CN112018586A - 光放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高激励光的利用效率的光放大器。一个实施方式所涉及的光放大器(1)具有：激励激光器(2)，其射出激励光(L1)；以及外部谐振器(10)，其设置于激励激光器(2)的外部，在外部谐振器(10)的内部配置有光波导(12)，该光波导(12)添加对激励光(L1)进行吸收的稀土类元素并且使信号光(L2)放大，在外部谐振器(10)的内部中从光波导(12)射出的残留激励光(L4、L5)被封闭。

Description

光放大器
技术领域
本发明的一个方案涉及光放大器。
背景技术
在非专利文献1～3各自中记载有包层激励方式的多芯光纤放大器。多芯光纤放大器具有：残留激励光回收器，其回收残留激励光；以及残留激励光再合束器，其将由残留激励光回收器回收的残留激励光进行再合束。在残留激励光再合束器中，采用了在多芯光纤的侧方熔融连接有单芯多模光纤的侧方耦合方式。
【非专利文献1】S.Takasaka，“Cladding Pump Recycling in7-core EDFA”ECOC2018We.1E
【非专利文献2】前田及其他“包层一并激励型EDFA的残留激励光的回收”2018年电子信息通信学会会议B－10－18
【非专利文献3】H.Takeshita，“Transmission of 200Gbps PM-16QAM Signalthrough 7-core MCF and MC-EDFA using Novel Turbo Cladding Pumping Scheme ofImproved Efficiency of the Optical Amplification，”ECOC2018We.2
图4示出了以侧方耦合方式的多芯光纤放大器为例示的光放大器100。光放大器100具有：激励激光器101、泵浦合束器102、掺铒光纤(EDF)103、残留激励光回收器104、光隔离器105及残留激励光再合束器106。残留激励光回收器104及残留激励光再合束器106经由多模光纤F11而彼此光学地连接。另外，残留激励光再合束器106、泵浦合束器102、EDF 103、残留激励光回收器104及光隔离器105经由多芯光纤F12而彼此光学地连接。
激励激光器101输出激励光L11。激励光L11与信号光L12一起输入至EDF 103，EDF103的铒对激励光L11进行吸收而信号光L12放大。在EDF 103中放大的信号光L13经由光隔离器105而输出至光放大器100的外部。经过了EDF 103的激励光L11的残留部分即残留激励光L14由残留激励光回收器104回收。残留激励光回收器104回收的残留激励光L14经由多模光纤F11而再合束至残留激励光再合束器106。
在光放大器100中，作为用于残留激励光L14的回收及再合束的多个光纤，需要具有多模光纤F11和多芯光纤F12。另外，在残留激励光再合束器106中，多模光纤F11耦合于多芯光纤F12的侧方。因此，残留激励光L14经由多模光纤F11而输入至残留激励光再合束器106，再合束至多芯光纤F12。在该光放大器100中，存在激励光L11或残留激励光L14从残留激励光回收器104漏出至光隔离器105而泄漏至光放大器100的外部这样的问题。另外，残留激励光L14与激励光L11同样地射入至EDF 103，因此EDF 103中的激励光的利用效率难以提高。即，在如光放大器100这样的侧方耦合方式的光放大器中，在激励光的利用效率这方面存在改善的余地。
发明内容
本发明的一个方案的目的在于，提供能够提高激励光的利用效率的光放大器。
本发明的一个方案所涉及的光放大器具有：激励激光器，其射出激励光；以及外部谐振器，其设置于激励激光器的外部，在外部谐振器的内部配置有光波导，该光波导添加对激励光进行吸收的稀土类元素并且使信号光放大，从光波导射出的残留激励光封闭于外部谐振器的内部。
发明的效果
根据本发明，能够提高激励光的利用效率。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的光放大器的结构的图。
图2是表示第2实施方式所涉及的光放大器的结构的图。
图3是表示实施例所涉及的光放大器的激励光功率和功率效率之间的关系的曲线图。
图4是表示现有的光放大器的结构的图。
标号的说明
