】しかしながら、利得の波長依存性を厳密に
補償する光フィルタ９を作成するのは困難である。また
利得の波長依存性は信号光Ｌｉのパワーなどの条件によ
っても変化するので、広い動作範囲において利得の波長
依存性を補償するのは不可能である。このため、広い波
長範囲にわたって利得の波長依存性が小さく、しかも製
作の容易な光増幅器が望まれる。 【００１３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、利得、雑音特性などを損なうことなく、利得の波長
依存性を低減した光増幅器を提供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、信号光が入力される光ファイバが、端子Ａ
から端子Ｂ、端子Ｂ端子Ｃへの順方向伝達特性を有する
光サーキュレータの端子Ａに接続され、この光サーキュ
レータの端子Ｂは、第１の希土類添加光ファイバの一端
に接続されると共にその間に励起光源が接続された光合
分波器が接続され、前記第１の希土類添加光ファイバの
他端は第２の希土類添加光ファイバの一端に接続される
と共にその間に、信号光を通過させ励起光のみを選択的
に反射する波長選択性の光反射器が接続されると共に前
記第２の希土類添加光ファイバの他端には全反射器が接
続されてなるものである。 【００１５】本発明によれば、希土類添加光ファイバの
光路中に励起されない他の希土類添加光ファイバを設け
たことにより、希土類添加光ファイバの吸収特性によっ
て増幅利得の波長依存性が緩和される。また、励起光が
通過する光合分波器の台数が減少することにより過剰な
励起光パワーの損失を防ぐことができる。さらに、利得
特性、雑音特性等従来の光増幅器の特性を損なうことな
く、利得の波長依存性の低減が可能である。さらにま
た、簡単な構成で小型化、低価格化が可能である。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。 【００１７】図１は本発明の光増幅器の一実施例を示す
ブロック図である。尚、図２に示した従来例と同様の部
材には共通の符号を用いた。 【００１８】図１に示す光増幅器２１において、信号光
Ｌｉが入力される光ファイバ１が光サーキュレータ２２
の端子Ａに接続され、光サーキュレータ２２の端子Ｂは
希土類添加光ファイバ３ａの一端に接続されると共にそ
の間に光合分波器４が接続されている。光合分波器４に
は励起光源５が接続されている。希土類添加光ファイバ
３ａの他端は希土類添加光ファイバ３ｂの一端に接続さ
れると共にその間に、信号光を通過させ励起光のみを選
択的に反射する波長選択性の光反射器１９が接続されて
いる。希土類添加光ファイバ３ｂの他端には全反射器２
３が接続されている。尚、光サーキュレータ２２は端子
Ａから端子Ｂ、端子Ｂから端子Ｃへの順方向伝達特性を
有するものとする。 【００１９】このような光増幅器２１において、光サー
キュレータ２２の端子Ａから入力した信号光Ｌｉは端子
Ｂから出力し、光合分波器４により励起光源５から出射
される励起光と合波されて希土類添加光ファイバ３ａに
入力する。信号光は励起光により励起された希土類添加
光ファイバ３ａを通過することにより増幅される。希土
類添加光ファイバ３ａを通過した励起光は波長選択性の
光反射器１９により反射され、増幅された信号光は光反
射器１９を通過して希土類添加光ファイバ３ｂに至り、
希土類添加光ファイバ３ｂを通過した後、全反射器２３
により反射され、ここまでの経路を再び戻り光サーキュ
レータ２２の端子Ｂより端子Ｃに出力され光ファイバ７
から出力される。 【００２０】このような構成により、増幅された信号光
が、励起されていない希土類添加光ファイバ３ｂを通過
することにより一部吸収され、利得の波長依存性が軽減
される。また、高効率、高利得といった反射型光増幅器
の特徴をそのまま活かすことができる。 【００２１】以上において本実施の形態によれば、増幅
された信号光を励起されていない希土類添加光ファイバ
に通すことにより、希土類添加光ファイバの吸収特性に
応じた損失を付加させ、これにより利得の波長依存性を
低減することができる。また、希土類添加光ファイバの
吸収特性は過飽和特性を有し、入力した信号光のパワー
に依存するので、利得の波長依存性の小さい飽和領域
（入力した信号光のパワーの大きな領域）では吸収が小
さくなる。従って、入力した信号光のパワーに応じて吸
収特性が変化し、広い入力範囲で利得の波長依存性を低
減する効果がある。さらに、利得特性、雑音特性等従来
の光増幅器の特性を損なうことなく、利得の波長依存性
の低減が可能である。さらにまた、簡単な構成で小型
化、低価格化が可能である。 【００２２】 【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。 【００２３】信号光が入力される光ファイバが、端子Ａ
から端子Ｂ、端子Ｂ端子Ｃへの順方向伝達特性を有する
光サーキュレータの端子Ａに接続され、この光サーキュ
レータの端子Ｂは、第１の希土類添加光ファイバの一端
に接続されると共にその間に励起光源が接続された光合
分波器が接続され、前記第１の希土類添加光ファイバの
他端は第２の希土類添加光ファイバの一端に接続される
と共にその間に、信号光を通過させ励起光のみを選択的
に反射する波長選択性の光反射器が接続されると共に前
記第２の希土類添加光ファイバの他端には全反射器が接
続されたので、利得、雑音特性などを損なうことなく、
利得の波長依存性を低減した光増幅器の提供を実現する
