JP2014006298A - 光回路および光増幅器用励起光源 - Google Patents

Abstract

【課題】ファイバラマン増幅器では、励起光源のために同一波長の励起光を偏波合成する場合、直交する偏波それぞれに対し励起光源用のＬＤを用意する必要がある。励起光用のＬＤ数が増大することにより実装面積が増大し、ＬＤでの消費電力も増大する。複数の励起光源の光出力パワーは、ＤＯＰの改善だけにしか使用されておらず、励起光源の光出力の利用効率は非常に悪かった。
【解決手段】本発明の光回路を用いたラマン増幅用励起光源は、励起光源を分岐して、複数の伝送用ファイバまたはマルチコアファイバのコアで共用化して使用する。励起光源の実装面積および励起光源における消費電力を減らすと共に、励起光源から供給される光パワーを効率的に利用することができる。 励起光源装置のサイズおよび初期コストおよびランニングコストを削減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号光を増幅する光増幅器に供する光回路、およびその光回路を用いた 励起光源に関する。

ビデオ・オン・デマンド等の映像系データの急増によって、通信ネットワークを流れるデータ量が急増しており、通信トラフィックは増大し続けている。通信システムの大規模化および高速化に対応して、 伝送ファイバ１本あたりの伝送容量を増大させるために、波長多重(ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing)伝送システムが導入され商用化に至っている。さらに、１本の光ファイバに複数個のコアを有するマルチコアファイバ（ＭＣＦ）およびＷＤＭ技術を併用することによって、伝送容量を飛躍的に増大させる研究も盛んとなっている。

長距離ＷＤＭ伝送システムでは、伝送ファイバで生じる損失を補償する必要がある。このために、伝送路である伝送ファイバを増幅媒体として用いるファイバラマン増幅器(ＦＲＡ: Fiber Raman Amplifier)が使用される。ＦＲＡでは、伝送路自体を分布型の増幅器にすることで、既設の伝送用ファイバに励起光を入れて増幅器を構成できる。

ＦＲＡにおいて、ファイバラマン利得を得るためには、高い出力の励起光が必要となる。また、ＦＲＡ利得の波長依存性を小さくし、ＷＤＭ信号の増幅を可能とするために、複数の励起波長を合波した励起光源が使用されている(非特許文献１）。また、ＦＲＡ利得には偏波依存性がある。このため、励起光源に使用される半導体レーザ（ＬＤ: Laser Diode)の出力は偏波保持ファイバを用いて導波され、偏波合成器を用いて、同一波長であって直交する偏波の２つの励起光が合成される。この偏波合成された励起光の偏光度(ＤＯＰ: Degree of Polarization)は、１０％程度の小さい値となる。

椎野他，"高出力対応ＰＬＣ型ポンプコンバイナの開発"，電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，C-3-29，2002年8月20日 アンリツデバイス株式会社, 製品のご案内, [online] 、 [平成２４年３月１日検索] インターネット http://www.anritsu.co.jp/Devices/Products/OPT-products.asp JDSU製品カタログ, [online] 、 [平成２４年３月１日検索] インターネット http://www.jdsu.com/ProductLiterature/s34pump_ds_oc_ae.pdf

しかしながら、励起光源のために同一波長の励起光を偏波合成する場合、直交する偏波それぞれに対し励起光源用のＬＤを用意する必要がある。このため、励起光源として用いるＬＤの数は２倍になる。励起光源用のＬＤ数が増大することにより、実装面積が増大すると供に、ＬＤにおける消費電力も増大する。特に、励起光源としての動作に欠かせないＬＤチップの温度調整のための、付加的な電力も増大してしまう。さらに、ＦＲＡ動作を生じさせるために光ファイバへ供給すべき所要全励起光パワーが、波長毎に用意される励起用のＬＤの１台分の光出力パワーと同等またはそれ以下の場合、２台目以降の励起用のＬＤ光出力パワーは、無駄となっている。２台目以降のＬＤ出力パワーは、ＤＯＰの改善には寄与するものの、ＦＲＡ動作を生じさせる点からは必要ではない。

図１０は、従来技術のファイバラマン増幅器の励起方法を説明する図である。ファイバラマン増幅器は、ファイバ線路１０２（シングルモードファイバ：以下ＳＭＦ）、励起光合波回路１００から構成されている。励起光合波回路１００は、励起光源１０７、１０８、１０９、１１０を含んでいる。４つの励起光源は、波長１：λ₁でＴＥ偏波の励起光源１０７、波長１：λ₁でＴＭ偏波の励起光源１０８、波長２：λ₂でＴＥ偏波の励起光源１０９、波長２：λ₂でＴＭ偏波の励起光源１１０から構成される。図１０に示したＦＲＡでは、ＳＭＦ１０２から入力される信号光に対して、後方から励起するＦＲＡの励起光合波回路１００の構成を示している。

