JPH0727149B2 - 光結合器 - Google Patents

光結合器

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JPH0727149B2
JPH0727149B2 JP61260598A JP26059886A JPH0727149B2 JP H0727149 B2 JPH0727149 B2 JP H0727149B2 JP 61260598 A JP61260598 A JP 61260598A JP 26059886 A JP26059886 A JP 26059886A JP H0727149 B2 JPH0727149 B2 JP H0727149B2
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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の誘導ラマン散乱による光直接増幅
システムに使用される光結合器に関するものである。
（従来の技術） 角周波数ωの光が物質に入射したとき、物質固有の振動
状態、回転状態の遷移に対応する角周波数ω±Δωの光
を発生する現象はラマン散乱と呼ばれている。ω−Δω
の光はストークス光、ω＋Δωの光は反ストークス光と
称される。
角周波数ωの強いレーザ光が入射した場合に、ラマン散
乱によりストークス光ω−Δωが発生し、入射光とのビ
ートによって物質固有の振動Δωが励起され、さらにラ
マン効果を起こすというパラメトリックな過程によっ
て、誘導ラマン散乱が生ずる。
最近、光を直接増幅する手段の１つとして、光ファイバ
材料の呈する非線形効果による誘導ラマン散乱現象を利
用する方法が実験例を含めて報告されている（例えば、
「ファイバラマン増幅器の雑音の評価と受信プリアンプ
への応用の基礎実験」、昭和60年電子通信学会総合全国
大会、No.1115、４−239;「長尺単一モードファイバの
ラマン増幅特性」昭和60年度電子通信学会総合全国大
会、No.1113、４−237参照）。
第６図は誘導ラマン散乱を利用した従来の光直接増幅シ
ステムの構成を示す図である。同図中、71は励起用光
源、72は合波器、73は波長分離器、74は励起光用光ファ
イバ、75は信号光用光ファイバ、76は伝送用光ファイバ
である。
同図に示すごとき誘導ラマン散乱による光ファイバ増幅
システムでは、強い励起光を光ファイバ内に注入するこ
とによって生ずるストークス光が、増幅されるべき信号
光と大略同一の波長になるように、励起光波長が選定さ
れるようになっている。このため、上記増幅システムで
は、光ファイバ76へ注入すべき励起光を発生する高出力
の励起用光源71と、該励起光及び信号光を同一光ファイ
バへ結合する合波器72が必要とされる。
従来、この種のシステムにおいては上記文献等に開示さ
れているように、励起用光源71として高出力が可能であ
るYAGレーザのような固体レーザ装置が主として用いら
れている。
第１次ストークス光を利用した誘導ラマン散乱増幅を考
えた場合、石英系ファイバが低損失を与える1.3μｍ
帯、1.5μｍ帯い光信号を増幅するためには、励起用光
源71としてはそれぞれ1.2μｍ帯、1,4μｍ帯の波長をも
つ高出力光源が必要となる。
これとは別に、第６図に示す如き前方向誘導ラマン散乱
増幅システムにおいては、励起光と信号光とを効率よく
同一光ファイバに入射させる必要がある。そのため、上
記文献に見られるように、励起光と信号光とを合波する
手段として光半透過膜（以下ハーフミラーと称す）を通
常用いられている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来のシステムにおいて励起用光源
71として使用されるYAGレーザやErレーザ等の固体レー
ザ装置は、発光波長が1.06μｍ、1.55μｍに限定されて
おり、上記の波長帯をカバーすることが不可能である。
また、これらの固体レーザ装置は大型で取り扱いも容易
でないといった欠点がある。
一方、近年、光半導体技術の著しい進歩により、上記発
光波長帯をもつ半導体レーザが出現しており、励起用光
源として期待されるようになっている。この半導体レー
ザは固体レーザに比べて格段に小形で、取り扱いもきわ
めて容易であり、しかも発光波長もその製造条件、材料
条件により、広範囲に制御できる等の大きな利点を持っ
ている反面、出力の点では上記固体レーザには及ばない
ため、半導体レーザ単体を励起用光源71として使用する
には不充分である。
また、合波器72としてハーフミラーを使用すると、励起
光及び信号光の一部が反射放散するため、上記光ファイ
バへの結合系において大きな光損失を与える欠点があ
る。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するため
になされたものであって、複数の半導体レーザからのレ
ーザ光を光学的に合波して高出力の励起光を得るととも
に、励起光と信号光をそれぞれ同一光ファイバに低損失
で結合する光結合器を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、誘導ラマン散乱による光直接増幅シス
