JPH03249628A - 半導体レーザ増幅器 - Google Patents

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〕 本発明は光ファイバ伝送路間に接続される光中継増幅器
の半導体レーザ増幅器に係わり、特に高信頼度が要求さ
れる光通信回線に適用して好適な半導体レーザ増幅器に
関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザ増幅器は、光を電気に変換することなく光
のままで直接増幅できる機能を有する。

この半導体レーザ増幅器に使われる半導体レーザ増幅素
子は、一般の半導体レーザ素子と同じように電流注入に
よるレーザ活性層の利得機構を利用したものであるが、
大きな増幅作用を得るため、端面反射率を極端に下げて
発振を抑え、かつ十分な注入電流を与えた状態で外部か
ら光を注入し、この注入光に対して光増幅作用を得るも
のである。

小型化、高利得および０ＥＩＣ化への適合性等多くの利
点を有することから、近年実用化に向けて盛んに研究開
発が行われようになった。また、半導体レーザ増幅素子
等から成る半導体レーザ増幅器の使用形態は一般に、光
受信器の直前に接続される光中継増幅器や光ファイバ伝
送路の中間に接続される光中継増幅器等に分類される。

本半導体レーザ増幅器はこのうち光中継増幅器に使用さ
れる半導体レーザ増幅器に関するものであり、その概略
断面図を第５図に示す。本半導体レーザ増幅器１は、共
振形あるいは進行波形と呼ばれる半導体レーザ増幅素子
２と、この半導体レーザ増幅素子２の一端側に対向配置
されかつこの半導体レーザ増幅素子２に光ファイバ端末
部３からの入射光を取り入れる第１の結合レンズ４と、
半導体レーザ増幅素子２の他端側に対向配置されかつ半
導体レーザ増幅素子２で増幅された出射光を光ファイバ
端末部５に入射させる第２の結合レンズ６を備えて成り
、これら半導体レーザ増幅素子２、第１および第２の結
合レンズ４．６を電気中継端子７を備えたパッケージ８
に収納した構成となっている。また、−例として「進行
波形半導体増幅モジュールの試作」　（昭和６３年電子
情報通信学会秋期全大Ｃ−２３３）があり、本例も光中
継増幅器等への応用を考えているものである。

なお、第５図では一例に示すアイソレータやビームスプ
リッタ等を省略している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した半導体レーザ増幅素子２そのものは実
用化に際しての研究年数が浅いため、機能や特性向上に
力が注がれているが、信頼性についてはデータが少なく
不明な場合が多い。仮に、一般の半導体レーザ素子と構
造やプロセスが類似していることからほぼ同等の平均寿
命を有するとしても、中には短時間で劣化するものもあ
ると考えられる。特に、大きな利得を得るには注入源流
を多く流す必要があり、この場合一般の半導体レーザ素
子のバイアス電流の数倍にもなることから、短時間で劣
化する確率が高くなるおそれがある。例えば、摩耗故障
的な劣化として、襞間面の酸化による非発光再結合電流
増加による劣化や、熱や電流、応力等の複合ストレス因
子等によるＰ側電極の劣化が挙げられる。また、偶発故
障的な劣化として、サージ等によるＰ側電極の局部溶融
や、グイボンド材からのホイスカ成長による短絡列等の
突然劣化が考えられる。更に、注入電流が大きくなるに
つれてジュール熱が電流の２乗に比例して大きくなるこ
とから、ダイボンド材のクリープを促進させて、結合レ
ンズや光ファイバ端末部等との光軸ずれを起こし、結合
効率を悪化させてまうおそれがあった。

したがって、信頼性上不安のある半導体レーザ増幅素子
を使用した半導体レーザ増幅器を、単独で光ファイバ伝
送路の光中継増幅器に使用するには問題が多い。そして
、その伝送路が基幹回線や海底回線等の極めて高い信頼
度が要求される通信回線の場合、その適用には不安があ
った。

そこで、本発明の目的は一般の半導体レーザ素子より信
頼性上不安のある半導体レーザ増幅素子を、高い信頼性
が要求される通信回線に適用する場合、その故障確率を
低減し得る半導体レーザ増幅器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１記載の発明は、光ファイバ端末部からの入射光
を増幅して他の光ファイバ端末部に出射する半導体レー
ザ増幅素子と、この半導体レーザ増幅素子と光ファイバ
端末部とを光学的に結合する結合レンズとを含む半導体
レーザ増幅器において、光ファイバ端末部の間に、半導
体レーザ増幅素子と結合レンズを有する光学系を２組並
列に配置し、この２組の光学系の入出力両側に、いずれ
か１組の光学系を選択して光ファイバ端末部と接続する
光路切換スイッチを設けた構成としたものである。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に加
えて、半導体レーザ増幅素子と結合レンズとから成る２
組の光学系と、光路切換スイッチとが同一の気密パッケ
ージに実装された構成としたものである。