励起光合波回路１００は、上述の励起光源の偏波依存性を除去すると共に、利得の波長依存性を低減するため、励起光の波長λ₁、波長λ₂ごとに偏波多重する光回路である。励起光源１０７、１０８、１０９、１１０からの、波長λ₁および波長λ₂の各励起光は、ＴＥおよびＴＭの２つの直交する偏波として、第１の偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０５、第２のＰＢＳ１０６により偏波合成される。２つのＰＢＳの合波出力は、波長合波器（ＭＵＸ）１０３により波長合成された後に、光信号のＳＭＦ１０２に、波長合波器１０３を通して後方から入力される。

図１０に示したように、従来技術のファイバラマン増幅器の励起方法では、励起光は、ＷＤＭ１０３を通して後方から入力される。ＦＲＡの偏波依存性を減らすためには、励起ＬＤ光パワーを波長ごとに偏波合成して励起光を合成する必要がある。励起光源は、１つの波長あたり２台が必要であって、さらに励起光を合成する必要がある。例えば、ＳＭＦ１０２でＦＲＡ動作を生じさせるために供給すべき所要全励起光パワーが、励起光源１０７および励起光源１０９の２台分の光出力パワーと同程度の場合では、残りの励起光源１０８および励起光源１１０の光出力パワーは、ＤＯＰの改善だけにしか利用されていないことになる。励起光源の光出力パワーの利用効率は非常に悪い。

本発明はこのような問題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、信号光を増幅する光増幅器に供する光回路において、励起光源用ＬＤの実装面積および励起光源における消費電力を減らし、励起光源の光出力パワーを効率的に利用することが可能なＦＲＡ用の光回路を提供することにある。さらに、この光回路を用いた励起光源を提供する。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、伝送線路を増幅媒体として用いる光ファイバ増幅器動作に使用される光回路において、２つの入力部および２つの出力部を有する波長無依存カプラと、前記波長無依存カプラの一方の出力部からの合成出力が入力される偏波回転手段と、前記波長無依存カプラの他方の出力部からの合成出力が入力される遅延手段と、前記偏波回転手段からの出力および前記遅延線からの出力を合成する偏波合成器と、前記偏波合成器からの波長合成された励起光を増幅媒体である伝送線路に導き、前記伝送路において増幅された信号光を出力部へ導くＷＤＭカプラとを備えたことを特徴とする光回路である。本発明の光回路は、実施例５の光回路に相当する。

請求項２の発明は、請求項１の光回路であって、前記波長無依存カプラの前記一方の出力部と前記偏波合成器との間は、前記偏波回転手段をその経路の途中に置く第１の光導波路によって接続され、前記波長無依存カプラの前記他方の出力部と前記偏波合成器との間は、第２の光導波路によって接続され、前記２つの光導波路の長さの差によって前記遅延手段が構成され、前記前記２つの光導波路の長さの差は、前記波長無依存カプラの入力部に接続される光源からの光波のコヒーレンス長よりも十分に長いことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の光回路であって、前記２つの光導波路の長さの差は、コヒーレンス長の数倍程度であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の光回路であって、前記波長無依存カプラおよび前記偏波合成器は、マッハ・ツェンダ干渉計型の光合成器であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１の光回路であって、前記ＷＤＭカプラは、アレイ導波路格子またはラティスフィルタによる波長合成回路であることを特徴とする。

請求項６の発明は、偏波保持ファイバを介して、前記波長無依存カプラの前記２つの入力部へそれぞれ接続された２つの励起光源と、請求項１乃至５のいずれかに記載の光回路とを備えたことを特徴とする光増幅器用励起光源である。

以上説明したように、本発明の光回路を用いたファイバラマン増幅用励起光源によって、励起光源の実装面積および励起光源における消費電力を減らすと共に、 励起光源の有する光パワーを効率的に利用することが可能となる。励起光源装置のサイズならびに初期コストおよびランニングコストを削減することができる。