ことができると共に、励起光が通過する光合分波器の台
数が減少することにより過剰な励起光パワーの損失を防
ぐことができ、しかも、簡単な構成で小型化、低価格化
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅器の一実施の形態を示すブロッ
ク図である。 【図２】従来の光増幅器のブロック図である。 【図３】図２に示した光増幅器の波長と利得との関係を
示す図である。 【図４】光増幅器の他の従来例を示すブロック図であ
る。 【符号の説明】 １，７ 光ファイバ ３ａ，３ｂ 希土類添加光ファイバ ４， 光合分波器 ５ 励起光源 １９ 波長選択性の光反射器 ２２ 光サーキュレータ ２３ 全反射器
ク図である。 【図２】従来の光増幅器のブロック図である。 【図３】図２に示した光増幅器の波長と利得との関係を
示す図である。 【図４】光増幅器の他の従来例を示すブロック図であ
る。 【符号の説明】 １，７ 光ファイバ ３ａ，３ｂ 希土類添加光ファイバ ４， 光合分波器 ５ 励起光源 １９ 波長選択性の光反射器 ２２ 光サーキュレータ ２３ 全反射器
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平10−22555（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−48178（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−226734（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−107573（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−77561（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−28105（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−107351（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−326519（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−265116（ＪＰ，Ａ)
国際公開96／029627（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 3/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 信号光が入力される光ファイバが、端子
Ａから端子Ｂ、端子Ｂ端子Ｃへの順方向伝達特性を有す
る光サーキュレータの端子Ａに接続され、この光サーキ
ュレータの端子Ｂは、第１の希土類添加光ファイバの一
端に接続されると共にその間に励起光源が接続された光
合分波器が接続され、前記第１の希土類添加光ファイバ
の他端は第２の希土類添加光ファイバの一端に接続され
ると共にその間に、信号光を通過させ励起光のみを選択
的に反射する波長選択性の光反射器が接続されると共に
前記第２の希土類添加光ファイバの他端には全反射器が
接続されてなる光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29178196A JP3500878B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29178196A JP3500878B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10135544A JPH10135544A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3500878B2 true JP3500878B2 (ja) | 2004-02-23 |
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ID=17773349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29178196A Expired - Fee Related JP3500878B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 光増幅器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3500878B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8508842B2 (en) | 2007-04-13 | 2013-08-13 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Optical signal amplifier, method of optical amplification and optical network |
-
1996
- 1996-11-01 JP JP29178196A patent/JP3500878B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10135544A (ja) | 1998-05-22 |
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