1、31…光放大器，2、2A、2B…激励激光器，10、40…外部谐振器，11、43…泵浦合束器，12…光波导，13…反射镜，14…光射出端面，20…光隔离器，31…光放大器，40…外部谐振器，F1…多模光纤，L1…激励光，L2…信号光，L3…信号光，L4、L5…残留激励光。
具体实施方式
[实施方式的说明]
首先，列举实施方式的内容而进行说明。一个实施方式所涉及的光放大器具有：激励激光器，其射出激励光；以及外部谐振器，其设置于激励激光器的外部，在外部谐振器的内部配置有光波导，该光波导添加对激励光进行吸收的稀土类元素并且使信号光放大，从光波导射出的残留激励光封闭于外部谐振器的内部。
在该光放大器中，在激励激光器的外部设置有外部谐振器，在外部谐振器的内部配置有光波导，该光波导添加稀土类元素并且使信号光放大。而且，经过添加有稀土类元素的光波导后的残留激励光封闭于外部谐振器的内部。因此，能够使封闭于外部谐振器的内部的残留激励光再次经过光波导，因此能够提高由稀土类元素吸收的激励光的吸收效率。即，残留激励光封闭于外部谐振器的内部，由此能够提高稀土类元素吸收激励光的概率。其结果，能够提高激励激光器的功率效率。
[本发明的实施方式的详细内容]
参照附图对本发明的实施方式所涉及的光放大器的具体例进行说明。本发明并不限定于以下的具体例，而是由权利要求书表示，包含与权利要求书等同的范围内的全部变更。在附图的说明中，对相同或相当的要素标注同一标号，适当省略重复的说明。另外，为了容易理解，附图有时将一部分简化或夸张地描绘，尺寸比率等并不限定于附图所记载的尺寸比率。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式所涉及的光放大器1的结构的图。光放大器1例如构成在多芯光纤(MCF)传送信号光的光通信系统中使用的光纤放大器。本实施方式所涉及的光放大器1使用将多芯光纤的多个纤芯各自的信号光一并激励的一并包层激励方式。在光放大器1中，作为一个例子，将C波段的信号光进行放大。
光放大器1具有：激励激光器2，其射出激励光L1；外部谐振器10，其设置于激励激光器2的外部，并且使射入至光放大器1的信号光L2放大；以及光隔离器20，其使放大的信号光L3透过至光放大器1的外部。激励激光器2例如经由多模光纤F1而与外部谐振器10(后面记述的泵浦合束器11)连接。激励激光器2作为一个例子，是射出激励光L1的半导体激光二极管。激励激光器2例如可以是将波长0.98μm或波长1.48μm的激励光L1供给至外部谐振器10的半导体激光源。
外部谐振器10具有：泵浦合束器11，其使激励光L1及信号光L2合束；光波导12，其添加对激励光L1进行吸收的稀土类元素，并且使信号光L2放大；反射镜13，其对从光波导12射出的残留激励光L4进行反射；以及光射出端面14，其使从光波导12射出的信号光L3射出至外部谐振器10的外部。泵浦合束器11例如是波分复用耦合器(WDM耦合器)。
光波导12例如是具有双重包层构造的增益光纤。另外，光波导12是添加有稀土类元素的稀土类添加光纤，是具有对激励光L1进行波导的双重包层构造的多芯光纤。在这里，具有双重包层构造的多芯光纤示出了还具有多个纤芯、将多个纤芯分别覆盖的多个包层和将多个包层覆盖的包层的多芯光纤。光波导12例如具有7个纤芯或19个纤芯。光波导12将分别经过多个纤芯的信号光L2一并激励，将信号光L2一并放大。
光波导12例如设为螺旋状。另外，光波导12也可以构成添加有铒(Er)的多芯掺铒光纤放大器(耦合型放大器)。在该情况下，光波导12具有添加有Er的多个纤芯和将多个纤芯包围的包层。向光波导12供给激励光L1及信号光L2。如果激励光L1供给至光波导12，则例如在光波导12的纤芯中添加的Er元素被激励，并且将信号光L2放大。
反射镜13例如配置于光波导12的相邻位置(光波导12的下游侧)。反射镜13是将在光波导12中没有被吸收的残留激励光L4向光波导12反射的残留激励光反射滤光器。通过该反射镜13，残留激励光L4直接返回至光波导12，因此能够提高光波导12中的激励光(激励光L1及残留激励光L4)的光密度，并且从激励激光器2输出的激励光的利用效率提高。
另外，在光波导12中没有被吸收而从光波导12朝向泵浦合束器11射出的残留激励光L5返回至激励激光器2，在激励激光器2中反射至泵浦合束器11。如上所述，残留激励光L4、L5在反射镜13和激励激光器2之间往复，因此能够将激励光封闭于外部谐振器10的内部。另外，光放大器1采用了双向激励方式，即，激励光从双向射入至光波导12而激励信号光L2，因此能够兼顾低噪声和高输出。
