JPH03225326A

JPH03225326A - 半導体レーザ増幅装置

Info

Publication number: JPH03225326A
Application number: JP1899190A
Authority: JP
Inventors: Masatoyo Tsunoda; 正豊角田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光通信において光信号を電気信号に変換せず
、光信号のままで増幅する半導体レーザ増幅装置に関す
るものである。

（従来の技術）従来から、半導体レーザ素子の光信号の出力両端面に反
射防止膜を設けることにより、半導体レーザ素子を光発
振器としてではなく、光信号の増幅器として使用できる
ことが知られている。

第４図は増幅器として使用されている半導体レーザ素子
１の簡略化された構成を示す斜視図である。第４図にお
いて、半導体レーザ素子１には、電界が活性層２の接合
面３の方向（幅方向）に偏光しているＴＥ波と、磁界が
活性層２の接合面３の方向（幅方向）に偏光しているＴ
Ｍ波と呼ばれる２個の伝搬モードがある。一般に、半導
体レーザ素子１の活性層２は幅が厚さ（接合面に垂直方
向）の数倍ある非対称な形状となっており、ＴＥ波とＴ
Ｍ波に対する半導体レーザ素子１の閉じ込め係数ｒＴＥ
とｒＴＭとが異なっている。従って、このような形状特
性を持つ半導体レーザ素子ｌを用いた半導体レーザ増幅
装置では、ＴＥ波に対する利得ＧＴＥがＴＭ波に対する
利得ＧＴＭに比べて３ｄＢ〜１０ｄＢ程大きくなってい
る（例えばＪｏｕｎａｌ　ｏｆ０ｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　１９８９年第４巻５７頁、ま
たはＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＬｉｇｔｔＷａＶ
ｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　１９８８年第６巻５３６頁
参照）。しかしながら、通常用いられている単一モード
光ファイバでは、光フアイバ内を伝搬していく光信号の
偏光状態を一定に保持することができず、従来の半導体
レーザ増幅装置では、入射する光信号の偏光状態によっ
て半導体レーザ増幅装置の利得が大きく変動するといっ
た欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、非対称な形状が不可避な半導体レーザ素子を
用いた光増幅装置の利得の偏光依存性をなくし、通常の
単一モード光ファイバを伝搬する時に発生する任意の偏
光状態にある入力光信−号に対して、常に一定の利得を
持つ半導体レーザ増幅装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の半導体レーザ増幅装置は、光サーキュレータを
通過した光信号を、偏光ビーム分岐器で偏光方向が互い
に直交する第１と第２の二つのビームに分岐し、偏波保
持ファイバを介してこの二つのビームの偏光方向が、と
もに両端面に反射防止膜が設けられた光増幅器として作
用する半導体レーザ素子の接合面方向になるようにして
、第１と第２のビームを該半導体レーザ素子の活性層に
双方向から入射させ、第１と第２のビームが該半導体レ
ーザ素子から受ける利得が同一になるようにし、次に該
半導体レーザ素子により増幅を受けた第１と第２のビー
ムを上記の偏波保持ファイバを介して上記偏光ビーム分
岐器により合波し、上記光サーキュレータを通過させて
出力するように構成し、半導体レーザ増幅装置に入射す
る光信号の偏光状態に増幅装置の利得が依存しないよう
にする。

本発明は、入射する光信号の偏光状態によって利得が大
きく変動する従来の半導体レーザ増幅装置とは異なって
いる。

（実施例）本発明の実施例を詳述する前に、まず、本発明の光回路
で使用され、重要な光部品である偏光ビーム分岐器と光
サーキュレータの例を第２図と第３図に示し、その概略
を説明する。

偏光ビーム分岐器は誘電体多層膜４を２個のプリズム５
，６で挟み、プリズム５に入射ロアおよび出射口８を設
け、プリズム６に出射口９を設けたものである。任意の
偏光状態にある光が入射ロアに入射されると、第２図の
紙面に垂直に偏光した光成分（以下、Ｓ波という。）は
誘電体多層膜４によって反射され、出射口８から出射さ
れる。

