JP2532721B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP2532721B2 JP2133864A JP13386490A JP2532721B2 JP 2532721 B2 JP2532721 B2 JP 2532721B2 JP 2133864 A JP2133864 A JP 2133864A JP 13386490 A JP13386490 A JP 13386490A JP 2532721 B2 JP2532721 B2 JP 2532721B2
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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、光ファイバ中を伝送する信号光をそのまま
の状態で効率良く増幅し得る光増幅器に関する。
<従来の技術> 光ファイバを用いた長距離の光通信を行う場合、この
光ファイバ中を伝搬する信号光の減衰を考慮して、一定
距離毎に中継器を介装し、信号光を電気的に増幅させる
ようにしている。
近年、エルビウム等の稀土類元素を添加した光ファイ
バが、光の増幅機能を持つことが発見され、このような
光の増幅機能を有する光ファイバを用い、簡単な構造の
中継器により長距離の光通信を実現させることが研究さ
れている。
従来から知られている光増幅器の一例の概念を表す第
3図に示すように、励起光源1から発振する励起光BP
光結合器2を介してエルビウム等の稀土類元素を添加し
た光ファイバ3の一端側から入射させ、これにより光フ
ァイバ3を励起状態にする一方、信号光BSを光結合器2
を介して光ファイバ3の一端側から前記励起光BPと共に
入射させ、光ファイバ3内にて励起光BPの電力を信号光
BSに移動させることにより、光ファイバ3の他端側から
射出する信号光BSの増幅を行っている。なお、光ファイ
バ3の両端部には励起光BP及び信号光BSの進行方向に対
して逆方向からの入射光束をカットする光アイソレータ
4,5がそれぞれ介装され、励起光源1への迷光の侵入を
防止している。
この第3図に示す光増幅器は、光ファイバ3内での励
起光BPと信号光BSとの進行方向を同じに設定した順方向
励起のものであるが、光ファイバ3内での励起光BPと信
号光BSとの進行方向が逆方向となる逆方向励起としても
同様である。このような従来の光増幅器の他の一例の概
念を表す第4図に示すように、信号光BSを光アイソレー
タ6を介して光ファイバ3の一端側から入射させる一
方、励起光源1からの励起光BPを光結合器2を介して光
ファイバ3の他端側から入射させ、これによって増幅す
信号光BSを光結合器2側から取り出すのである。この場
合には、光アイソレータ6が一つで済み、光回路をより
簡単に構成することができる。
又、更に別な従来の光増幅器の一例を表す第5図に示
すように、光ファイバ1の両側に光結合器2,7を接続
し、二つの励起光源1,8からの励起光BPをこれら光結合
器2,7を介して光ファイバ3の両側から逆向きに入射さ
せる一方、光ファイバ3の一端側から光結合器2を介し
て信号光BSを入射させ、この光ファイバ3内にて増幅し
た信号光BSを光結合器7側から取り出すようにしたもの
も知られている。この場合、光ファイバ3の一端側と光
結合器2との間か、或いは光ファイバ3の他端側と光結
合器7との間に光アイソレータが介装される(図示した
ものは、光ファイバ3の一端側と光結合器2との間に光
アイソレータ4を介装している)。
この他、自然放出光等の雑音を排除して増幅特性を改
善するため、第5図に示す光増幅器での光ファイバ3を
途中で二つに分け、ここに信号光BSを選択的に通過させ
る干渉フィルタ等のノイズカットフィルタを介装したも
のも提案されている。
<発明が解決しようとする課題> 第3図〜第5図に示した従来の光増幅器は、この光増
幅器としての安定性を維持するため、いずれも光ファイ
バ3の両端部に光アイソレータ4〜6や光結合器2,7等
の光部品を融着接続している。従って、この光増幅器を
例えば中継器等に実装する際には、光ファイバ3のねじ
り剛性や曲がりくせ等により、融着接続部分を含めた収
納作業性が極端に悪く、実装上の大きな制約となってい
る。
又、第3図に示した光増幅器の場合、光ファイバ3の
他端側での励起光BPの電力が不足気味となるため、光フ
ァイバ3を充分な長さに設定することが困難であり、増
幅特性や雑音特性等の点で問題があった。同様に、第4
図に示した光増幅器の場合には、光ファイバ3の一端側
での励起光BPの電力が不足気味となるため、光ファイバ
3を充分な長さに設定することが困難であり、増幅特性
や雑音特性等の点で問題があった。
これに対し、第5図に示す光増幅器の場合には、光フ
ァイバ3の両側から励起光BPを入射させていることか
ら、上述したような不具合を解消できるものの、当然の
ことであるが二組の励起光源1,8や光結合器2,7を用意し