テムの光結合器は、複数の励起光源と、これら励起光源
のそれぞれに対応して設けられ、該励起光源から出力さ
れる同一波長の直線偏波光を平行光線に変換する入力側
透光手段と、入力側透光手段から出力された平行光線を
単一の光ファイバに結合する出力側透光手段と、入力側
透光手段及び出力側透光手段を両端として構成された単
一の結合空間内に設けられており、入力側透光手段から
出力された複数の平行光線をそれぞれ透過及び反射させ
て偏波多重合成し励起光として出力する偏光可反射面を
有する偏波多重合成手段と、上述の結合空間内に設けら
れており、偏波多重合成手段からの励起光と該励起光と
は異なる波長を有する増幅されるべき信号光とを波長選
択性を利用して重畳し波長多重合成する干渉フィルタ面
を有する波長多重合成手段とを備えており、波長多重合
成手段から出力された光線を前記出力側透光手段に入力
するように構成されている。
（作用） 光を平行光線に変換する入力側透光手段（実施例のコリ
メートレンズに相当）及び出力側透光手段（実施例のコ
リメートレンズに相当）が両端に設けられている単一の
結合空間内に、励起光どうしを透過及び反射させて偏波
多重する偏光可反射面を有する偏波多重合成手段（実施
例の偏光ビームスプリッタに相当）と励起光と信号光と
を波長選択性を利用して重畳し波長多重する干渉フィル
タ面を有する波長多重合成手段（実施例の干渉フィルタ
に相当）とを設け、偏波多重合成手段を通った光がさら
に波長多重合成手段を通るように構成している。
従って、偏波面が互いに異なる複数の光を合成しエネル
ギの損失なしにはこれ以上偏波多重できない状態となっ
ても、信号光については波長多重によって合成されるか
らこの際の光のエネルギの損失を防ぐことができる。
ただし、このような偏波多重合成手段及び波長多重合成
手段を設けただけでは結合空間内で光かせ拡散して損失
が大きくなってしまうため、結合空間の両端に平行光線
に変換するための透光手段を設けて結合空間内では光が
平行光線となるように、即ち拡散しないようにしてい
る。その結果、透光手段、偏波多重合成手段、及び波長
多重合成手段の間をそれぞれ数cm程度まで離しても、光
の損失は無視できる程度に抑制される。この透光手段と
上述した偏波多重合成及び波長多重合成とを組み合わせ
ることにより、光の損失を徹底して排除することが可能
となる。
（実施例） 以下本発明の実施例について詳細に説明する。
第１図は本発明の光結合器の構成の原理を説明するため
の図であり、この光結合器は誘導ラマン散乱による光増
幅システムに用いられる。
図中、11及び12はそれぞれ第１の半導体レーザダイオー
ドモジュール及び第２の半導体レーザダイオードモジュ
ールであり、励起用光源として供されるものであって両
者とも発光波長は同一となっている。
第１及び第２の半導体レーザダイオードモジュール11及
び12の出力側には、これらが発する光を導波する偏波面
保存型光ファイバ13a及び13bがそれぞれ設けられてい
る。
光ファイバ13a及び13bの下流側には、導波された光を平
行光に変換するコリメートレンズ14a及び14bがそれぞれ
設けられている。
偏光ビームスプリッタブロック15は、コリメートレンズ
14a及び14bをそれぞれ通過してきた光を偏波合成して励
起光として出力する。
図において、13cは信号光用光ファイバであり、増幅さ
れるべき信号光を導波する。光ファイバ13cの下流側に
は導波された信号光を平行光に変換するコリメートレン
ズ14cが設けられている。
干渉フィルタブロック16は偏光ビームスプリッタブッロ
ック15からの励起光とコリメートレンズ14cを通過して
きた信号光を波長多重合成する。干渉フィルタブロック
16の出力側にはコリメートレンズ14d及び伝送用光ファ
イバ13dが設けられている。
なお図中、17は偏光ビームスプリッタブロック15の境界
面、18は干渉フィルタブロック16の干渉フィルタ面であ
る。
次に動作について述べる。
第１の半導体レーザダイオードモジュール11からの直線
偏波光は光ファイバ13aにて導波された後、コリメート
レンズ14aにて平行光ビームに変換され、偏光ビームス
プリッタブロック15、干渉フィルタブロック16を通過
し、再びコリメートレンズ14dにて伝送用光ファイバ13d
に結合される。このとき、光ビームは該ビームの偏波面
が偏光ビームスプリッタブロック15の境界面17に対して
Ｐ波となる如く設定されている。
一方、第２の半導体レーザダイオードモジュール12から
の直線偏波光は偏光ビームスプリッタブロック15の境界
面17にて反射し、上記と同様な光路を経て伝送用光ファ
イバ13dへ結合される。このとき、光ビームは該ビーム
の偏波面が境界面17に対してＳ波となる如く設定されて
いる。
信号光と励起光とでは波長帯が異なっているので（例え
ば石英系ファイバの波長シフト量は波数差にして約425c
m-1）、干渉フィルタによる波長選択用素子である干渉
フィルタブロック16により上記の両光の重畳は極めて容
易に達成できる。
以上述べた構成によれば、２つの半導体レーザを励起用
光源として用い、これらの発する同一波長の光を偏光ビ