図１は、本発明のＦＲＡ用励起光源用の光回路の実施例１の構成を示す図である。 図２は、本発明の光回路の実施例２の構成を示す図である。 図３は、本発明の光回路の実施例３の構成を示す図である。 図４は、本発明の光回路のより一般化した構成を示す図である。 図５は、本発明の光回路の実施例４の構成を示す図である。 図６は、本発明の光回路の実施例５の構成を示す図である。 図７は、実施例１〜５で説明した光回路を適用可能な実施例６のファイバラマン増幅器の構成を示す図である。 図８は、実施例６のＦＲＡの透過特性を示す図である。 図９は、実施例６のＦＲＡのオン・オフ利得特性を示す図である。 図１０は、従来技術のファイバラマン増幅器の励起方法を説明する図である。

従来技術のファイバラマン増幅器の光回路の構成では、複数個の励起光源を備えた光回路からの出力光パワーは、ＤＯＰの改善や広帯域化には寄与していたものの、相当量の光パワーが無駄となっていた。本発明の光回路の構成では、光結合・分岐器によって励起光の結合および分岐を行い、複数のＳＭＦへ励起光を供給することによって、従来技術よりもはるかに励起光パワーの利用効率を向上させている。特に光回路をＰＬＣで作製する場合には、本発明の構成は有用である。以下、具体的な実施例とともに、本発明の光回路および励起光源について説明する。

図１は、本発明のＦＲＡ用励起光源用の光回路の実施例１の構成を示す図である。図１では、平面光波回路１上に光回路が形成される場合を示している。しかし、光回路を形成する方法としては、平面光波回路上に限らず、光ファイバまたは空間光学系によって形成することもできる。

本発明の光回路および励起光源によって増幅される光信号１１−１〜１１−Ｍは、図１に示されていない、Ｍ本のＳＭＦにおいてファイバラマン増幅される。光回路１は、ＳＭＦとともにファイバラマン増幅器（ＦＲＡ）を構成する。増幅される光信号１１−１〜１１−Ｍは、Ｍ個の信号光入力部７に入力され、Ｍ個の信号光出力部６より出力される。信号光入力部７は、それぞれ入力導波路であり、信号光出力部６は、それぞれ出力導波路とすることができる。励起光は、それぞれＮ個の励起光入力部２ａ、励起光入力部２ｂより入力され、信号光入力部７からＳＭＦへ出力される。励起光入力部２ａ、２ｂは、合計で２Ｎ本の励起光用の入力導波路とすることができる。

Ｎ個の励起光入力２ａには、それぞれ第１の偏波保持ファイバ群８ａを介して第１の励起光源群９ａが接続され、Ｎ個の励起光入力部２ｂには、それぞれ第２の偏波保持ファイバ群８ｂを介して第２の励起光源群９ｂが接続される。ここで、第１の偏波保持ファイバ８ａおよび第２の偏波保持ファイバ８ｂは、その偏光軸が互いに直交するように平面光波回路１に接続される。したがって、平面光波回路１の励起光入力部２ａ、励起光入力部２ｂに入力される励起光は、互いに直交する。

励起光入力部２ａ、２ｂに入力された励起光は、光合分波器３に入力され、そのＭ個の出力導波路４にＭ分岐される。光合分波器３としては、ファネル型の光合分波器、２×２の方向性結合器または２×２のマッハ・ツェンダ干渉計を編み込んだ構成のものを用いることができる。

励起光入力部２ａ群に入力された複数の励起光は、第１の励起光源群９ａのそれぞれ異なる光源から出力されるため、可干渉性は極めて低い。したがって、光合分波器３内にして干渉によって生じる光エネルギーの局在化の影響を十分無視できる。第２の励起光源群９ｂからの各光源からの励起光についても同様である。加えて、励起光入力部２ａ、２ｂaに入力された励起光は、その偏波が互いに直交しているため、両者の間の可干渉性に起因する光エネルギーの局在化も無視できる。したがって、例えば、励起光が出力導波路４のＭ本の導波路うちの特定の１つに偏ってしまい、特定の導波路のパワーが大きくなるような現象は起きない。

Ｍ本の出力導波路４のそれぞれには、波長合成カプラ５−１、５−２、・・５−Ｍが接続される。各波長合成カプラでは、信号光入力部７より入力された光信号１１−１〜１１−Ｍを、信号光出力部６側に分波すると同時に、出力導波路４の各々から入力された励起光を信号光入力部７へと合波する。

本実施例のＦＲＡ用励起光源の光回路によれば、複数の励起光源からの励起光が、直交した状態で平面光波回路１入力される。さらに、励起光は、光合分波器３内で可干渉性に起因する光エネルギーの局在化が無い状態で混合されて、信号光入力部７を経由してＳＭＦへ供給される。複数の励起光源からの異なる波長を有する励起光は、混同されかつ偏波合成されて、複数のＳＭＦへと供給され、ＦＲＡ動作を実現する。各励起光源群９ａ、９ｂからの複数の励起光が、複数の伝送用ＳＭＦで共用化して使用される。励起光パワーを効率的に使用することができる。