なければならず、コスト及び信頼性の点で問題がある。
一方、光ファイバ3の途中にノイズカットフィルタを
介装したものは、このノイズカットフィルタを挾んで一
対のコリメート光学系を配置する必要があり、これらコ
リメート光学系による損失の増大を避けることが困難で
ある。しかも、コスト及び信頼性等の問題の他に光学系
の調整作業が非常に面倒となる欠点を有する。
<発明の目的> 本発明は、簡単な構成で効率良く信号光を増幅できる
と共に実装性に優れた光増幅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> 第一番目の本発明による光増幅器は、励起光を発振す
る励起光源と、前記励起光によって信号光を増幅し得る
増幅用光ファイバと、この増幅用光ファイバの一端側に
設けられて前記励起光源からの励起光と前記信号光とを
当該増幅用光ファイバ内に導く光結合器と、前記増幅用
光ファイバの他端側に設けられて少なくとも前記信号光
をこの増幅用光ファイバの一端側へ反射させる光反射手
段と、前記光結合器に連結されて前記増幅用光ファイバ
に送り込む信号光と前記光反射手段にて反射した増幅状
態の前記信号光とを分離する光サーキュレータとを具え
たものである。
又、第二番目の本発明による光増幅器は、第一番目の
本発明による光増幅機の構成に加えて、光反射手段によ
り前記励起光源側へ戻る前記励起光をカットする光アイ
ソレータを具えたものである。
<作用> 励起光源からの励起光が光結合器を介して増幅用光フ
ァイバの一端側から入射し、この増幅用光ファイバを励
起させる。信号光は光サーキュレータから光結合器を介
して増幅用光ファイバの一端側に励起光と共に入射し、
増幅用光ファイバの他端側に設けられた光反射手段によ
り、再び光ファイバの一端側へ戻される。この間に、増
幅用光ファイバ内にて励起光の電力が信号光に移動し、
この信号光が増幅される。そして、光結合器から光サー
キュレータを介してこの増幅された信号光が取り出され
る。
<実施例> 本発明による光増幅器の一実施例を概念を表す第1図
に示すように、光サーキュレータ11には図示しない信号
光源から出力される信号光BSが送り込まれる入力ポート
12と、この入力ポート12からの信号光BSが導かれると共
に光結合器13が接続する接続ポート14と、光結合器13を
介してこの接続ポート14から逆向きに送り込まれる増幅
状態の信号光BSを出力する出力ポート15とが形成されて
いる。この光サーキュレータ11の接続ポート14からの前
記信号光BSを増幅用光ファイバ16の一端側に送り込む前
記光結合器13には、例えば1.48μmの波長の励起光BP
発振する励起光源17も接続し、この光結合器14によって
信号光BSと同時に励起光BPが増幅用光ファイバ16の一端
側に送り込まれる。
前記増幅用光ファイバ16は、エルビウム等の稀土類元
素を添加したものであり、励起光BPの伝搬に伴う励起状
態にて信号光BSを増幅する機能を持つ。
一方、増幅用光ファイバ16の他端側には、ここから射
出する信号光BS及び励起光BPを平行光束に変換するコリ
メート光学系18と、この平行光束をコリメート光学系18
を介して再び増幅用光ファイバ16の他端側から入射させ
るための反射光学系19とが本発明の光反射手段として設
けられている。
本実施例の反射光学系19は、信号光BSのみ反射して励
起光BPや自然放出光を透過させる波長選択性を有する、
例えばダイクロイックミラー等を採用し、これによって
自然放出光等のノイズをカットして増幅特性を改善する
と共に励起光BPが励起光源17側に戻ってしまうことによ
る不具合を防止している。但し、増幅用光ファイバ16の
長さや励起光BPの出力等を適当に設定することによっ
て、この励起光BPが励起光源17側に戻る虞がないような
場合には、信号光BS及び励起光BPのみ反射すると共に自
然放出光を透過させるような反射光学系19を用いること
ができる。この場合には、反射後の励起光BPも信号光BS
の増幅に利用できるため、励起光BPの使用効率が大幅に
改善される。
従って、信号光BSが増幅用光ファイバ16内を往復する
間に、励起光BPの電力がこの信号光BSに移動し、増幅さ
れた状態の信号光BSが光結合器13を介して光サーキュレ
ータ11の出力ポート15から出力される。
この場合、増幅用光ファイバ16の一端側に設けられる
光サーキュレータ11は、信号光BSが閉ループを構成する
のを完全に防ぐため、この信号光BSが発振してしまうよ
うな可能性はほとんどない。又、増幅用光ファイバ16の
往路(図中、左側から右側)では励起光BPの大部分と信
号光BSの進行方向とが同一な順方向励起により雑音特性
に優れた増幅を受け、復路では励起光BPの大部分と信号
光BSの進行方向とが反対の逆方向励起により出力飽和特
性に優れた増幅を受けるため、前置増幅や電力増幅とし
て好適な構成となる。
上述した第1図に示す実施例では、光反射手段として
コリメート光学系18と反射光学系19とを用いたが、増幅
