JPH07221402A - 信号光源モジュールおよび受光モジュールならびに光信号伝送システム - Google Patents

信号光源モジュールおよび受光モジュールならびに光信号伝送システム

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JPH07221402A
JPH07221402A JP6010255A JP1025594A JPH07221402A JP H07221402 A JPH07221402 A JP H07221402A JP 6010255 A JP6010255 A JP 6010255A JP 1025594 A JP1025594 A JP 1025594A JP H07221402 A JPH07221402 A JP H07221402A
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JP
Japan
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light
signal light
semiconductor laser
wavelength
optical fiber
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Application number
JP6010255A
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English (en)
Inventor
Masahiro Mitsuta
昌弘 光田
Tomoaki Uno
智昭 宇野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型でかつ高出力、低歪特性の得られるパワ
ーアンプ機能付き信号光源モジュールを提供する。 【構成】 半導体レーザ３は、1.55μm帯の信号光１０
１を出力する。この信号光１０１は、0.98μm帯励起光
１０２を出力する半導体レーザ２の活性層２０１に結合
される。さらに信号光はこの活性層２０１を透過し、結
合用の光学レンズ５を通してエルビウムドープ光ファイ
バ１に入射する。一方、半導体レーザ２からの0.98μm
帯励起光１０２は光学レンズ５により集光され、エルビ
ウムドープ光ファイバ１に入射する。この励起光１０２
によりエルビウムドープ光ファイバ１は励起され、同時
に入射している1.55μm帯信号光１０１を増幅する。４
は光アイソレータで、エルビウムドープ光ファイバの高
い利得により発振が生じるのを防ぐと共に、励起光が信
号光伝送路に漏れないために用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パワーアンプを備えた
信号光源モジュール、プリアンプを備えた受光モジュー
ルおよび光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムは、光源として直接変調
可能な半導体レーザと、光伝送路として光ファイバと、
受光器よりなる。この光ファイバは最低損失波長帯であ
る1.55μm帯でも伝送損失があるために、長距離伝送す
る場合には増幅器が必要である。1.55μm帯信号光を光
直接増幅可能なエルビウムドープ光ファイバ増幅器は、
1980年代後半より活発に研究が進められ、現在実用化の
段階にさしかかっている。
【０００３】光ファイバ増幅器の用途としては、送信器
の直後に用いるパワーアンプ、伝送路の途中に挿入する
インラインアンプ、受光器の直前に置くプリアンプに分
類できる。光ファイバ増幅器をプリアンプに用い、シス
テムとしての特性改善を図る報告は、例えばアイ・イー
・イー・イー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ
Vol.4、No.3（1992年）第272頁から第275頁（IEEE Photo
nics Technology Letters, vol.4, no.3, pp.272-275,
1992.）に述べられている。すなわち、個別の装置とし
てはパワーアンプ、プリアンプ、信号光源および受光器
は公知である。
【０００４】ファイバ増幅器の基本構成は、エルビウム
イオンを添加したエルビウムドープ光ファイバと、この
エルビウムドープ光ファイバを励起するための励起光源