ームスプリッタを用いて偏波多重で合波するようにした
ので、高出力の励起光を得ることができるようになる。
また、偏波多重で得られた励起光と、他の波長帯の増幅
されるべき信号光とを干渉フィルタ（波長多重合波器）
に直接、即ち途中にレンズ系や光ファイバ系を介さない
で供給して波長多重で合波を行なうので、低損失な結合
が可能となる。
次に、本発明の第１の実施例について第２図を用いて説
明する。
この光結合器は、偏光ビームスプリッタブロック25と干
渉フィルタブロック26とを光学接着剤等で貼り合わせて
一体化した点を除いて、第１図に示したものと同一であ
る。このようにすると、前述した効果に加えて、さらに
損失を少なくできかつ装置のより一層の小形化が可能と
なる利点がある。
次に、本発明の第２の実施例を第３図により説明する。
この実施例は、第１図に示したように第１の半導体レー
ザダイオードモジュール11及び第２の半導体レーザダイ
オードモジュール12の光を光ファイバ13a及び13bに結合
することなく、半導体レーザ31及び32からの光をコリメ
ートレンズ34a及び34bによりそれぞれ直接平行光ビーム
に変換し、伝送用光ファイバ33bに結合したものであ
る。
なお、偏光ビームスプリッタブロック35と干渉フィルタ
ブロック36は第２図のものと同様、光学接着剤等で貼り
合わせて一体化されている。このような構成は、より一
層の低損失な結合が期待できる。
次に、本発明の第３の実施例を第４図により説明する。
以上述べた実施例では、励起光は単一波長であったが、
本実施例では、励起光として複数の波長を使用してい
る。この実施例では、２つの偏光ビームスプリッタブロ
ック43及び44と２つの干渉フィルタブッロック45及び46
とが図に示すように接続されている。
半導体レーザダイオードモジュール（図示せず）から発
せられ、光ファイバ41a及び41bによりそれぞれ導波され
た同一波長λ１を有する２つの直線偏波光は、互いに偏
波直交して偏光ビームスプリッタブッロック43に入射
し、合成される。合成された光は波長λ２の光のみを透
過し他の波長の光を反射する機能をもつ干渉フィルタブ
ロック45にて反射した後、さらに波長λｓの光のみを透
過し他の波長の光を反射する機能をもつ干渉フィルタブ
ロック46にて再び反射し、伝送用ファイバ41fに結合さ
れる。
同様に、別の半導体レーザダイオードモジュール（図示
せず）から発せられ、光ファイバ41c及び41dにより導波
された波長λ２を有する直線偏波光をも偏光ビームスプ
リッタ44にて合成された後、干渉フィルタブロック45を
透過し、干渉フィルタブロック46にて反射され、伝送用
ファイバ41fに結合される。
また、光ファイバ41eにより導波され波長λｓを有する
信号光は、干渉フィルタブロック46を透過し、伝送用フ
ァイバ41fに結合される。このとき、偏光ビームスプリ
ッタブロック43の合成光出力を得る面431と干渉フィル
タブロック45の光入力の一方を供給すべき面451とが接
し、偏光ビームスプリッタブロック44の合成光出力を得
る面441と干渉フィルタブロック45の光入力の他方を供
給すべき面452とが接している。さらに、干渉フィルタ
ブロック45の光出力を得る面453と干渉フィルタ46の光
入力の一方を供給すべき面461とが接している。
これら面431及び451と、面441及び452と、面453及び461
とのそれぞれは、光が透過可能なようになっている。こ
のようにして、光ファイバ41a、41b、41c、41d及び41e
からの直線偏波光は全て伝送用光ファイバ41fに理論的
には無損失で結合されることになる。
一般的に、光ファイバの誘導ラマン散乱光増幅システム
においては、増幅されるべき信号光波長に対する励起光
波長は厳密なものではなく、ある程度の波長帯域が許さ
れる。したがって励起光として、比較的接近した異なる
波長の光を波長多重することで光出力を合成することが
できる。
このような観点から第４図に示した実施例の光結合器の
働きをみると、光ファイバ41aからのλ１なる波長を有
する光と光ファイバ41bからのλ１なる波長を有する光
を先ず偏光ビームスプリッタブロック43にて偏波合成
し、同時に光ファイバ41cからのλ２なる波長を有する
光と光ファイバ41dからのλ２なる波長を有する光を偏
光ビームスプリッタ44にて偏波合成した後、これらの光
を干渉フィルタブロック45にて波長多重合成して励起光
としている。そして、以上の各要素をもって励起用光源
としている。そして、光ファイバ41eからのλｓなる波
長を有する信号光と上記励起光とを干渉フィルタブロッ
ク46にて再び波長多重合成した後、伝送用光ファイバ41
fに結合させている。
このようにすると、低損失な結合を確保したままより高
出力な励起光が得られる利点がある。
次に、本発明の第４の実施例を第５図により説明する。
この実施例は第３の実施例の光結合器をさらに発展させ
たもので、波長は異なるが比較的接近した３つの波長の
光λ１、λ２及びλ３をそれぞれ偏波合成した後波長多
重合成して励起用光源としたものである。
そのため、３つの偏光ビームスプリッタブロック53a、5
3b及び53cと３つの干渉フィルタブロック54a、54b及び5
