JPH0590973U - 光増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】信号光を双方向に、十分な増幅度で増幅する。 【構成】半導体レーザ３１ａ、３１ｂ、光合波器３２
ａ、３２ｂ、希土類添加光ファイバ３３ａ、３３ｂ、光
アイソレータ３４ａ、３４ｂおよび狭帯域フィルタ３５
ａ、３５ｂからなる光ファイバ型増幅器３０ａ、３０ｂ
を２台用意し、これら２台の光ファイバ型増幅器３０
ａ、３０ｂを上記光アイソレータ３４ａ、３４ｂによる
信号光の通過方向が互いに逆となるように平行に配設す
ると共に、それらの２台の光ファイバ増幅器３０ａ、３
０ｂの信号光入力側と出力側とに、波長の異なる２種類
の信号光を合分波する光合分波器３６ａ、３６ｂを設け
て、両増幅器３０ａ、３０ｂを並列に接続したことを特
徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、小型にして高い利得を有し、信号光を双方向に直接増幅する光増幅 回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

増幅媒体にエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ、その励起光源に半導体レーザ を用いた光ファイバ型増幅器は、高利得、１．５μｍ帯増幅などの特徴を有し、 しかも小型で取り扱いが容易である。

【０００３】 従来、Ｅｒ添加光ファイバ型増幅器の構成は、図７に示すようなものであった 。その構成は、Ｅｒ添加光ファイバ中のＥｒイオンを図８に示すような⁴ I _13/2 −⁴ I _15/2のエネルギ準位間で反転分布状態にする励起用高出力半導体レーザ１ 、レーザ１からの励起光と１．５μｍ帯の入力信号光とを合波する光合波器２、 増幅媒体となるＥｒ添加光ファイバ３、戻り光防止用の光アイソレータ４、励起 光を遮断し信号光のみを通過させる狭帯域フィルタ５からなる。

【０００４】 ここで半導体レーザ１としては、Ｅｒイオンの吸収波長帯に合致するＩｎＧａ ＡｓＰレーザ（波長１．４８μｍ）やＩｎＧａＡｓ歪量子井戸レーザ（波長０． ９８μｍ）等が用いられ、光合波器２としては、誘電体多層膜フィルタを適用し たバルク型光回路や融着延伸形の光ファイバカプラなどが用いられている。また 、増幅媒体となるＥｒ添加光ファイバ３は、コア部に微量のＥｒを添加したもの で、数１０ｍ〜数１００ｍ程度の長さで用いられ、その作製法としては含浸法や 気相成長法などがある。光アイソレータ４は、光回路やコネクタ接続部で発生す る反射戻り光によるレーザ発振を抑制するために用いられ、狭帯域フィルタ５は 、自然放出光（ＡＳＥ）等を除去して、信号光に対する雑音成分の比率を小さく するために用いられている。以上の５つの部品は、光ファイバ型増幅器を構成す る上でいずれも欠かせないものであり、それゆえ、個々の部品の特性に増幅器全 体の特性が支配されるといえる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記従来例において光アイソレータ４は、反射戻り光防止のために 不可欠なものであり、通常、順方向通過損失１．０〜１．５ｄＢに対し、逆方向 通過損失４０ｄＢ以上のものが使用されている。そのため、図７に示した光ファ イバ型増幅器をファイバ伝送路の中継器として使用する場合、光アイソレータ４ の順方向には信号光を通すが、逆方向には通さない。したがって、この回路だけ では双方向通信が不可能で、双方向通信を行うためには、独立した２台の光ファ イバ型増幅器と２本の伝送路が必要となる欠点があった。

【０００６】 また、図４に示すように２台の光増幅回路４０ａ、４０ｂとその内部に含まれ る光アイソレータの光通過方向が互いに逆となるように並列に設置し、両者を光 等分器４１ａ、４１ｂを介して接続すれば、１本の伝送路を用いて双方向に増幅 できるが、この光増幅回路では、入口と出口に光等分岐器が１台ずつ、計２台設 置されているため、利得で６ｄＢ、雑音特性を表わす。雑音指数で３ｄＢの劣化 が生じる欠点があった。