として1.48μm帯あるいは0.98μm帯の半導体レーザと、
この励起光源と信号光源を合波するための合波器よりな
る。この構成は、特開平２−１５７８２９号公報に述べ
られている。すなわち、従来の光ファイバ増幅器におい
ては、合波器としてフィルタ等の光学素子を用いるのが
通例であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ増幅器や信
号光源、受光器を個別の装置として作製する場合、装置
全体を小型化することは困難であり、作業工程数も多く
なる。また同じ理由により、光増幅器における励起光と
信号光の合波部、信号光源とパワーアンプとの間の合波
部、プリアンプと受光器との間の合波部において損失が
生じるという問題がある。
【０００６】そこでこのような現状に鑑み、本発明の目
的は、装置の小型化が可能で、かつ信号光と励起光の損
失の低減が可能なパワーアンプ機能付き信号光源モジュ
ール、プリアンプ機能付き受光モジュールを提供するこ
とである。さらにそのような信号光源モジュールや受光
モジュールを用いることで、小型で低損失な光伝送シス
テムを構成することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の信号光源モジュールは、第一の波長を有
する信号光を出力する第一の半導体レーザと、第二の波
長を有する励起光を出力する第二の半導体レーザと、少
なくともコアの一部に希土類元素を添加した光ファイバ
とを備え、第一の波長は第二の波長よりも長く、前記第
二の半導体レーザの活性層は第一の波長を有する信号光
を導波するように前記第一の半導体レーザと結合され、
前記光ファイバは第一の波長を有する信号光と第二の波
長を有する励起光を同時に導波するように前記第二の半
導体レーザの活性層と結合されたことを特徴とする。
【０００８】また本発明の受光モジュールは、第一の波
長の光に対し感度を有する受光素子と、第二の波長を有
する励起光を出力する第二の半導体レーザと、少なくと
もコアの一部に希土類元素を添加した光ファイバとを備
え、第一の波長は第二の波長よりも長く、前記第二の半
導体レーザの活性層からの第二の波長を有する励起光は
前記光ファイバに導波され、前記光ファイバからの第一
の波長を有する信号光は前記第二の半導体レーザの活性
層を透過した後に前記受光素子と結合することを特徴と
する。
【０００９】また本発明の受光モジュールは、請求項２
記載の受光モジュールと、前記受光モジュールの出力信
号の一部を分岐する分岐器と、前記受光モジュールの第
二の半導体レーザを駆動する駆動装置と、前記分岐器か
らの信号を用いて前記駆動装置を制御する制御装置を備
えたることを特徴とする。
【００１０】また本発明の光伝送システムは、請求項１
記載の信号光源モジュールと、前記信号光源モジュール
からの信号光を伝送する光ファイバと、前記信号光源モ
ジュールからの信号光に対し感度を有する受光器を備え
たることを特徴とする。
【００１１】また本発明の光伝送システムは、信号光源
としての半導体レーザと、前記半導体レーザからの信号
光を伝送する光ファイバと、前記半導体レーザからの信
号光に対し感度を有する請求項２記載の受光モジュール
を備えたることを特徴とする。
【００１２】また本発明の光伝送システムは、信号光源
としての半導体レーザと、前記半導体レーザからの信号
光を伝送する光ファイバと、前記半導体レーザからの信
号光に対し感度を有する請求項３記載の受光モジュール
を備えたることを特徴とする。
【００１３】また本発明の光伝送システムは、請求項１
記載の信号光源モジュールと、前記半導体レーザからの
信号光を伝送する光ファイバと、前記半導体レーザから
の信号光に対し感度を有する請求項２記載の受光モジュ
ールを備えたることを特徴とする。
【００１４】また本発明の光伝送システムは、請求項１
記載の信号光源モジュールと、前記半導体レーザからの
信号光を伝送する光ファイバと、前記半導体レーザから
の信号光に対し感度を有する請求項３記載の受光モジュ
ールを備えたることを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明のパワーアンプ機能付き信号光源モジュ
ールの構成によると、信号光源モジュールから出力した
第一の波長の信号光は、第一の波長が第二の波長より長
波長であるので励起光源の活性層内で吸収されることな
く希土類添加光ファイバに到達するものであり、同時に
