JPH0425825A - 光ファイバ増幅器 - 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、光通信において光信号を電気信号に変換する
ことなく、光信号のまま増幅する光ファイバ増幅器に関
するものである。

【従来の技術】

エルビウムがドープされた光ファイバに波長か１．４５
〜１．４９μｍ近傍の光を入れると、エルビウム原子が
高いエネルギ準位に励起されて反転分布か形成され、こ
の光ファイバにＩｔ長１．５３〜１．５５μｍの信号光
か入って来た場合に誘導放出か生して信号光が増幅され
ることが知られている。この光ファイバ増幅器は、伝送
路を通過し減衰した信号光を一旦電気信号に変換して電
気信号の状態で増幅・信号処理した後、再度光信号に変
換する従来の再生中継器に比べ構成が極めて単純である
ため、光通信システム等における次世代の中継器、特に
大洋横断の海底方式用中継器として有望視され開発が進
められている。 ｒ発明が解決しようとする課題】 上記光ファイバ増幅器の励起用光源として、小型にする
ことが可能な半導体レーザが使用されるが、この半導体
レーザは長期使用することによって劣化することが明ら
かにされている。 すなわち、上記光ファイバ増幅器では大きな増幅度を得
るため、数１０ｍ　Ｗという非常に高い励起光を必要と
するから、励起用光源となる半導体レーザに過大な電流
が通電されることになり、比較的短い期間で半導体レー
ザが劣化すると予想される。従って、海底方式のように
高い信頼性が要求される光通信方式に光ファイバ増幅器
を適用する場合には、予備の励起用半導体レーザ光源を
配備することが不可欠と考えられる。 本発明の目的は光ファイバ増幅器の信頼性を向上するた
め、励起用半導体レーザ光源の劣化に際して容易に予備
の光源へ切り替えることかできて、信頼性か高められた
光ファイバ増幅器を提供することにある。 １課題を解決するための手段】 本発明は、複数の励起用半導体レーザの発光を波長合波
器、あるいは、偏波合波器を介して、エルビウムかドー
プされた光ファイバの端部へ供給するようにしたことを
最も主要な特徴とし、前記複数の励起用半導体レーザを
択一的に駆動することにより、他のものを予備の励起用
半導体レーザ光源として利用するようにしたものである
。

【作用】

上記構成であると、波長合波器、あるいは、偏波合波器
を介して、駆動された励起用レーザ光源からの励起光を
光ファイバの一端へ導いて信号光に合波することができ
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
で使用される光部品である偏光合波器と波長合波器の一
例を、それぞれ、第１図と第２図に示し、その概略を説
明する。 前記偏光合波器は、第１図の紙面に垂直に偏光した光（
以降Ｓ波と呼ぶ）を反射し、第１図の紙面に平行に偏光
した光（以降Ｐ波と呼ぶ）を透過する誘電体多層膜１に
対して、第１図に示すように光を入射させたものであり
、下方からきたＳ波は誘電体多層膜１で反射され、また
、左方からきたＰ波は誘電体多層膜１を透過する。また
Ｓ波とＰ波の両者が入射した場合には、これらが合波さ
れて右方に伝搬していくようになっている。 前記波長合波器は、ある波長λ。以下の波長の光を反射
し、前記波長λ。以上の波長の光を透過する誘電体多層
膜２に対して、第２図に示すように光を入射させたもの
であり、下方からきた光（λ１〈λＣ）は誘電体多層膜
２で反射され、また、左方からきた光（λ、〉λＣ）は
誘電体多層膜２を透過する。また、下方および左方から
入射した場合、両光が合波され右方に伝搬していくよう
になっている。 第３図は本発明の第１実施例である。 この実施例では、１．４５〜１４６μｍ近傍で発光する
第１の励起用半導体レーザ３と１．４８〜１．４９μｍ
近傍で発光する第２の励起用半導体レーザ４の出力光と
を第１の波長合波器５へ入射し、この合波器５を出た励
起光を第２の波長合波器６により、入力ファイバフを伝
搬してきた信号光と合波し、エルビウムがドープされた
光ファイバ８に入射する。このようにして入射された励
起光は信号光と同方向でエルビウムがドープされた光フ