光射出端面14射出在光波导12中放大的信号光L3。来自光射出端面14的信号光L3射入至光隔离器20，经由光隔离器20射出至光放大器1的外部。光隔离器20包含由磁光晶体构成的隔离器模块。例如，在光隔离器20的入射端配置有波长选择镜。
在本实施方式中，例如反射镜13、光射出端面14及光隔离器20进行了集成化。在这里“集成化”是指，除了包含多个部件彼此固定的结构以外，还包含多个部件汇总而固定于规定的部位的结构。光射出端面14例如可以是光隔离器20的入射端面，可以在光隔离器20的入射端面即光射出端面14配置有反射镜13。
接下来，对本实施方式所涉及的光放大器1的作用效果进行说明。在光放大器1中，在激励激光器2的外部设置有外部谐振器10，在外部谐振器10的内部配置有光波导12，该光波导12添加稀土类元素并且使信号光L2放大。而且，经过了添加有稀土类元素的光波导12后的残留激励光L4、L5封闭于外部谐振器10的内部。因此，能够使封闭于外部谐振器10的内部的残留激励光L4、L5经过光波导12，因此能够提高由稀土类元素吸收的激励光的利用效率。
即，残留激励光L4、L5封闭于外部谐振器10的内部，由此能够提高稀土类元素吸收激励光的概率。其结果，能够提高激励激光器2的功率效率。另外，在本实施方式所涉及的光放大器1中，激励激光器2是半导体激光二极管。因此，能够使激励激光器2小型化。
在本实施方式所涉及的光放大器1中，添加有稀土类元素的光波导12为掺稀土类光纤。如上所述，作为在外部谐振器10的内部配置的光波导12而能够使用掺稀土类光纤。
在本实施方式所涉及的光放大器1中，掺稀土类光纤是具有多个纤芯的多芯光纤。由此，掺稀土类光纤为多芯光纤，光波导12的纤芯的数量为多个，从而能够进一步提高激励光的吸收效率。
在本实施方式所涉及的光放大器1中，掺稀土类光纤可以具有对激励光进行波导的双重包层构造。在该情况下，掺稀土类光纤具有双重包层构造，由此能够设为具有包层激励方式的光放大器1。
在本实施方式所涉及的光放大器1中，外部谐振器10具有：反射镜13，其将从光波导12射出的残留激励光L4反射至光波导12；以及光射出端面14，其将在光波导12中放大的信号光L3射出至外部谐振器10的外部。因此，在外部谐振器10中，具有将残留激励光L4反射至光波导12的反射镜13，由此能够将在光波导12中没有被完全吸收的残留激励光L4通过反射镜13而射入至光波导12。因此，能够进一步提高光波导12中的激励光的吸收效率。
另外，能够构成为通过反射镜13使残留激励光L4再次射入至光波导12，因此能够抑制部件个数的增加而使结构变得简易。具体地说，作为用于再利用激励光的结构，在图4所示的现有的光放大器100中，需要残留激励光回收器104和残留激励光再合束器106，与此相对，在光放大器1中，能够仅设置反射镜13。
本实施方式所涉及的光放大器1还具有光隔离器20，光隔离器20和反射镜13进行了集成化。即，在经过反射镜13的信号光L3的光路的下游侧设置的光隔离器20集成于反射镜13。因此，能够减少部件个数而使结构变得更加简易。
(第2实施方式)
图2是表示第2实施方式所涉及的光放大器31的结构的图。光放大器31的至少一部分具有与光放大器1相同的结构，因此在以下的说明中将与光放大器1重复的说明适当省略。光放大器31具有：激励激光器2A及激励激光器2B，它们射出激励光L1；外部谐振器40，其设置于激励激光器2A及激励激光器2B的外部；以及光隔离器20。激励激光器2A及激励激光器2B各自例如经由多模光纤F1而与外部谐振器40连接。激励激光器2A及激励激光器2B的结构例如与前述的激励激光器2的结构相同。
外部谐振器40具有：泵浦合束器11，其使激励光L1及信号光L2合束；光波导12，其添加有对激励光L1进行吸收的稀土类元素；泵浦合束器43，其使激励光L1及信号光L3合束；以及光射出端面14，其将信号光L3射出至外部谐振器40的外部。泵浦合束器43例如是配置于光波导12的相邻位置的波分复用耦合器(WDM耦合器)。
泵浦合束器43将来自激励激光器2B的激励光L1射入至光波导12。通过泵浦合束器43，激励光L1直接射入至光波导12，因此能够提高光波导12中的激励光(来自激励激光器2A的激励光L1及来自激励激光器2B的激励光L1)的光密度，并且能够提高来自激励激光器2A、2B的激励光的利用效率。
泵浦合束器43将从光波导12射入的残留激励光L4向激励激光器2B反射，到达至激励激光器2B的残留激励光L4在激励激光器2B处反射而向泵浦合束器43返回。返回至泵浦合束器43的残留激励光L4再次射入至光波导12。