励起光源から出力した第二の波長の励起光を直接に希土
類添加光ファイバに入力することで、この希土類添加光
ファイバにおいて第一の波長の信号光は増幅されるもの
であり、従来の構成と比較し合波用光学素子が不要にな
るので信号光と励起光の損失が低減し、かつ装置の小型
化が図れるという作用がある。
【００１６】また本発明のプリアンプ機能付き受光モジ
ュールの構成によると、励起光源から出力した第二の波
長の励起光を直接に希土類元素をコアに添加した光ファ
イバに入力するようにし、この希土類添加光ファイバで
増幅された第一の波長の信号光は、第一の波長が第二の
波長より長波長であるので励起光源の活性層内で吸収さ
れることなく受光器に到達するものであり、従来の構成
と比較し合波用光学素子が不要になるので信号光と励起
光の損失が低減し、かつ装置の小型化が図れるという作
用がある。
【００１７】また本発明では、受光素子が励起光源から
の出力光量をモニタする機能を兼ねるため、装置の小型
化が図れるという作用がある。
【００１８】
【実施例】希土類元素として、光ファイバの最低損失波
長帯の1.55μm光を直接増幅する事ができるエルビウム
イオンを用いると、励起波長帯としては1.48μm帯、0.9
8μm帯、0.82μm帯等が可能である。これらの場合に
は、励起用半導体レーザの活性層内において、1.55μm
帯信号光のフォトンエネルギーｈνs（＝ｈｃ／λs）
は、バンドギャップエネルギーｈνp（＝ｈｃ／λp）よ
りも小さい。そのため励起光は伝搬するにつれて増幅さ
れるのに対し、信号光は利得も損失もなく透過する。こ
こでｈはボルツマン定数、ｃは光速、νpは励起光の周
波数、λpは励起光波長、νsは信号光の周波数、λsは
信号光波長である。
【００１９】（実施例１）本発明の第一の実施例である
パワーアンプ機能付き信号光源モジュールの構成図を図
１に示す。半導体レーザ３は、1.55μm帯の信号光１０
１を出力する。この信号光１０１は、0.98μm帯励起光
１０２を出力する半導体レーザ２の活性層２０１に結合
される。さらに信号光は先に述べた理由によりこの活性
層２０１を透過し、結合用の光学レンズ５を通してエル
ビウムドープ光ファイバ１に入射する。
【００２０】一方、半導体レーザ２からの0.98μm帯励
起光１０２は光学レンズ５により集光され、エルビウム
ドープ光ファイバ１に入射する。この励起光１０２によ
りエルビウムドープ光ファイバ１は励起され、同時に入
射している1.55μm帯信号光１０１を増幅する。４は光
アイソレータで、エルビウムドープ光ファイバの高い利
得により発振が生じるのを防ぐと共に、励起光が信号光
伝送路に漏れないために用いる。
【００２１】ここで励起光波長としては0.98μm帯を用
いたが、この場合にはパワーアンプ部の雑音指数を小さ
くする事ができるという特徴を有する。先述のようにエ
ルビウムイオンの他の吸収波長帯である1.48μm帯や0.8
2μm帯を用いることも可能であり、これらの場合にはそ
れぞれ高出力化および低コスト化が可能となる。また、
励起用半導体レーザには現在一般的な導波路構造のもの
を用いたが、面発光レーザを用いれば光ファイバとの光
学的結合が容易になるという利点が得られる。この面発
光レーザの場合には、信号光を透過するために活性層の
一部に穴をあけることで、信号光の半導体レーザ２内で
の損失をより低減することが可能になる。信号光および
励起光とエルビウムドープ光ファイバとの結合用に光学
レンズを用いたが、これはエルビウムドープ光ファイバ
の一端を先球加工しても、励起用半導体レーザの導波路
部に屈折率差を設けて集光機能をもたせてもかまわな
い。これら光学系は、信号光の反射を低減するために、
各光学素子の端面を光軸に対して角度を持たせてもよ
い。また、希土類イオンとしてはエルビウムを用いた
が、他にプロセオジウムイオンを添加した場合には1.3
μm帯信号光を増幅できるという機能を有する。
【００２２】このように、励起光と信号光の合波器が不
要であるため、小型化が可能である。また半導体レーザ
にパワーアンプ機能を付加することで、半導体レーザ自
身の出力が小さくてもパワーアンプ部により出力を増幅
できるので出力に起因する歪特性が改善され、分留まり
が向上し、また信号光源半導体レーザの変調をより小さ
な振幅でできるため変調回路の小型化も可能となる。
【００２３】（実施例２）本発明の第二の実施例である
プリアンプ機能付き受光モジュールの構成図を図２に示