【０００７】 本考案の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、異なった波長の信号光を 双方向に、しかも十分な増幅度で増幅できる新規な光増幅回路を提供することに ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、半導体レーザ、光合波器、希土類添加 光ファイバ、光アイソレータからなる光ファイバ型増幅器を２台用意し、これら ２台の光ファイバ型増幅器を上記光アイソレータによる信号光通過方向が互いに 逆となるように平行に配設すると共に、それら信号光入力側と出力側とにそれぞ れ同じ合分波特性を持つ狭帯域合分波器を設けて両増幅器を並列に接続したもの である。

【０００９】

【作用】

光アイソレータの光通過方向が互いに逆方向となるように、２台の光ファイバ 型増幅器を同じ特性を持つ狭帯域合分波器を介して並列接続することで、片端よ り入力された信号光を対応する単一の光ファイバ型増幅器に通過させて他端側よ り出力させることができる。この時、双方向に送られる信号光の波長は、同じ値 のものを用いることはできず、又用いられる狭帯域合分波器の波長特性に支配さ れるが、双方向伝送において、同じ波長の光を送信、受信に用いられることは、 通常、送受回路を構成するうえであり得ず、信号光波長の問題を用いる半導体レ ーザの波長特性を選択することで解決できる。

【００１０】

【実施例】

図１は、本考案の一実施例の概略構成を示したものである。図１において、３ １ａは出力がファイバで取り出せるようにモジュール化され、発振波長領域が１ ．４６〜１．４９μｍの１．４８μｍ帯、あるいは０．９７５〜０．９８５μｍ の０．９８μｍ帯であるところの励起用の半導体レーザモジュール、３２ａは半 導体レーザモジュール３１ａの出力励起光を１．５μｍ帯の信号光と合波する光 合波器で、バルク型光合分波器、光ファイバカプラあるいは導波路型カプラから なる。光合波器３２ａは２つの入力端を有し、その一方には半導体モジュール３ １ａの出力用ファイバが接続され、他方の入力端は信号光の入力用として用いら れる。３３ａはコア部に希土類元素のエルビウム（Ｅｒ）を添加したＥｒ添加光 ファイバ、３４ａ、３４ａは反射戻り光によるレーザ発振を抑制する光アイソレ ータで、Ｅｒ添加光ファイバ３３ａの入出力両側に挿入されている。また、３５ ａは自然放出光（ＡＳＥ）を除去して信号光に対する雑音成分の比率を小さくす る狭帯域フィルタで、光ファイバ３３ａ終端側のアイソレータ３４ａ後段に接続 されている。これら要素３３ａ〜３５ａから成る回路は、上記光合波器３２ａの ２つの出力端のうち一方に接続されており、以上の要素３１ａ〜３５ａにより１ 台の光ファイバ型増幅器３０ａが構成されている。

【００１１】 ３０ｂは、同様に、符号３１ｂ〜３５ｂの各要素から成る回路によって構成さ れている光ファイバ型増幅器であるが、その構成は上記増幅器３０ａと同一であ るので、同じ参照数字に添字ｂを付してその説明を省略する。

【００１２】 本増幅回路では、これら２台の光ファイバ型増幅器３０ａ、３０ｂを、その光 アイソレータ３４ａ、３４ｂによる信号光の通過方向が互いに逆となるように平 行に配置している。そして、増幅器３０ａで信号光入力側と増幅器３０ｂの信号 光出力側を、合分波器３６ａで、増幅器３０ａの信号光出力側と増幅器３０ｂの 信号光入力側と合分波器３６ｂで継ぎ、両増幅器３０ａ、３０ｂを並列に接続し ている。合分波器３６ａ、３６ｂは同じ波長特性を持つもので、例えば図２に示 すような、マッハシェンダー型の狭帯域合分波器を用いる。その合分波特性は図 ３に示すような特性を有している。