本発明の光回路と励起光光源を組み合わせて、ファイバラマン増幅器用に励起光源回路を構成することができる。さらに、ＳＭＦを組み合わせて、ファイバラマン増幅器を構成できる。

図２は、本発明の光回路の実施例２の構成を示す図である。実施例１の光回路における光合分波器３のより具体的な構成を示したものである。図２は、光合分波器３の近傍のみを拡大して示している。本実施例では、光合分波器をファネル型の光合分波器によって構成している。励起光源用の３本の第１の入力導波路群２２ａおよび３本の第１の入力導波路群２２ｂより入力した励起光はファネル型の光合分波器３に入力し、３本の出力導波路２４へと分岐される。

本実施例では、実施例１におけるＭおよびＮの一例として、励起光入力として２Ｎ＝６（すなわちＮ＝３）、信号光入力としてＭ＝３の場合を示した。励起光入力部の数２Ｎおよび信号光入力部の数Ｍは、ＦＲＡで必要とする入力信号の数やＦＲＡ利得を得る帯域によって決定される。

本構成によれば、後の実施例で示されるような導波路の交差を避けることができ、交差に起因する損失の増加を避けることができる。すなわち、低損失な光回路を提供することが可能になる。

図３は、本発明の光回路の実施例３の構成を示す図である。実施例１における光合分波器３のより詳細な構成の一例を示したものである。図３では、光回路における光合分波器３の近傍のみを拡大して示している。本実施例では、光合分波器は、複数の方向性結合器を編み込んだ構成の光合分波器である。各々の方向性結合器は、４つの光カプラ３０と干渉導波路を組み合わせた構成を持つ。

図３において、第１の励起光入力部２ａおよび第２の励起光入力部２ｂからは、直交した励起光群が入力される。本実施例では、１の励起光入力部２ａおよび第２の励起光入力部２ｂとして、それぞれ４本の入力導波路が備えられている。第１の励起光入力部２ａには、例えば、第１の導波路３４−１へ１４２０ｎｍ、第２の導波路３４−２へ１４４０ｎｍ、第３の導波路３４−３へ１４６０ｎｍ、第４の導波路３４−４へ１４８０ｎｍの波長を有するＴＭ偏波の励起光が入力される。同様に、第２の励起光入力部２ｂには、第５の導波路３４−５へ１４２０ｎｍ、第６の導波路３４−６へ１４４０ｎｍ、第７の導波路３４−８へ１４６０ｎｍ、第８の導波路３４−８へ１４８０ｎｍの波長を有するＴＥ偏波の励起光が入力される。

励起光入力部２ａ、２ｂへ入力された励起光群は、方向性結合器を編み込んだ１段目の合分岐部３１ａ、３１ｂによって、それぞれ、４等分して分岐される。分岐された励起光群は、さらに２段目の合分岐部３２−１〜３２−４へと入力される。２段目の合分岐部３２−１〜３２−４は、それぞれ２つの入力を持ち、１段目の合分岐部３１ａ、３１ｂからの分岐出力がそれぞれ入力される。したがって、２段目の合分岐部３２−１〜３２−４の出力部４の導波路の各々からは、励起光入力部２ａから入力されたＴＥ偏波および励起光入力部２ｂから入力されたＴＭ偏波の、４つの波長の励起光（合計８つの励起光）のすべてが混合して出力される。

図３に示した光回路の光合分波器の構成では、第１の励起光入力部側にＴＭ偏波が入力され、第２の励起光入力部側にＴＥ偏波が入力されものとしたが、励起光を必ずしもこの偏波構成で入力する必要はない。第１の励起光入力部側をＴＥ偏波、第２の励起光入力部側をＴＭ偏波としても良い。また、第１の励起光入力部２ａに、１４２０ｎｍ、１４４０ｎｍのＴＭ偏波およびＴＥ偏波を、そして、第２の励起光入力部２ｂに、１４６０ｎｍ、１４８０ｎｍのＴＭ偏波およびＴＥ偏波を入力しても良い。

図４は、本発明の光回路のより一般化した構成を示す図である。光回路４０は、Ｎ個の異なる波長λ₁〜λ_Nを有するＴＥ偏波の励起光群が入力される第１の励起光入力部２ａと、Ｎ個（Ｎは整数）の異なる波長λ₁〜λ_Nを有するＴＭ偏波の励起光群が入力される第２の励起光入力部２ｂとを有する。励起光入力部２ａに入力される励起光は、第１の合分岐部４１ａで合波およびｍ分岐されて、ｍ個の第２の合分岐部４２−１〜４２−ｍに入力される（ｍは整数）。同様に、励起光入力部２ｂに入力される励起光は、第１の合分岐部４１ｂで合波およびｍ分岐されて、ｍ個の第２の合分岐部４２−１〜４２−ｍに入力される。