另外，从光波导12朝向泵浦合束器11射出的残留激励光L5从泵浦合束器11向激励激光器2A射出，并且在激励激光器2A中向泵浦合束器11反射，返回至泵浦合束器11。返回至泵浦合束器11的残留激励光L5再次射入至光波导12。如上所述，残留激励光L4、L5在激励激光器2A和激励激光器2B之间往复，因此能够将残留激励光L4、L5封闭于外部谐振器40的内部。
以上，在第2实施方式所涉及的光放大器31中，在外部谐振器40的内部配置有添加了稀土类元素的光波导12，经过了光波导12后的残留激励光L4、L5封闭于外部谐振器40的内部。因此，与第1实施方式同样地，能够提高由稀土类元素吸收的激励光的利用效率。
另外，第2实施方式所涉及的光放大器31具有多个激励激光器(激励激光器2A及激励激光器2B)，向光波导12射入来自多个激励激光器各自的激励光L1，外部谐振器40具有光射出端面14，该光射出端面14将在光波导12中放大的信号光L3射出至外部谐振器40的外部。由此，在多个激励激光器之间设置外部谐振器40，在外部谐振器40的内部设置光波导12。
因此，能够在配置于多个激励激光器之间的外部谐振器40的内部封闭残留激励光L4、L5，因此能够进一步提高激励光的吸收效率。另外，在第2实施方式中，具有2个激励激光器，因此与具有1个激励激光器的情况相比较能够将每1个的激励激光器的驱动电流抑制为一半左右。其结果，能够延长激励激光器的寿命。
图3是表示实施例1所涉及的光放大器、实施例2所涉及的光放大器及对比例1所涉及的光放大器中的激励光功率(每1个纤芯的功率，单位：W/core)和功率效率(单位：％)之间的关系的曲线图。实施例1所涉及的光放大器是具有反射镜13的光放大器1，实施例2所涉及的光放大器是具有多个激励激光器的光放大器31，对比例1所涉及的光放大器是具有残留激励光回收器104及残留激励光再合束器106的光放大器100。
如图3所示，可知在具有反射镜13的实施例1的光放大器、及具有多个激励激光器的实施例2的光放大器中，与具有残留激励光回收器104和残留激励光再合束器106的对比例1的光放大器相比较，将功率效率大幅地提高。并且，可知在具有多个激励激光器的实施例2的光放大器中，与具有反射镜13的实施例1的光放大器相比进一步提高功率效率。
以上，对本发明所涉及的光放大器的实施方式及实施例进行了说明。但是，本发明并不限定于前述的实施方式及实施例的内容，在不变更权利要求书所记载的主旨的范围能够进行各种变形。即，构成光放大器的部件的种类、数量、功能及配置方式在不脱离上述的主旨的范围能够适当变更。
例如，在前述的实施方式中，对具有双重包层构造的增益光纤即光波导12进行了说明。但是，光波导也可以是不具有双重包层构造的多芯光纤，使信号光放大的光波导的种类能够适当变更。另外，在前述的实施方式中，对使用将多芯光纤的多个纤芯各自的信号光一并激励的一并包层激励方式的光放大器1进行了说明。但是，本发明也能够应用于使用除了一并包层激励方式以外的方式的光放大器。

Claims (7)

1.一种光放大器，其具有：
激励激光器，其射出激励光；以及
外部谐振器，其设置于所述激励激光器的外部，
在所述外部谐振器的内部配置有光波导，该光波导添加对所述激励光进行吸收的稀土类元素并且使信号光放大，从所述光波导射出的残留激励光封闭于所述外部谐振器的内部。
2.根据权利要求1所述的光放大器，其中，
添加有所述稀土类元素的光波导为掺稀土类光纤。
3.根据权利要求2所述的光放大器，其中，
所述掺稀土类光纤为具有多个纤芯的多芯光纤。
4.根据权利要求2或3所述的光放大器，其中，
所述掺稀土类光纤具有对激励光进行波导的双重包层构造。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光放大器，其中，
所述外部谐振器具有：反射镜，其将从所述光波导射出的残留激励光反射至所述光波导；以及光射出端面，其将在所述光波导中放大的信号光射出至所述外部谐振器的外部。
6.根据权利要求5所述的光放大器，其中，
还具有光隔离器，
所述光隔离器和所述反射镜进行了集成化。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的光放大器，其中，
具有多个所述激励激光器，
向所述光波导射入分别来自多个所述激励激光器的激励光，
所述外部谐振器具有光射出端面，该光射出端面将在所述光波导中放大的信号光射出至所述外部谐振器的外部。
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