4cとプリズム55を設けており、これらは、偏光ビームス
プリッタ53aの合成光出力を得る面53a1と干渉フィルタ
ブロック54aの光入力の一方を供給すべき面54a1との対
と、偏光ビームスプリッタブロック53bの合成光出力を
得る面53b1と干渉フィルタブロック54aの光入力の他方
を供給すべき面54a2との対と、干渉フィルタブロック54
aの光合成出力を得る面54a3と干渉フィルタ54bの光入力
の一方を供給すべき面54b1との対と、偏光ビームスプリ
ッタブロック53cの合成光出力を得る面43c1と干渉フィ
ルタブロック54bの光入力の他方を供給すべき面54b2と
の対と、干渉フィルタブロック54bの光出力を得る面54b
3と干渉フィルタブロック54cの光入力の一方を供給すべ
き面54c1との対が、さらに、プリズム55の光出力を得る
面551と干渉フィルタブロック54cの光入力の他方を供給
すべき面54c2との対が、それぞれ図示のように光学接着
剤等で貼り合わせて一体化されている。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、光を平行光
線に変換する入力側透光手段及び出力側透光手段が両端
に設けられている単一の結合空間内に、励起光どうしを
透過及び反射させて偏波多重する偏光可反射面を有する
偏波多重合成手段と励起光と信号光とを波長選択性を利
用して重畳し波長多重する干渉フィルタ面を有する波長
多重合成手段とを設け、偏波多重合成手段を通った光が
さらに波長多重合成手段を通るように構成されているの
で、偏波面が互いに異なる複数の光を合成することによ
りエネルギの損失なしにはこれ以上偏波多重できない状
態となっても、信号光を波長多重によってエネルギ損失
なしにさらに合成することができる。また、結合空間の
両端に平行光線に変換するための透光手段を設けて結合
空間内では光が拡散しないようにしているので、透光手
段、偏波多重合成手段、及び波長多重合成手段の間をそ
れぞれある程度離しても、光の損失は無視できる程度に
抑制される。その結果、光の損失をより徹底して排除す
ることが可能となり、より低損失な結合が可能となる。
さらに偏波多重合成手段（偏光ビームスプリッタ）と波
長多重合成手段（干渉フィルタ）とを１つの筐体内に一
体化して構成できるので、取り扱いが容易となり、小形
かつ軽量となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理説明図、第２図〜第５図はそれぞ
れ本発明による第１〜４の実施例を示す図、第６図し従
来の光直接増幅システムの構成を示す図である。 11、12、21、22……半導体レーザダイオードモジュー
ル、31、32……半導体レーザダイオード、13d、23d、33
b、41f、51h……伝送用光ファイバ、15、25、35、43、4
4、53a、53b、53c……偏光ビームスプリッタブロック、
16、26、36、45、46、54a、54b、54c……干渉フィルタ
ブロック。
フロントページの続き (72)発明者 望月 清文 東京都目黒区中目黒２丁目１番23号 国際 電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−236277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−22021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−48814（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−63846（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】誘導ラマン散乱による光直接増幅システム
    の光結合器であって、複数の励起光源と、該励起光源の
    それぞれに対応して設けられ、該励起光源から出力され
    る同一波長の直線偏波光を平行光線に変換する入力側透
    光手段と、該入力側透光手段から出力された平行光線を
    単一の光ファイバに結合する出力側透光手段と、 前記入力側透光手段及び前記出力側透光手段を両端とし
    て構成された単一の結合空間内に設けられており、該入
    力側透光手段から出力された複数の平行光線をそれぞれ
    透過及び反射させて偏波多重合成し励起光として出力す
    る偏光可反射面を有する偏波多重合成手段と、 前記結合空間内に設けられており、前記偏波多重合成手
    段からの励起光と該励起光とは異なる波長を有する増幅
    されるべき信号光とを波長選択性を利用して重畳し波長
    多重合成する干渉フィルタ面を有する波長多重合成手段
    とを備えており、該波長多重合成手段から出力された光
    線を前記出力側透光手段に入力するようにしたことを特
    徴とする光結合器。
JP61260598A 1986-11-04 1986-11-04 光結合器 Expired - Lifetime JPH0727149B2 (ja)

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