第２の合分岐部４２−１〜４２−ｍの各々では、第１の合分岐部４１ａ、４１ｂからの異なる偏波が合成され、さらに３分岐（α分岐：αは整数）されて、３つの波長合分波器に接続される。Ｍの波長合分波器４３−１〜４３−Ｍは、３個（α＝３）ずつがセットとなって第２の合分岐部のｍ個のうちの１つと接続されている。また、Ｍ個の波長合分波器４３−１〜４３−Ｍには、対応するＭ個の信号光入力部４７が接続される。Ｍ個の信号光入力部４７には、信号光１１−１〜１１−Ｍが入力される。各波長合分波器では、信号光入力部４７より入力された光信号１１−１〜１１−Ｍを、信号光出力部１２−１〜１２-ｍ側に分波すると同時に、第２の合分岐部４２−１〜４２−ｍの各々から入力された励起光を信号光入力部４７へと合波する。

光回路４０の構成では、Ｍ、ｍ、α（それぞれ１以上の整数）には、次式（１）の関係が成り立つように選択される。
Ｍ＝α×ｍ 式（１）

具体的には、例えば、Ｍ＝１５の場合において、図４のようにα＝３のときは、ｍ＝５となる。また、Ｍ＝２０の場合において、α＝４のときは、ｍ＝５、α＝１０のときは、ｍ＝２等と選択することができる。

図４の構成においても、励起光光源からの複数の励起光が分配されてＳＭＦに供給され、励起光パワーを効率的に使用することができる。

本発明の光回路と励起光光源を組み合わせて、ファイバラマン増幅器用に励起光源回路を構成することができる。さらに、ＳＭＦを組み合わせて、ファイバラマン増幅器を構成できる。

図５は、本発明の実施例４に係る光回路の構成を示す図である。実施例３の図４の構成において第２の合分岐部４１−１〜４２−ｍをＭ個の偏波合成カプラＰＢＣ（Polarization Beam Combiner）５２−１〜５２−Ｍに置き換えたものである。すなわち、図４において、ｍ＝Ｍとして、第２の合分岐部の１つに、波長合分波器の１つが対応する構成となっている。本構成の光回路によれば、図４において信号光入力部４７より入力される光信号の数（Ｍ）があまり多くなく、かつ、被励起光信号の数（Ｍ）が制限されている場合に、複数の励起光を合成して分配して、ＤＯＰを改善した状態でＳＭＦに励起光を供給し、励起光パワーを効率的に使用することができる。

偏波合成カプラ５２−１〜５２−Ｍの各々は、波長無依存カプラ５１ａの出力のうちいずれか１つと、波長無依存カプラ５１ｂのうちのいずれか１つとを入力に持ち、これら２つの入力を偏波合成して１つ出力から合成された励起光を出力する。図５の本実施例の構成では、図４の実施例３の構成に比べて、光平面回路上で作製する場合に光回路の構成がより簡易となる。具体的には、波長無依存カプラ５１ａ、５１ｂと、偏波合成カプラ５２−１〜５２−Ｍとの間の導波路交差を削減することができる（合っていますか？）。結果として、図４に示した光回路の構成と比べて、回路の損失を減らすことができる優位性を持っている。

図６は、本発明の光回路の実施例５の構成を示す図である。本実施例の光回路６０は、石英光導波路基板６１上に作成された励起光合波回路である。上述の各実施例に共通する最も基本的な構成要素が含まれた構成となっている。

光回路６１に対して、異なる波長λ₁、λ₂の２つの励起光６８ａ、６８ｂが、励起ＬＤ入力導波路２ａ、２ｂより入力される。入力された励起光は、波長無依存カプラ６３によって合波され、さらに、各々が２つの波長が混合された２つの励起光に分波される。混合された励起光の一方は、１／２波長板６５を介して偏波が９０°回転された後に偏波合成器６６の一方の入力へと伝搬する。混合された励起光のもう一方は、長さＬの遅延線６４を介して、偏波合成器６６のもう一方の入力へと伝搬する。