〔作用〕

このように本発明にあっては、結合レンズと半導体レー
ザ増幅素子から有る光学系を２組並列に配置し、この２
組の光学系のうちいずれか一方を、光路切換スイッチに
て選択して光ファイバ端末部に接続し得る待機冗長回路
を紐み込んだ二よによって、まだ開発途上で、かつ信頼
性上不安のある半導体レーザ増幅素子を、光ファイバ伝
送路の光中継増幅器に適用した場合であっても、その故
障確率を低減することが可能となり、特に高い信頼性が
要求される通信回線に適用される場合に効果がある。

また、上述した２組の光学系および光路切換スイッチを
同一の気密パッケージに実装すれば、小型化かつ低価格
化が実現できる。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係わる半導体レーザ増幅器の一実施例
を示す概略断面図、第２図および第３図は待機冗長回路
を説明するためのブロック図、第４図は従来の半導体レ
ーザ増幅器をそのまま用いて待機冗長回路を構成した概
略斜視図である。

半導体レーザ増幅器は、第１図に示すように、入射側の
光ファイバ端末部１０と、これらと所定距離離間して対
向配置された出射側の光ファイバ端末部１１とを備えて
おり、これら光ファイバ端末部１０．１１の間には、従
来と同様の機能を有する第１の半導体レーザ増幅素子１
２と、この第１の半導体レーザ増幅素子１２の両側に配
置された入射側の結合レンズ１３および出射側の結合レ
ンズ１４とを１組とする光学系が配置されていると共に
、これら光学系と並列な状態で、第２の半導体レーザ増
幅素子１５と、この半導体レーザ増幅素子１５０両側に
配置された入射側の結合レンズ１６および出射側の結合
レンズ１７を１組とする光学系が配置されている。

この並列に配置した結合レンズ１３．１４と第１の半導
体レーザ増幅素子１２および結合レンズ１６．１７と第
２の半導体レーザ増幅素子１５との２組の光学系のそれ
ぞれ入出力両側に、１人力・２出力（２人力・１出力）
を切り換える１×２の光路切換スイッチ１８．１９を接
続している。

そして、第１、第２の半導体レーザ増幅素子１２．１５
と１×２の光路切換スイッチ１８．１９を駆動させるた
めの電気中継端子２０を設けた気密パッケージ２１に、
第１、第２の半導体レーザ増幅素子１２．１５、結合レ
ンズ１３．１４．１６．１７および光路切換スイッチ１
８．１９をそれぞれ実装している。

本半導体レーザ増幅器の構成によれば、ＩＸ２の光路切
換スイッチ１８．１９の初期の位置が破線に示す１８ａ
と１９８の位置にある場合、光ファイバ端末部１０から
の入射ビームが結合レンズ１３を通って、第１の半導体
レーザ増幅素子１２に入射し、ここで増幅されたビーム
は結合レンズ１４を通って光ファイバ端末部１１に入射
される。一方、１×２の光路切換スイッチ１８．１９が
破線て示す位置１８ａ、１９ａから実線で示す位置に移
動すると、入射ビームは２組目の結合レンズ１６と第２
の半導体レーザ増幅素子１５と結合レンズ１７を経て、
出射側の光ファイバ端末部１１に入射される。

今、この光路切り換えを説明するための補足説明図を第
２図に示す。すなわち、光ファイバ２２からの光信号は
１×２の光路切換スイッチ２３を経て１組目の結合レン
ズを含む半導体レーザ増幅素子２４に入射され、増幅さ
れた光信号がもう一方のＩＸ２の光路切換スイッチ２５
を経て光ファイバ２６に接続される。しかるに、待機冗
長回路は、通信回線を運用中、１組目の半導体レーザ増
幅素子２４が故障した場合、直ちに１×２の光路切換ス
イッチ２３．２５を動作させて、２組目の結合レンズを
含む半導体レーザ増幅素子２７に切り換えられるよう構
成されており、気密パッケージ２８に組み込まれている
。なお、待機冗長回路の構成法としては、第３図に示す
ごとく、１×２の光路切換スイッチ２９を１個のみとし
た回路も考えられるが、この場合、光分岐器３０を設け
る必要がある。しかし、この場合、この光分岐器３０に
よって光量が半減させられるので、第３図のような構成
は好ましくない。