ァイバ８を伝搬して行き、エルビウム原子を高いエネル
ギ準位に励起し、誘導放出を発生さす信号光を増幅する
。エルビウムがドープされた光ファイバ８の他端には誘
電体多層膜９が配位されており、励起光は、誘電体多層
膜９で反射され信号光のみが誘電体多層膜９を透過し、
光分岐器１０で信号光の一部か分岐され大部分は出力フ
ァイハ１１に入り出力ファイバエ１を伝搬していく。ま
た光分岐器１０で分岐された信号光の一部は、光検出器
１２に入射されてその光量が測定される。 ここで通電使用されているいずれかの励起用半導体レー
サが劣化すると、エルビウムかドープされた光ファイバ
８内の励起光の光量か減少し信号光の増幅率が所要の値
より下がるので、光検出器１２での光量測定により、励
起用半導体レーザの劣化の感知が可能である。 このような構成になっているので、初期状態で第１の励
起用半導体レーザ３を使用して、その劣化が起こった場
合には、この劣化によるレベル低下が光検出器１２て感
知され、劣化が感知されたことを条件に電源１３からの
通電を第１の励起用半導体レーザ３から第２の励起用半
導体レーザ４へ切り替えれば、エルビウムがドープされ
た光ファイバ８の増幅率を所要の増幅率に復帰させるこ
とが可能である。 第４図は本発明の第２実施例である。この実施例では、
第１の励起用半導体レーザ１４の圧力光を第１の波長合
波器１５により、入力ファイバフを伝搬してきた信号光
と合波し、エルビウムかドープされた光ファイバ８に入
射する。このようにして入射された励起光は信号光と同
方向でエルビウムがドープされた光ファイバ８を伝搬し
て行きエルビウム原子を高いエネルギ準位に励起し、誘
導放出を発生させ信号光を増幅する。第２の励起用半導
体レーザ１６の出力光は第２の波長合波器１７内の誘電
体多層膜で反射され、エルビウムがドープされた光ファ
イバ８に入射される。第２の励起用半導体レーザ１６か
らの励起光は、エルビウムがドープされた光ファイバ８
を信号光と逆方向で伝搬して行き、エルビウム原子を高
いエネルギ準位に励起し、誘導放出を発生させ信号光を
増幅する。 方、エルビウムがドープされた光ファイバ８を伝搬し増
幅を受けた信号光は第２の波長合波器１７内の誘電体多
層膜を透過し、光分岐器１０で信号光の一部が分岐され
大部分は出力ファイバ１１に入り、出力ファイバ１１を
伝搬していく。光分岐器１０で分岐された信号光の一部
は光検出器】２でその光量が測定される。なお励起用半
導体レーザ１４．１６を切替えるために使用される光検
出器１２および電源１３の構成および運用法は第３図に
示した本発明の請求項１に対応する第１実施例と同じで
あって、光検出器１２によるレベル低下の検出に基づい
て励起用半導体レーザ１４．１６か択一的に駆動される
ようになっている。 第５図は本発明の請求項３に対応する第３実施例である
。この実施例では、励起用光源として用いる半導体レー
ザの出射光が活性層に平行な方向に偏光しているので、
偏波保持ファイバ１８．１９を介せば、第１の半導体レ
ーザ２０の出力光は偏光合波器２１にＳ波として、また
、第２の半導体レーザ２２の出力光は偏光合波器２１に
Ｐ波として入射される。したがって、先に説明したよう
に、光ファイバ増幅器励起用の二つの半導体レーザ２０
．２２からの励起光は偏光合波器２１で合波される。偏
光合波器２１で合波された励起光は、波長合波器２３に
より、入力ファイバフを伝搬してきた信号光と合波され
、エルビウムがドープされた光ファイバ８に入射される
。このようにして入射された励起光は信号光と同方向て
エルビウムかドープされた光ファイバ８を伝搬して行き
、エルビウム原子を高いエネルギ準位に励起し、誘導放
出を発生させ信号光を増Ｉする。エルビウムかドープさ
れた光ファイバ８の他端には誘電体多層膜９が配置され
ており、励起光は誘電体多層膜９で反射され信号光のみ
か誘電体多層膜９を透過し、光分岐器１０で信号光の一
部が分岐され大部分は出力ファイバ１１に入り出力ファ
イバ１１を伝搬していく。光分岐器１０で分岐された信
号光の一部は光検出器１２てその光重が測定される。励
起用半導体レーザ２０．２２を択一的に切替えるために
使用される光検出器１２および電源１３の構成および運
用法は第３図に示した第１実施例と同じであり、いずれ