偏波合成器６６へ到達する２つの励起光は、互いに直交する偏波成分を持つ。したがって、偏波合成器６６では２つの励起光は完全に偏波合成され、異なる波長λ₁、λ₂の２つの励起光６８ａ、６８ｂは、原理損失が無い状態で偏波合成器６６の出力へと伝搬する。さらに、波長無依存カプラ６３から出力された励起光の一方は、遅延線６４を経由しているため、励起光の他方との相関は解消される。したがって、偏波合成器６６からの出力励起光はいわゆるデポラライズ光となる。信号光６７と、偏波合成器６６から出力された励起光とは、ＷＤＭカプラ６２によって波長合成され、信号光６７が入力される入出力導波路６９を介して、図６には示されない伝送シングルモードファイバ（ＳＭＦ）へと入力される。伝送ＳＭＦにおいて、ファイバラマン利得によって増幅を受けた信号光は、出力信号光７０が得られる。

上述の励起光合波回路６０において、波長無依存カプラ６３、偏波合成器６６としてはマッハ・ツェンダ干渉計型によるものを利用できる。また、ＷＤＭカプラ６２としては、アレイ導波路格子またはラティスフィルタによる波長合成回路を利用することができる。

以下に、励起光をデポラライズするために必要な遅延線６４の長さＬの例を示す。デポラライズ光は、光波の偏波成分を直交基底に展開した場合、展開された２つの成分間での干渉性が無視できる光を言う。例えば、典型的な励起用ＬＤは、波長が１．４５μｍ、線幅が４ｎｍ（光周波数は５７０ＧＨｚ）であるので、そのコヒーレンス長は５００μｍ程度である。したがって、遅延線６４の長さは、コヒーレンス長の数倍程度、すなわち数ｍｍ（〜５ｍｍ）とすれば良い。

本実施例の光回路は、同一の励起光を利用して直交する偏波を生成する構成のため、励起光パワーをさらに効率的に利用することができる。実施例１〜４においては、同一波長で、２つの別個の励起光源を備える必要があるのに対して、本実施例では、１つの波長について１つの励起光源を備えれば良い。図６に示した光回路を複数組備えることで、より多くの信号光入力にも対応できるのは言うまでも無い。

図７は、先の実施例１〜５で説明した光回路を適用可能な実施例６のファイバラマン増幅器（ＦＲＡ）の構成を示す図である。本実施例のＦＲＡでは、図４の光回路の構成においてＭ＝Ｎ＝８とした。図７において、光回路７１は上述の実施例１〜５で説明した光回路のいずれかの構成を利用することができる。光回路７１は、平面光波回路（ＰＬＣ: Planar Lightwave Circuit）によって作製される。

図７において、光回路７１には、光信号を伝送するシングルモードファイバ（ＳＭＦ）７０−１、７０−２、・・、７０−Ｍが接続される。ＳＭＦのファイバ長は、いずれも８０ｋｍである。さらに、光回路７１には、第１の励起用ＬＤ群９ａ−１、…、９ａ−８、および、第２の励起用ＬＤ群９ｂ−１、…、９ｂ−８が接続される。第１の励起用ＬＤ群７３ａ−１、…、７３ａ−８の波長は、それぞれ、１４２４、１４２８、１４３２、１４３６、１４４０、１４４４、１４４８、１４５２（単位ｎｍ）である。同様に、第２の励起用ＬＤ群７３ｂ−１、…、７３ｂ−８の波長も、それぞれ、１４２４、１４２８、１４３２、１４３６、１４４０、１４４４、１４４８、１４５２（単位ｎｍ）である。

励起用ＬＤ群７３ａ−1、…、７３ａ−８は、第１の偏波保持ファイバ群７４ａによって、および励起用ＬＤ群７３ｂ−1、…、７３ｂ−８の出力励起光は、第２の偏波保持ファイバ群７４ｂによって、それぞれ光回路７１に導かれる。励起用ＬＤ群７３ａ−1、…、７３ａ−８の励起光はＴＥ偏波となるように、かつ、励起用ＬＤ群７３ｂ−1、…、７３ｂ−８の励起光はＴＭ偏波となるように、偏波保持ファイバ群７４ａおよび偏波保持ファイバ群７４ｂは、相互に９０°異なる回転角で光回路７１へ接続される。

第１の励起用ＬＤ群７３ａ−1、…、７３ａ−８、および、第２の励起用ＬＤ群７３ｂ−1、…、７３ｂ−８から出力される、それぞれの励起光は、実施例１〜５のいずれかの構成の光回路を経由して、ＳＭＦ７０−１、・・・、７０−８へと入力される。