一方、第２図の紙面に平行に偏光した光成分（以下、Ｐ
波という。）は誘電体多層膜４を透過し、出射口９から
出射される。ところで、逆にＳ波が出射口８に入射され
ると、誘電体多層膜４によって反射され、またＰ波が出
射口９に入射されると、誘電体多層膜４を透過し、とも
に入射ロアから出射される。このように、偏光ビーム分
岐器１０は、任意の偏光状態にある光を、偏光方向が互
いに直交するＳ波とＰ波に分岐する偏光分岐器として機
能するだけでなく、偏光方向が互いに直交するＳ波とＰ
波を合波する偏光結合器としても機能する。

次に光サーキュレータ１１は、第３図に示すように一般
に４個のポートを有しており、第１ポート１２から入射
した光は第２ポート１３から出射され、第２ポート１３
から入射した光は第３ポート１４から出射され、第３ポ
ート１４から入射した光は第４ポート１５から出射され
、第４ポート１５から入射した光は第１ポート１２から
出射されるようになっている（任意の偏光状態にある光
に対して、このような機能を持つ光サーキュレータの構
成は、例えばＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ
　１９７Ｂ年ＶＯ１，１５Ｎ（Ｌ２５．８３頁参照）。

第１図は本発明の一実施例の構成図であって、光ファイ
バ１６を導波してきた光信号は、第１ポート１２より光
サーキュレータ１１に入力され、第２ポート１３から出
射され、光ファイバ１８を導波して入射ロアより偏光ビ
ーム分岐器１０に入力される。偏光ビーム分岐器１０に
入力された光信号は、偏光方向が互いに直交するＳ波と
Ｐ波に分岐され、Ｓ波は出射口８より偏波保持ファイバ
１９を介して、またＰ波は出射口９より偏波保持ファイ
バ２０を介して、両端面に反射防止膜が設けられ光増幅
器として作用する半導体レーザ素子２１に、双方向から
入力される。このとき、半導体レーザ素子２１に双方向
から入力される二つの光信号は、両光信号ともその偏光
方向が半導体レーザ素子２１の活性層の接合面方向にな
るように、偏波保持ファイバ１９゜２０の主軸方向が調
整されている。偏波保持ファイバ１９．２０の主軸方向
が上記のように調整されているので、偏波保持ファイバ
１９から半導体レーザ素子２１に入力されて増幅を受け
た光信号は、偏波保持ファイバ２０を導波した後、偏光
ビーム分岐器１０にＰ波として出射口９から入射される
。同様にして、偏波保持ファイバ２０から半導体レーザ
素子２１に入力され増幅を受けた光信号は、偏光ビーム
分岐器１０にＳ波として出射口８から入射される。

以上説明したように、偏光ビーム分岐器ｌＯはＳ波とＰ
波を合波する偏光結合器としても機能するので、半導体
レーザ素子２１に双方向から入力され増幅を受けた二つ
の光信号は、偏光ビーム分岐器ｌＯで合波され入射ロア
から光ファイバ１８を導波して第２ポート１３より光サ
ーキュレータ１１に入力され、第３ポート１４から光フ
ァイバ１７に入力され、光ファイバ１７を導波していく
。

光ファイバ１６から光サーキュレータ１１を通過して偏
光ビーム分岐器１０に入力された光信号のパワーをＰｌ
＋、偏光ビーム分岐器ｌＯにより偏波保持ファイバ１９
側に分岐された光信号のパワーをＰｌ、偏光ビーム分岐
器ｌＯにより偏波保持ファイバ２０側に分岐された光信
号のパワーをＰ２とすると、Ｐ　＋−＝　Ｐ　＋＋　Ｐ
　２　　　　　　　（１）である。

上記のように、偏光ビーム分岐器ｌＯにより偏波保持フ
ァイバ１９側に分岐された光信号も、偏波保持ファイバ
２０側に分岐された光信号も、ともに半導体レーザ素子
２１から同一の利得ＧＴＥの増幅を受けるので、偏光ビ
ーム分岐器１０で合波され、光サーキュレータ１１を通
過して光ファイバ１７に入力される光信号のパワーＰ　
ｏ　ｕ　ｔは、Ｐ　ｏｕｔ＝ＧＴｘＸ　Ｐ　＋＋　ＧＴ
ＥＸ　Ｐ　を−ＣｙｒｚＸ（Ｐ　＋＋Ｐｚ）＝　ＧＴＥＸ　Ｐ　ｌ＋＋　　　　　　（２）となる。