す。半導体レーザ２からの0.98μm帯励起光１０２は光
学レンズ５により集光され、エルビウムドープ光ファイ
バ１に入射する。この励起光１０２によりエルビウムド
ープ光ファイバ１は励起され、同時に入射している1.55
μm帯信号光１０１を増幅する。増幅された1.55μm帯信
号光１０１は、0.98μm帯励起光１０２を出力する半導
体レーザ２の活性層２０１に結合される。この信号光は
先に述べた理由により活性層２０１を透過し、受光素子
６としてのPINフォトダイオードに入射し電気信号に変
換される。４は光アイソレータで、エルビウムドープ光
ファイバの高い利得により発振が生じるのを防ぐと共
に、励起光が信号光伝送路に漏れないために用いる。
【００２４】ここで励起光波長としては0.98μm帯を用
いたが、この場合にはプリアンプ部の雑音指数を小さく
する事ができるという特徴を有する。先述のようにエル
ビウムイオンの他の吸収波長帯である1.48μm帯や0.82
μm帯を用いることも可能であり、これらの場合にはそ
れぞれ高出力化および低コスト化が可能となる。また、
励起用半導体レーザには現在一般的な導波路構造のもの
を用いたが、面発光レーザを用いれば光ファイバとの光
学的結合が容易になるという利点が得られる。この面発
光レーザの場合には、信号光を透過するために活性層の
一部に穴をあけることで、信号光の半導体レーザ２内で
の損失をより低減することが可能になる。信号光および
励起光とエルビウムドープ光ファイバとの結合用に光学
レンズを用いたが、これはエルビウムドープ光ファイバ
の一端を先球加工しても、励起用半導体レーザの導波路
部に屈折率差を設けて集光機能をもたせてもかまわな
い。これら光学系は、信号光の反射を低減するために、
各光学素子の端面を光軸に対して角度を持たせてもよ
い。また、希土類イオンとしてはエルビウムを用いた
が、他にプロセオジウムイオンを添加した場合には1.3
μm帯信号光を増幅できるという機能を有する。
【００２５】このように、受光器にプリアンプ機能を付
加することで、受光器に入射する信号光量が微小な場合
にも信号を復調する事ができ、電気信号の増幅が不要に
なるため歪特性の劣化が生じない。また、プリアンプ部
を構成する際に励起光と信号光を合波する合波器が不要
であるため、モジュールの小型化が可能である。
【００２６】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
を示す受光モジュールの構成図である。半導体レーザ２
からの0.98μm帯励起光１０２は光学レンズ５により集
光され、エルビウムドープ光ファイバ１に入射する。こ
の励起光１０２によりエルビウムドープ光ファイバ１は
励起され、同時に入射している1.55μm帯信号光１０１
を増幅する。増幅された1.55μm帯信号光１０１は、0.9
8μm帯励起光１０２を出力する半導体レーザ２の活性層
２０１に結合される。この信号光は先に述べた理由によ
り活性層２０１を透過し、受光素子６としてのPINフォ
トダイオードに入射し電気信号に変換される。
【００２７】受光素子６からの出力信号は分岐器７によ
り分岐され、制御装置８に入る。この制御装置８によ
り、受信信号光量が所望の量となるように、半導体レー
ザ２の素子温度や注入電流量を駆動装置９により制御す
る。また、信号光量のみならず、あらかじめ、エルビウ
ムドープ光ファイバ増幅器の特性を評価しておくこと
で、雑音指数や歪特性を制御することも可能となる。４
は偏波無依存型光アイソレータで、エルビウムドープ光
ファイバの高い利得により発振が生じるのを防ぐと共
に、励起光が信号光伝送路に漏れないために用いる。
【００２８】このように本実施例においては、受光素子
が半導体レーザ２の出力モニタ素子を兼ねることで、受
信信号光量を安定に保ち、かつ光学素子による損失を低
減し装置を小さくすることができる。
【００２９】（実施例４）本発明の第４の実施例である
光伝送システムのブロック図を図４に示す。１２は波長
1.55μmの信号光を出力する実施例１に述べた信号光源
モジュールで、パワーアンプ機能を有するため10dBm以
上の高出力光が得られている。伝送路１０として用いた
分散シフトシングルモード光ファイバは、長さが20kmで
ある。受光器１３には、1.55μm帯信号光に対し感度を
有するGe-PINフォトダイオードを用いた。
【００３０】このように信号光源モジュールに高出力の