ＳＭＦ７０−１、・・・、７０−８は、図に示されない光ノード装置または光中継装置などと接続されている。これらの装置から送信された信号光７６−１、・・・、７６−８は、ＳＭＦを伝搬中に光回路７１から入力される励起光によりラマン増幅され、光回路７１の信号光出力ポート７５−１、・・・、７５−８からそれぞれ出力される。第１の励起用ＬＤ群および第２の励起用ＬＤ群から出力された励起光は、ＳＭＦ７０−１、・・、７０−Ｍへと８分岐されるため、図７の構成では、１つの励起光源から１つのＳＭＦまでの各経路において、原理的に９ｄＢの損失を有する。

図８は、実施例６のＦＲＡの透過特性を示す図である。図８に示した透過特性のうち「励起光」と示したグラフは、励起光源７３ａ−１とＳＭＦ７０−１の接続点との間、すなわちＡ−Ｃ点間の透過特性を示している。また、「信号光」と示したグラフは、ＳＭＦ７０−１の接続点と信号光７５−１の出力点との間、すなわちＣ−Ｂ点間の透過特性を示している。

励起光の透過特性は、１４２０〜１４６０ｎｍの波長帯域において損失９．５ｄＢ以下となっている。前述の光回路７１の原理損失９ｄＢを考慮すると、０．５ｄＢ以下の過剰損失で、励起光を伝送用ＳＭＦへの結合させることができている。一方、信号光の透過特性は、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域において損失０．５ｄＢ以下となっている。ＳＭＦでラマン増幅された信号光は、光回路７１内を十分に低い損失で透過することができる。他の励起光経路、信号光経路の透過特性も図８に示した特性とほぼ同じ特性が得られた。

第１の励起用ＬＤ群７３ａ−1、…、７３ａ−８、および、第２の励起用ＬＤ群７３ｂ−1、…、７３ｂ−８の各々の出力光パワーはほぼ等しく約３００ｍＷである。このとき、各ＳＭＦへ入力される励起光パワーは、約５４０ｍＷとなる。

図９は、実施例６のＦＲＡのオン・オフ利得特性を示す図である。上述の励起光パワーをＳＭＦ７０−１、・・・、７０−８へ入力したときのラマン増幅のオン・オフ利得を示している。本実施例で使用した８本のＳＭＦの損失特性はほぼ同じであったため、ＭＦ７０−１、・・・、７０−８のいずれにおいても、ほぼ同じラマン利得スペクトルが得られており、１５２０〜１５６５ｎｍの波長帯域において、１０ｄＢ以上のオン・オフ利得が得られている。

ここで励起光のパワーの観点から、本実施例の構成の場合と、図１０で示したような従来技術のＦＲＡ用の励起光源の構成で同様に８本の伝送用ＳＭＦへラマン増幅用の異なる波長の励起光を偏波合成して励起光を入力する場合とを比較して説明する。従来技術では伝送用ＳＭＦ７０−１、・・・、７０−８の１本あたりに８波の励起光用ＬＤを備える必要があった。さらに、ＤＯＰ改善のためにＴＥ偏波用およびＴＭ偏波用を備えることを考慮すれば、合計１６台の励起用ＬＤが必要となる。従って、８本の伝送用ＳＭＦに対しては、合計１２８台の励起用ＬＤが必要であった。

一方本実施例のＦＲＡの構成では、図７に示したように、第１の励起用ＬＤ群および第２の励起用ＬＤ群の合計１６台で済む。したがって、図７の構成のＦＲＡにおいて、励起光用ＬＤを実装する面積を大幅に削減できる。

図１０に示した従来技術の偏波合成および励起波長合波の透過特性が本実施例の構成と同様に０．５ｄＢ程度の過剰損失を含むものとすると、各励起用ＬＤの出力パワーは３００ｍＷ／８＝３７．５ｍＷ程度のもので良い。しかしながら、実際に励起光源として使用される半導体レーザは、非特許文献２にあるように、最低出力光パワーのものであっても２００ｍＷ前後の出力が得られるようになっている。従来技術の構成の光回路の場合、励起光源の最大出力光パワーを１８０ｍＷとすると、全励起用ＬＤの最大出力光パワー合計は約２３Ｗとなる。

一方、本実施例のＦＲＡの場合では、各励起用ＬＤは最大出力光パワーが３００ｍＷのものが必要となるが、従来技術の構成と比べて励起光源の数を大幅に減らすことができる。このため、励起光源としては、ファイバラマン利得を得るための必要最低限の所要励起光パワーを備えていれば良い。全励起用ＬＤの最大出力光パワー合計は約４．８（＝０．３×１６）Ｗで済むことになる。