一方、第４図に示すごとく、従来の半導体レーザ増幅器
３１をそのまま２個並列に並べて、１×２の光路切換ス
イッチ３２と共に１枚の基板３３１３り付けて、待機冗
長回路を構成することも考えられるが、この場合、取付
面積が大きくなると共にコスト高となるという欠点があ
る。

したがって、第１図に示すような同一の気密パッケージ
２１に待機冗長回路を組み込んだ本発明の半導体レーザ
増幅器は、小型で低価格な構成が期待できる。また、待
機冗長回路を組み込むことによってその信頼 度Ｒ（ｔ）は、次の（１）式のようになり、平均寿命の
ＭＴＴＦは、次の（２）式のようになり、 ＭＴＴＦ＝２＋Ｒ５／λ　　・・・・・・（２）１個の
半導体レーザ増幅素子の も信頼度が向上することが知られている。ただし、この
場合、ＲｓはＩＸ２の光路切換スイッチの信頼度であり
、半導体レーザ増幅素子２個の信頼度は同じものとし、
冷待機形の冗長回路とした。

したがって、本発明の主目的は、一般の半導体レーザ素
子よりも信頼性上不安のある半導体レーザ増幅素子を、
高い信頼性が要求される通信回線に接続される場合に適
用されるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係わる半導体レーザ増幅器
によれば、光ファイバ端末部の間に、半導体レーザ増幅
素子と結合レンズを有する光学系を２組並列に配置し、
この２組の光学系の入出力両側に、いずれか１組の光学
系を選択して光ファイバ端末部と接続する光路切換スイ
ッチを設けた構成としたことにより、まだ開発途上で、
かつ信頼性上不安のある半導体レーザ増幅素子を、光フ
ァイバ伝送路の光中継増幅器に適用した場合であっても
、その故障確率を大幅に低減することが可能となる。特
に、本発明は高い信頼性が要求される通信回線に適用し
た場合に効果がある。

また、２組の光学系および光路切換スイッチを同一の気
密パッケージに実装した構成とすれば、小型かつ低価格
な半導体レーザ増幅器を提供できるという効果も有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる半導体レーザ増幅器の実施例を
示す概略断面図、第２図および第３図は待機冗長回路を
説明するためのブロック図、第４図は従来の半導体レー
ザ増幅器をそのまま用いて待機冗長回路を構成した概略
斜視図、第５図は従来の半導体レーザ増幅器の一例を示
す概略断面図である。 １０．１１・・・・・・光ファイバ端末部、１２・・・
・・・第１の半導体レーザ増幅素子、１３．１４・・・
・・・結合レンズ、 １５・・・・・・第２の半導体レーザ増幅素子、１６．
１７・・・・・・結合レンズ、 １８．１９・・・・・・光路切換スイッチ、２１・・・
・・・気密パッケージ、２２・・・・・・光ファイバ、
２３・・・・・・光路切換スイッチ、 ２４・・・・・・半導体レーザ増幅素子、２５・・・・
・・光路切換スイッチ、 ２６・・・・・・光ファイバ、 ２７・・・・・・半導体レーザ増幅素子、２８・・・・
・・気密パッケージ、 ２９・・・・・・光路切換スイッチ、 ３１・・・・・・半導体レーザ増幅器、３２・・・・・
・光路切換スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバ端末部からの入射光を増幅して他の光フ
   ァイバ端末部に出射する半導体レーザ増幅素子と、この
   半導体レーザ増幅素子と前記光ファイバ端末部とを光学
   的に結合する結合レンズとを含む半導体レーザ増幅器に
   おいて、前記光ファイバ端末部の間に、前記半導体レー
   ザ増幅素子と結合レンズを有する光学系を２組並列に配
   置し、この２組の光学系の入出力両側に、いずれか１組
   の光学系を選択して前記光ファイバ端末部と接続する光
   路切換スイッチを設けたことを特徴とする半導体レーザ
   増幅器。 ２、前記半導体レーザ増幅素子と結合レンズとから成る
   ２組の光学系と、前記光路切換スイッチとが同一の気密
   パッケージに実装されて成ることを特徴とする請求項１
   記載の半導体レーザ増幅器。