の半導体レーザ２０．２１の励起光が信号光に合波され
ることとなる。 第６図は本発明の請求項４に対応する第４実施例である
。この実施例では、１４５〜１４６μｍ近傍で発光する
第１の励起用半導体レーザ２４と１，４８〜】、４９μ
ｍ近傍で発光する第２の励起用半導体レーザ２５の出力
光を第１の波長合波器２６で合波し、この合波された励
起光を第２の波長合波器２７により、入力ファイバフを
伝搬してきた信号光と合波し、エルビウムがドープされ
た光ファイバ８に入射する。このようにして入射された
励起光は信号光と同方向でエルビウムかドープされた光
ファイバ８を伝搬して行きエルビウム原子を高いエネル
ギ準位に励起し、誘導放出を発生させ信号光を増幅する
。１４５〜１．４６μｍ近傍で発光する第３の励起用半
導体レーザ２８と１，４８〜１．４９μｍ近傍で発光す
る第４の励起用半導体レーザ２９の出力光を第３の波長
合波器３０で合波し、この合波された励起光は第４の波
長合波器３１内の誘電体多層膜で反射され、エルビウム
がドープされた光ファイバ８に入射される。第３の波長
合波器３０で合成された第３と第４の励起用半導体レー
ザ２ｇ、　２９からの励起光は、エルビウムがドープさ
れた光ファイバ８を信号光と逆方向で伝搬して行きエル
ビウム原子を高いエネルギ準位に励起し、誘導放出を発
生させ信号光を増幅する。一方、エルビウムかドープさ
れた光ファイバ８を伝搬し増幅を受けた信号光は第４の
波長合波器３１内の誘電体多層膜を透過し、光分岐器１
０で信号光の一部か分岐され大部分は出力ファイバ１１
に入り出力ファイハ１１を伝搬していく。なお、本実施
例の光回路構成では、第１と第２の励起用半導体レーザ
２４．２５からの励起光はエルビウムがドープされた光
ファイバ８を伝搬した後、第４の波長合波器３１内の誘
電体多層膜で反射され、第３と第４の励起用半導体レー
ザ２８．２９に入射されるので、第１と第２の励起用半
導体レーザ２４゜２５からの励起光の影響を排除するた
め、第３ど第４の励起用半導体レーザ２ｇ、　２９には
アイソレータを具備していることが望ましい。第１と第
２の励起用半導体レーザ２４．２５もこれと同様であり
、第３と第４の励起用半導体レー、ザ２８．２９からの
励起光の影響を排除するためアイソレータを具備してい
ることが望ましい。光分岐器１ｏで分岐された信号光の
一部は光検出器１２でその光量が測定される。 励起用半導体レーザ２４．２５．２８．２９を択一的に
切替えるために使用される光検出器１２および電源１３
の構成および運用法は第３図に示した本発明の請求項１
に対応する第１実施例と同じであり、その切替により、
いずれかの励起用半導体レーザ２４゜２５、２８．２９
の励起光が信号光と合波される。 第７図は本発明の請求項５に対応する第５実施例である
。この実施例では、上で説明したように励起用光源とし
て用いる半導体レーザの出射光は活性層に平行な方向に
偏光しているので、偏波保持ファイバ３２．３３を介せ
ば、第１の半導体レーザ３４の出力光は第１の偏光合波
器３５にＳ波として、また、第２の半導体レーザ３６の
出力光は第１の偏光合波器３５にＰ波として入射される
ので、上で説明したように、光ファイバ増幅器励起用の
二つの半導体レーザ：（４，３６からの励起光は第１の
偏光合波器３５で合波される。第１の偏光合波器３５で
合波された励起光は第１の波長合波器３７により、入力
ファイバフを伝搬してきた信号光と合波され、エルビウ
ムかドープされた光ファイバ８に入射される。このよう
にして入射された励起光は信号光と同方向でエルビウム
がドープされた光ファイノで８を伝搬して行きエルビウ
ム原子を高いエネルギ準位に励起し、誘導放出を発生さ
せ信号光を増幅する。第１と第２の励起用半導体レーザ
３４．３６の場合と同様に第３と第４の励起用半導体レ
ーザ３８３９の出力光を第２の偏光合波器４０で合波し
、この合波された励起光は第２の波長合波器４１内の誘
電体多層膜で反射され、エルビウムがドープされた光フ
ァイバ８に入射される。第２の偏光合波器４０で合波さ
れた第３と第４の励起用半導体レーザ３８３９からの励
起光は、エルビウムがドープされた光ファイバ８を信号
光と逆方向で伝搬して行きエルビウム原子を高いエネル