得られる素子を用いたため、伝送路がより長い、かつ途
中に増幅器を挿入する必要のない光伝送システムを構築
することができた。
【００３１】（実施例５）本発明の第５の実施例である
光伝送システムのブロック図を図５に示す。１１は波長
1.55μmの信号光を出力するＤＦＢレーザで、0dBm程度
の出力光量が得られている。伝送路１０として用いた分
散シフトシングルモード光ファイバは、長さが20kmであ
る。受光には1.55μm帯信号光に対し感度のある実施例
２のプリアンプ機能付き受光モジュール１４を用いた。
この受光素子のプリアンプ部では、小信号光入力時には
30dB以上の利得が得られるものである。
【００３２】このように受光素子に受光信号光を増幅す
る機能を持たせているため、受光信号が微弱な場合にも
復調が可能な光伝送システムを構築することが可能とな
る。
【００３３】（実施例６）本発明の第６の実施例である
光伝送システムのブロック図を図６に示す。１１は波長
1.55μmの信号光を出力するＤＦＢレーザで、０dBm程度
の出力光量が得られている。伝送路１０として用いた分
散シフトシングルモード光ファイバは、長さが20kmであ
る。受光には1.55μm帯信号光に対し感度のある実施例
３のフィードバック機能付き受光モジュール１５を用い
た。この受光モジュールのプリアンプ部では、受光素子
への入力光量が常に0dBmとなるように利得を制御する。
【００３４】このように受光素子に受光信号光を一定に
する機能を持たせているため、受光信号光量がダイナミ
ックに変動する場合にも、安定して復調が可能な光伝送
システムを構築することが可能となる。
【００３５】（実施例７）本発明の第７の実施例である
光伝送システムのブロック図を図７に示す。１２は波長
1.55μmの信号光を出力する実施例１に記載した信号光
源モジュールで、パワーアンプ機能を有するため10dBm
以上の出力光量が得られている。伝送路１１として用い
た分散シフトシングルモード光ファイバは、長さが40km
である。受光には1.55μm帯信号光に対し感度のある実
施例２のプリアンプ機能付き受光モジュール１４を用い
た。この受光素子のプリアンプ部では、小信号光入力時
には利得が30dB以上得られるものである。
【００３６】このように信号光源モジュールに高出力の
得られる素子を用い、かつ受光素子に受光信号光を増幅
する機能を持たせているため、受光信号が微弱な場合に
も復調が可能な光伝送システムを構築することが可能と
なる。
【００３７】（実施例８）本発明の第８の実施例である
光伝送システムのブロック図を図８に示す。１２は波長
1.55μmの信号光を出力する実施例１に記載した信号光
源モジュールで、パワーアンプ機能を有するため10dBm
以上の出力光量が得られている。伝送路１０として用い
た分散シフトシングルモード光ファイバは、長さが40km
である。受光には1.55μm帯信号光に対し感度のある実
施例３のフィードバック機能付き受光モジュール１５を
用いた。この受光素子のプリアンプ部では、小信号光入
力時には受光素子において0dBmの光量が得られるもので
ある。
【００３８】このように信号光源モジュールに高出力の
得られる素子を用い、かつ受光素子に受光信号光を一定
の光量にする機能を持たせているため、受光信号がダイ
ナミックに変動する場合にも、安定した復調が可能な光
伝送システムを構築することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、信号光と励起光の損失が少なく、歪特性が改善さ
れ、かつ小型化が可能な信号光源モジュールおよび受光
モジュールの提供が可能になるという効果がある。ま
た、小型化が可能な光伝送システムの提供が可能になる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例であるパワーアンプ機能付き信号光
源モジュールの構成を示す図
【図２】第２実施例であるプリアンプ機能付き受光モジ
ュールの構成を示す図
【図３】第３実施例であるプリアンプおよびフィードバ
ック機能付き受光モジュールの構成を示す図
【図４】第１実施例のパワーアンプ機能付き信号光源モ
ジュールを用いた、第４実施例である光伝送システムの
構成を示す図
【図５】第２実施例のプリアンプ機能付き受光モジュー
ルを用いた、第５実施例である光伝送システムの構成を
示す図
【図６】第３実施例のプリアンプおよびフィードバック