光ファイバ１６から光サーキュレータ１１に入力される
光信号の種々の偏光状態に応じて、偏波保持ファイバ１
９側に分岐される光信号のパワーＰ１の値、および偏波
保持ファイバ２０側に分岐される光信号のパワーＰ２の
値は変化するが、入力される光信号のパワーＰｔｎの値
は一定であり、従って式（２）より光サーキュレータ１
１から光ファイバ１７に出力される光信号のパワーＰ、
。ｔは、入力信号パワーＰｉｎのＧＴＥ倍となり、光フ
ァイバ１６から光サーキュレータ１１に入力される光信
号の偏光状態に依存せず、常に一定している。

半導体レーザ増幅装置を縦列に多段に接続して使用した
場合、ある半導体レーザ増幅装置において、次段以降の
半導体レーザ増幅装置での反射による信号光の戻り光、
および次段以降の半導体レーザ増幅装置の半導体レーザ
素子が発生する増幅された自然放出光が、該半導体レー
ザ増幅装置の半導体レーザ素子２１に注入され、雑音を
発生することが指摘されている。次段以降の半導体レー
ザ増幅装置から光ファイバ１７を導波してくる上記のよ
うな光は、第３ポート１４から光サーキュレータ１１に
入力されるので、前述のように第４ポート１５にいくの
で、該半導体レーザ増幅装置の半導体レーザ素子２１に
は達せず、半導体レーザ素子２１の上記のような雑音の
発生を防止することができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の半導体レーザ増幅装置は
、入力される光信号の偏光状態に依存せず一定の利得を
持っている。したがって、光信号の偏光状態を保持でき
ない通常の単一モード光ファイバを用いた光通信方式に
適用できるという大きな効果がある。

さらに、半導体レーザ増幅装置を多段に接続した場合に
、雑音の原因となる次段以降の半導体レーザ増幅装置か
らの戻り光の影響を受けないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は半導体レーザ増幅装置内の光回路で使用される
偏光ビーム分岐器の簡略化された構成図、第３図は半導
体レーザ増幅装置内の光回路で使用される光サーキュレ
ータの一例を示す図、第４図は半導体レーザ増幅装置に
使用される半導体レーザ素子の簡略化された構成を示す
斜視図である。 ■、２１・・・半導体レーザ素子２・・・半導体レーザ素子の活性層３・・・半導体レーザ素子の活性層の接合面４・・・誘
電体多層膜５．６・・・プリズム７・・・偏光ビーム分岐器の入射口８．９・・・偏光ビーム分岐器の出射口１０・・・偏光
ビーム分岐器１１・・・光サーキュレータ１２・・・光サーキュレータの第１ポート１３・・・光
サーキュレータの第２ポート１４・・・光サーキュレー
タの第３ポート１５・・・光サーキュレータの第４ポー
ト１６、１７．１８・・・光ファイバ１９、２０・・・偏波保持ファイバ第１図１Ｏ−（３１光ビー４介岐器１１−・−光サーキュレータｆ６．ｆ７．ｌ＃＝−ｔ７７（／’（ＩＱ、２０−（Ｊｕｇ度係特７アイ八。２１−・−・羊１体レゾ素子第２図７−４光ど−Ａ分戸り番の入射口 θ、ｑ−ｉｔビー４介−響のボ射ロ

Claims

【特許請求の範囲】

１、第１ポートを入力口、第３ポートを出力口とした光
サーキュレータの第２ポートと、偏光ビーム分岐器とを
光ファイバで結び、該光ファイバから入力された光信号
を、該偏光ビーム分岐器により偏光方向が互いに直交す
る二つのビームに分岐し、分岐されたこの二つのビーム
をそれぞれ偏波保持ファイバを介して、両端面に反射防
止膜が設けられた半導体レーザ素子に、双方から両ビー
ムの偏光方向が該半導体レーザ素子の活性層の接合面方
向になるように入射させたことを特徴とする半導体レー
ザ増幅装置。