ギ準位に励起し、誘導放出を発生させ信号光を増幅する
。一方、エルビウムがドープされた光ファイバ８を伝搬
し増幅を受けた信号光は第２の波長合波器４１内の誘電
体多層膜を透過し、光分岐器１０で信号光の一部が分岐
され大部分は出力ファイバ１１に入り出力ファイバ１１
を伝搬していく。第６図の第４実施例で説明したと同様
に、励起用半導体レーザ３４．３６．３８．３９は、他
の半導体レーザからの励起光の影響をυＦ除するためア
イソレータを具備していることか望ましい。 光分岐器１０で分岐された信号光の一部は光検出器１２
てその光量が測定される。励起用半導体レーザ３４、３
６．３８．３９を択一的に切替えるために使用される光
検出器１２および電源１３の構成および運用法は第３図
に示した本発明の請求項１に対応する第１実施例と同じ
であり、励起用半導体レーザ３４３６、３８．３９のい
ずれかの励起光が信号に合波される。 第８図は本発明請求６に対応する第６実施例である。こ
の第６実施例では、偏波保持ファイバ４２゜４３を介し
て１．４５〜１．４６μｍ近傍で発光する第１と第２の
励起用半導体レーザ４４．４５を第１の偏光合波器４６
で合波し、また、偏波保持ファイバ４７．４８を介して
１．４８〜１．４９μｍ近傍で発光する第３と第４の励
起用半導体レーザ４９．５０を第２の偏光合波器５Ｉて
合波する。第１の偏光合波器４６で合波された１、４５
〜１．４６μｍ近傍で発光する励起光と第２の偏光合波
器５１で合波された１４８〜１．４９μｍ近傍で発光す
る励起光は、第１の波長合波器５２で合波される。第１
の波長合波器５２て合波された励起光は、第２の波長合
波器５３により、入力ファイバフを伝搬してきた信号光
と合波され、エンビウムかドープされた光ファイバ８に
入射される。このようにして入射された励起光は信号光
と同方向でエンビウムがドープされた光ファイバ８を伝
搬して行きエルビウム原子を高いエネルギ準位に励起し
、誘導放出を発生させ信号光を増幅する。エンビウムが
ドープされた光ファイバ８の他端には誘電体多層膜９が
配位されており、励起光は誘電体多層膜９で反射され信
号光のみが誘電体多層膜９を透過し、光分岐器ｌＯで信
号光の一部が分岐され大部分は出力ファイバ１１に入り
出力ファイバ１１を伝搬していく。光分岐器１０て分岐
された信号光の一部は光検出器１２でその光量が測定さ
れる。励起用半導体レーザ４４．４５．４９．５０を択
一的に切替えるために使用される光検出器１２および電
源１３の構成および運用法は第３図に示した第１実施例
と同しであリ、励起用半導体レーザ４４．４５．４９．
５０のいずれかの励起光が信号に合波される。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明の光ファイバ増幅器では半
導体レーザを駆動する電流をＯＮ１０　ＦＦするいう究
めて容易な手段により、現用の励起用半導体レーザとの
切り替えが可能な予備の励起用半導体レーザを具備して
いるから、半導体レーザの出力を高くすることが必須の
光ファイバ増幅器において、高出力に起因する励起用半
導体レーザの劣化に応じて、予備の励起半導体レーザに
切り換えることができ、したがって、その信頼性を高め
ることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ増幅器の光回路で使用され
る偏光合波器の簡略化された構成を示す図、第２図は本
発明の光ファイバ増幅器の光回路で使用される波長合波
器の簡略化された構成を示す図、第３図は本発明の第１
実施例を示す図、第４図は本発明の第２実施例を示す図
、第５図は本発明の第３実施例を示す図、第６図は本発
明の第４実施例を示す図、第７図は本発明の第５実施例
を示す図、第８図は本発明の第６実施例を示す図である
。 １．２．９・・・・・・誘電体多層膜、１．８．１９．
３２．３３．４２．４３４７．４８・・・偏波保持ファ
イバ　３　、４　、１４．１６．２０．２２゜２４、２
５．２８．２９．３４．３６．３８．３９．４４．４５
．４９．５０・・・・半導体レーザ、２１．３５．４０
．４６．５１・・・・・偏光合波器、６１５、１７．２
３．２６．２７．３０．３１．３７．４１．５２．５３