機能付き受光モジュールを用いた、第６実施例である光
伝送システムの構成を示す図
【図７】第１実施例のパワーアンプ機能付き信号光源モ
ジュールと、第２実施例のプリアンプ機能付き受光モジ
ュールを用いた、第７実施例である光伝送システムの構
成を示す図
【図８】第１実施例のパワーアンプ機能付き信号光源モ
ジュールと、第３実施例のプリアンプおよびフィードバ
ック機能付き受光モジュールを用いた、第８実施例であ
る光伝送システムの構成を示す図
【符号の説明】
１ エルビウムドープ光ファイバ ２ 第二の波長を有する半導体レーザ ３ 第一の波長を有する半導体レーザ ４ 光アイソレータ ５ 光学レンズ ６ 受光素子 ７ 分岐器 ８ 制御装置 ９ 駆動装置 １０１ 1.55μm帯信号光 １０２ 0.98μm帯励起光 ２０１ 第二の半導体レーザの活性層 １０ 光ファイバ １１ 信号光源 １２ パワーアンプ機能付き信号光源モジュール １３ 受光器 １４ プリアンプ機能付き受光モジュール １５ フィードバック機能およびプリアンプ機能付き受
光モジュール

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第一の波長を有する信号光を出力する第一
    の半導体レーザと、第二の波長を有する励起光を出力す
    る第二の半導体レーザと、少なくともコアの一部に希土
    類元素を添加した光ファイバとを備え、第一の波長は第
    二の波長よりも長く、前記第二の半導体レーザの活性層
    は第一の波長を有する信号光を導波するように前記第一
    の半導体レーザと結合され、前記光ファイバは第一の波
    長を有する信号光と第二の波長を有する励起光を同時に
    導波するように前記第二の半導体レーザの活性層と結合
    されたことを特徴とする信号光源モジュール。
  2. 【請求項２】第一の波長の光に対し感度を有する受光素
    子と、第二の波長を有する励起光を出力する第二の半導
    体レーザと、少なくともコアの一部に希土類元素を添加
    した光ファイバとを備え、第一の波長は第二の波長より
    も長く、前記第二の半導体レーザの活性層からの第二の
    波長を有する励起光は前記光ファイバに導波され、前記
    光ファイバからの第一の波長を有する信号光は前記第二
    の半導体レーザの活性層を透過した後に前記受光素子と
    結合することを特徴とする受光モジュール。
  3. 【請求項３】請求項２記載の受光モジュールと、前記受
    光モジュールの出力信号の一部を分岐する分岐器と、前
    記受光モジュールの第二の半導体レーザを駆動する駆動
    装置と、前記分岐器からの信号を用いて前記駆動装置を
    制御する制御装置を備えたることを特徴とする受光モジ
    ュール。
  4. 【請求項４】請求項１記載の信号光源モジュールと、前
    記信号光源モジュールからの信号光を伝送する光ファイ
    バと、前記信号光源モジュールからの信号光に対し感度
    を有する受光器を備えたことを特徴とする光伝送システ
    ム。
  5. 【請求項５】信号光源としての半導体レーザと、前記半
    導体レーザからの信号光を伝送する光ファイバと、前記
    半導体レーザからの信号光に対し感度を有する請求項２
    記載の受光モジュールを備えたことを特徴とする光伝送
    システム。
  6. 【請求項６】信号光源としての半導体レーザと、前記半
    導体レーザからの信号光を伝送する光ファイバと、前記
    半導体レーザからの信号光に対し感度を有する請求項３
    記載の受光モジュールを備えたことを特徴とする光伝送
    システム。
  7. 【請求項７】請求項１記載の信号光源モジュールと、前
    記半導体レーザからの信号光を伝送する光ファイバと、
    前記半導体レーザからの信号光に対し感度を有する請求
    項２記載の受光モジュールを備えたことを特徴とする光
    伝送システム。
  8. 【請求項８】請求項１記載の信号光源モジュールと、前
    記半導体レーザからの信号光を伝送する光ファイバと、
    前記半導体レーザからの信号光に対し感度を有する請求
    項３記載の受光モジュールを備えたことを特徴とする光
    伝送システム。
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