用光ファイバ16の他端面の全反射処理による光反射手段
を採用することも当然可能である。
このような本発明による光増幅器の他の一実施例の概
念を第2図に示すが、先の実施例と同一機能の部材に
は、これと同一の符号を記して説明を省略する。本実施
例では、増幅用光ファイバ16の他端面に信号光BS及び励
起光BPのみ反射してノイズとなる自然放出光を透過させ
る波長選択性のダイクロイックミラーコーティング20が
施されている。又、光結合器13と励起光源17との間に
は、光アイソレータ21が介装されており、ダイクロイッ
クミラーコーティング20による光結合器13から励起光源
17側への励起光BPの戻りをこの光アイソレータ21によっ
て防止している。
なお、波形依存性を有する光アイソレータ21を用いる
場合には、光結合器13と増幅用光ファイバ16との間にこ
の光アイソレータ21を介装することも可能である。
従って、本実施例では増幅用光ファイバ16の他端側に
特別な光学系を組つける必要が全くなく、この光増幅器
を中継器等に実装する場合、増幅用光ファイバ16の他端
側が完全に自由状態となっているため、収納作業性が格
段に向上する。しかも、光アイソレータ21を組付けるこ
とにより、ダイクロイックミラーコーティング20によっ
て励起光源17側へ戻る励起光BPの悪影響を未然に防止し
たので、増幅用光ファイバ16の長さや励起光BPの出力等
を自由に設定することが可能となり、信号光BSを大きく
増幅させることができる。
<発明の効果> 本発明の光増幅器によると、増幅用光ファイバの一端
側に光反射手段を設け、信号光がこの増幅用光ファイバ
中を往復するようにしたので、励起光を有効に使うこと
ができる。特に、励起光をも増幅用光ファイバ中を往復
させるようにした場合には、この励起光の利用効率を大
幅に向上させることができる。しかも、光反射手段によ
りノイズとなる自然放出光が増幅用光ファイバ中に戻ら
ないようにすることも可能であり、雑音特性に優れた光
増幅器を得ることができる。
又、光反射手段が増幅用光ファイバの他端面に形成し
た全反射処理の場合には、特別な光学系をこの増幅用光
ファイバの他端部に接続する必要が全くなく、実装性を
格段に向上させることが可能な上、部品点数の削減に伴
う小型化及び信頼性の向上を企図し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光増幅器の一実施例の概略構成を
表す概念図、第2図は他の一実施例の概念図であり、第
3図〜第5図は従来の光増幅器の一例をそれぞれ表す概
念図である。 又、図中の符号で11は光サーキュレータ、13は光結合
器、16は増幅用光ファイバ、17は励起光源、18はコリメ
ート光学系、19は反射光学系、20はダイクロイックミラ
ーコーティング、21は光アイソレータである。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】励起光を発振する励起光源と、前記励起光
    によって信号光を増幅し得る増幅用光ファイバと、この
    増幅用光ファイバの一端側に設けられて前記励起光源か
    らの励起光と前記信号光とを当該増幅用光ファイバ内に
    導く光結合器と、前記増幅用光ファイバの他端側に設け
    られて少なくとも前記信号光をこの増幅用光ファイバの
    一端側へ反射させる光反射手段と、前記光結合器に連結
    されて前記増幅用光ファイバに送り込む信号光と前記光
    反射手段にて反射した増幅状態の前記信号光とを分離す
    る光サーキュレータとを具えた光増幅器。
  2. 【請求項2】励起光を発振する励起光源と、前記励起光
    によって信号光を増幅し得る増幅用光ファイバと、この
    増幅用光ファイバの一端側に設けられて前記励起光源か
    らの励起光と前記信号光とを当該増幅用光ファイバ内に
    導く光結合器と、前記増幅用光ファイバの他端側に設け
    られて少なくとも前記信号光をこの増幅用光ファイバの
    一端側へ反射させる光反射手段と、この光反射手段によ
    り前記励起光源側へ戻る前記励起光をカットする光アイ
    ソレータと、前記光結合器に連結されて前記増幅用光フ
    ァイバに送り込む信号光と前記光反射手段にて反射した
    増幅状態の前記信号光とを分離する光サーキュレータと
    を具えた光増幅器。
  3. 【請求項3】光反射手段が増幅用光ファイバの他端面に
    形成した全反射処理であることを特徴とする請求項
    (1)又は(2)に記載した光増幅器。
  4. 【請求項4】光反射手段は、増幅用光ファイバの他端面
    から射出する励起光及び信号光を平行光束に変換するコ
    リメート光学系と、このコリメート光学系側へ前記平行
    光束を戻す全反射鏡とを有することを特徴とする請求項
    (1)又は(2)に記載した光増幅器。
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