・・・・波長合波器、７・・・・・・入力ファイバ　８
・・・・・エルビウムがドープされた光ファイバ、１０
・・・光分岐器、１１・・・・出力ファイバ、１２・・
・・・・光検出器、１３・・・・・・電源。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の励起用半導体レーザと、第２の励起用半導
   体レーザと、該第１の励起用半導体レーザと第２の励起
   用半導体レーザから出射される出力光をエルビウムがド
   ープされた光ファイバの少なくとも一方の端部に結合さ
   せる手段と、前記光ファイバに信号光を入射させる手段
   とからなり、前記第１及び第２の励起用半導体レーザは
   択一的に通電駆動されることを特徴とする光ファイバ増
   幅器。
2. （２）前記第１の励起用半導体レーザは１．４５〜１．
   ４６μｍ近傍で発光し、前記第２の励起用半導体レーザ
   は１．４８〜１．４９μｍで発光し、前記第１の励起用
   半導体レーザと前記第２の励起用半導体レーザの出力を
   合波する第１の波長合波器と、該合波された出力光と前
   記信号光を合波する第２の波長合波器とからなることを
   特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
3. （３）第１の励起用半導体レーザと第２の励起用半導体
   レーザの出力光を偏波保持光ファイバを介して偏波合波
   器に入射されることを特徴とする請求項１に記載の光フ
   ァイバ増幅器。
4. （４）第１の励起用半導体レーザと第２の励起用半導体
   レーザの出力光とを第１の波長合波器に入射し、この励
   起光を第２の波長合波器により信号光と合波し、エルビ
   ウムがドープされた光ファイバの一方の端から信号光と
   励起光が同方向に進行するように入射させ、前記第１の
   励起用半導体レーザと同波長で発光する第３の励起用半
   導体レーザと、前記第２の励起用半導体レーザと同波長
   で発光する第４の励起用半導体レーザとの出力光を第３
   の波長合波器に入射し、この励起光を第４の波長合波器
   を用いて、エルビウムがドープされた該光ファイバの他
   方の端から信号光と励起光が逆方向に進行するように入
   射させる光回路から構成され、上記４個の励起用半導体
   レーザは択一的に通電駆動されることを特徴とする光フ
   ァイバ増幅器。
5. （５）第１の励起用半導体レーザと、第２の励起用半導
   体レーザと、該第１の励起用半導体レーザと第２の励起
   用半導体レーザとから出射される出力光を偏波保持ファ
   イバを介して第１の偏光合波器へ入射し、この励起光を
   第１の波長合波器により信号光と合波し、エルビウムが
   ドープされた光ファイバの一方の端から信号光と励起光
   が同方向に進行するように入射させ、また、前記第１の
   励起用半導体レーザと同波長で発光する第３の半導体レ
   ーザと、前記第２の励起用半導体レーザと同波長で発光
   する第４の半導体レーザの出力光とを偏波保持ファイバ
   を介して第２の偏光合波器へ入射し、この励起光を第２
   の波長合波器を用いて、エルビウムがドープされた光フ
   ァイバの他方の端から信号光と励起光が逆方向に進行す
   るように入射させる光回路から構成され、上記４個の励
   起用半導体レーザは択一的に通電駆動されることを特徴
   とする光ファイバ増幅器。
6. （６）第１第２の励起用半導体レーザの出力光を偏波保
   持ファイバを介して第１の偏光合波器へ入射し、前記第
   １第２の励起用半導体レーザと異なる波長で発光する第
   ３第４の励起用半導体レーザの出力光を偏波保持ファイ
   バを介して第２の偏光合波器へ入射し、上記の２個の偏
   光合波器から出た光を第１の波長合波器へ入射し、この
   励起光を第２の波長合波器により信号光と合波し、エル
   ビウムがドープされた光ファイバの一方の端から信号光
   と共に入射させるような光回路から構成され、上記４個
   の励起用半導体レーザは択一的に通電駆動されることを
   特徴とする光ファイバ増幅器。