また、励起光源における消費電力については、従来技術の光回路では、励起用ＬＤ １台あたり４．３Ｗ（半導体レーザ駆動のために０．３Ｗ、ＬＤチップ温度調整のために４Ｗ）が必要となり、全励起光源の合計消費電力は約５５０（４．３×１２８） Ｗであった。これに対し、本実施例の光回路の構成では、励起光源１台あたり７．５Ｗ（ＬＤ駆動のために１．５Ｗ、ＬＤチップ温度調整で６Ｗ）で、全励起光源の合計消費電力が約１２０（７．５×１６）Ｗとなる。従来技術の光回路の構成と比べて、励起光源における消費電力を７２％も大幅に減らすことができる。

上述のように、本実施例の光回路を用いたラマン増幅用励起光源は、励起光源のための実装面積および励起光源における消費電力を減らし、励起光源から供給される光パワーを効率的に利用することを可能にする。

なお、本実施例の光回路は、光カプラ、偏波合成器、ＷＤＭカプラをＰＬＣ上に作製した集積型光回路としているが、作製方法はこれに限られない。光ファイバや誘電体多層膜フィルタを用いたＭ×Ｎ光カプラ、偏波合成器、ＷＤＭカプラを使用しても同等の効果が得られる。

以上説明をしたように、本発明の光回路を用いたラマン増幅用励起光源は、励起光源を複数の伝送用ファイバまたはマルチコアファイバのコアで共用化して使用する。これによって、励起光源の実装面積および励起光源における消費電力を減らすと共に、励起光源から供給される光パワーを効率的に利用することができる。 励起光源装置のサイズおよび初期コストおよびランニングコストを削減することができる。

本発明は、一般的に光通信システムに利用することができる。特に、信号光を増幅する光増幅器に利用できる。

１、４０、６０、７１ 光回路
２ａ、２ｂ 励起光入力部
３ 光合分波器
４ 出力導波路
５−１、５−２、５−Ｍ 波長合成カプラ
６ 信号光出力部
７ 信号光入力部
８ａ、８ｂ 偏波保持ファイバ
９ａ、９ｂ、７３ａ−１〜７３ａ−８、７３ｂ−１〜７３ｂ−８、１０７〜１１０ 励起光源
１１−１〜１１−Ｍ、６７、５４−１〜５４−Ｍ、７６−１〜７６−Ｍ 信号光
３１ａ、３１ｂ、３２−１〜３２−Ｍ 合分岐部
５１ａ、５１ｂ、６３ 波長無依存カプラ
５２−１〜５２−Ｍ 偏波合成カプラ
６４ 遅延線
６５ １／２波長板
６６ 偏波合成器
７６−１〜７６−Ｍ、１０２ 伝送シングルモードファイバ
１０５、１０６ 偏波ビームスプリッタ

Claims (6)

1. 伝送線路を増幅媒体として用いる光ファイバ増幅器動作に使用される光回路において、
   ２つの入力部および２つの出力部を有する波長無依存カプラと、
   前記波長無依存カプラの一方の出力部からの合成出力が入力される偏波回転手段と、
   前記波長無依存カプラの他方の出力部からの合成出力が入力される遅延手段と、
   前記偏波回転手段からの出力および前記遅延線からの出力を合成する偏波合成器と、
   前記偏波合成器からの波長合成された励起光を増幅媒体である伝送線路に導き、前記伝送路において増幅された信号光を出力部へ導くＷＤＭカプラと
   を備えたことを特徴とする光回路。
2. 前記波長無依存カプラの前記一方の出力部と前記偏波合成器との間は、前記偏波回転手段をその経路の途中に置く第１の光導波路によって接続され、
   前記波長無依存カプラの前記他方の出力部と前記偏波合成器との間は、第２の光導波路によって接続され、
   前記２つの光導波路の長さの差によって前記遅延手段が構成され、前記前記２つの光導波路の長さの差は、前記波長無依存カプラの入力部に接続される光源からの光波のコヒーレンス長よりも十分に長いことを特徴とする請求項１に記載の光回路。
3. 前記２つの光導波路の長さの差は、コヒーレンス長の数倍程度であることを特徴とする請求項２に記載の光回路。
4. 前記波長無依存カプラおよび前記偏波合成器は、マッハ・ツェンダ干渉計型の光合成器であることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
5. 前記ＷＤＭカプラは、アレイ導波路格子またはラティスフィルタによる波長合成回路であることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
6. 偏波保持ファイバを介して、前記波長無依存カプラの前記２つの入力部へそれぞれ接続された２つの励起光源と、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の光回路と
   を備えたことを特徴とする光増幅器用励起光源。

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