【００１３】 以上の光増幅回路において、合分波器３６ｂの端末３７ａ（又は３７ｂ）から 波長１．５４μｍの信号光λ₁ を入力すると、信号光λ₁ は、合分波器３６ｂの 合分波特性により通過する信号光のほとんどが励起光と信号光を合波する合分波 器３２ａ側へ送られる。合分波器３２ａに送られた信号光は、そこで半導体モジ ュール３１ａから出射された励起光と合波され、光アイソレータ３４ａを介して Ｅｒ添加光ファイバ３３ａを通過する。その際に信号光は、励起光によって反転 分布状態となったＥｒ添加光ファイバ３３ａ内で増幅される。その後、光アイソ レータ３４ａを介して狭帯域フィルタ３５ａを通過しながら雑音成分となる自然 放出光（ＡＳＥ）を除去する。この際、狭帯域フィルタ３５ａの低挿入損失領域 は、当然のことながら、通過する信号光波長の１．５４μｍに合わせておく。狭 帯域フィルタ３５ａを通過した信号光は、合分波器３６ａに送られ、その合分波 特性により、端末３７ｃにほとんどの信号光が出力し、端末３７ｄにはその１／ ２０以下しか出力しない。また、逆に合分波器３６ａの端末３７ｃに波長１．５ ６μｍの信号光λ₂ が入射されると、信号光は、合分波器３６ａの合分波特性に より通過する信号光のほとんどが、励起光と信号光とを合波する合分波器３２ｂ 側へ送られる。その信号光は、上記と同様に、光ファイバ型増幅器３０ｂを通過 した後、端末３７ａから増幅された出力光として出射される。

【００１４】 このように本実施例の光増幅回路では波長を選択することで異なった波長の信 号光を双方向で増幅でき、それゆえ、これを伝送路の中継器として使用すれば、 １本の伝送路を用いた双方向通信における信号光の増幅が可能となる。

【００１５】 図５は、本光増幅回路を用いたＥｒ添加光ファイバ３３ａ、３３ｂの増幅特性 の信号光波長依存性を示す。励起光パワーは３０ｍｗ、信号光入力パワーは−２ ０ｄＢｍである。Ｅｒ添加光ファイバ３３ａ、３３ｂの諸元は、Ｅｒ濃度５００ ｐｐｍ、利得の平坦化のために必要なＡｌが１５００ｐｐｍ、条長４０ｍ、カッ トオフ波長０．９μｍとした。屈折率分布は図６に示すようなものと、高ＮＡ化 を図るため、コアにＧｅＯ₂ をＥｒ、Ａｌと共に添加して屈折率を上げ、クラッ ド部にはＦを添加して屈折率を下げた。図５の増幅特性では、波長１．５４μｍ 、から１．５６５μｍの範囲で利得が２５ｄＢ以上でしかも平坦な特性となって いる。このファイバ３３ａ、３３ｂを図１の構成に適用したときの光増幅回路全 体での増幅特性は、波長１．５４μｍと１．５６μｍの信号光を双方向に用いて 、それぞれ端末３７ａ、３７ｃ間で利得２０ｄＢであった。

【００１６】

【考案の効果】

以上、本考案によれば、２台の光ファイバ型増幅器をそれらの光通過方向が互 いに逆となるように光合分波器を介して並列接続したので、異なった波長の信号 光と双方向にかつ２０ｄＢ以上の十分な増幅度で増幅できるという優れた効果を 発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案光増幅回路の一実施例の構成を示す概略
図である。

【図２】本考案に用いられる光合分波器の一実施例を示
す。

【図３】本考案に用いられる光合分波器の波長特性を示
す。

【図４】従来の双方向型光増幅回路を示す。

【図５】本考案の一実施例に用いられるＥｒ添加光ファ
イバの増幅特性を示す。

【図６】本考案の一実施例に用いられるＥｒ添加光ファ
イバの屈折率分布を示す。

【図７】従来の光ファイバ型増幅器の構成を示す。

【図８】エルビウムイオンの励起エネルギ準位と励起光
波長と信号光との関係を示す。

【符号の説明】

３０ａ，３０ｂ 光ファイバ型増幅器 ３１ａ，３１ｂ 光半導体レーザモジュール ３２ａ，３２ｂ 光合分器 ３３ａ，３３ｂ Ｅｒ添加光ファイバ ３４ａ，３４ｂ 光アイソレータ ３５ａ，３５ｂ 狭帯域フィルタ ３６ａ，３６ｂ 狭帯域合分器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザ、光合波器、希土類添加光フ
   ァイバ、光アイソレータ、および狭帯域フィルタからな
   る光ファイバ型増幅器を２台用意し、これら２台の光フ
   ァイバ型増幅器と上記光アイソレータによる信号光の通
   過方向が互いに逆となるように平行に配設すると共にそ
   れら２台の光ファイバ増幅器の信号光入力側と出力側と
   に、波長の異なる２種類の信号光を合分波する光合分波
   器を１台ずつ設けて、両増幅器を並列に接続したとを特
   徴とする光増幅回路。