JP2576381B2

JP2576381B2 - 光合波器

Info

Publication number: JP2576381B2
Application number: JP5239713A
Authority: JP
Inventors: 純横山
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JPH0792347A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ増幅器など
に用いられる光合波器の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】長距離伝送を行う光通信システムでは、
伝送路の途中に配置された光中継器や受信装置におい
て、伝送路で減衰した微弱な光信号を増幅する必要があ
る。近年、この増幅手段として、光信号を電気信号に変
換することなく、光信号のままで直接増幅する光光ファ
イバ増幅器が実用化されつつある。

【０００３】光ファイバ増幅器の構成例を図２に示す。
光ファイバ増幅器１０は、光アイソレータ１３、１７、
光分岐器１１、１８、光合波器１２、励起光源１４、光
増幅が行なわれる希土類イオン添加光ファイバ１６、モ
ニタフォトダイオード（モニタＰＤ）１３、１９から構
成されている。伝送路で減衰した波長λ₁の信号光Ｐ₁
は、光分岐器１１でモニタ光として一部の光Ｐ₂が分岐
されてモニタＰＤ１３に入力され、残りの光は光合波器
へと伝送され、励起光源１４から出力された波長λ₂の
励起光Ｐ₃と合波されて光Ｐ₄が出力される。光Ｐ₄は
さらにアイソレータ１５を通過し、増幅用希土類イオン
添加光ファイバ１６を伝送する。この間にもとの信号光
は光増幅され、光Ｐ₅となってアイソレータ１７を通過
する。この際、モニタ光として一部の光Ｐ₆は光分岐器
１８でモニタＰＤ１９に分岐され、残りの光Ｐ₇が光フ
ァイバ増幅器１０から出力される。ここで、通常伝送さ
れる信号光の波長λ₁に対して、励起光はこれとは異な
った波長λ₂の光が用いられる。例えば、光ファイバの
伝送損失が最も小さくなるλ₁＝１．５５μｍ帯の信号
光に対しては、希土類イオン添加光ファイバの増幅利得
が大きくなる波長λ₂が１．４８μｍや０．９８μｍの
励起光が用いられる。

【０００４】従来の光ファイバ増幅器では、入力された
信号光の一部をモニタＰＤに分岐する光分岐器と、励起
光源からの励起光を合波する光合波器は、図２に示され
るように個々に用いる構成が採られている。光分岐器と
光合波器を個々に用いた場合について、光分岐器と光合
波器のそれぞれの内部の構成について以下に説明する。

【０００５】図３は、従来の構成による光分岐器１７の
内部の構成を示す。光分岐器１１は、光分岐膜２２と反
射防止膜２３が両面にそれぞれ形成された光を透過させ
る基板２１と第１の光入出力端子２６、第２の光入出力
端子２７および第３の光入出力端子２８を備えている。
第１の光入出力端子２６から出力される波長λ₁の信号
光２４は、光分岐膜２２によって一部は反射して第２の
光入出力端子２７に、残りの光は第３の光入出力端子２
８に入力される。

【０００６】また、図４は、従来の構成による光合波器
１２の内部の構成を示す。光分岐器１２は、光合波膜３
３、反射防止膜３２が両面にそれぞれ形成された基板３
１と、第１の光入出力端子３６、第３の光入出力端子３
８および第４の光入出力端子３９を備えている。第１の
光入出力端子３６から出力された波長λ₁信号光３４
は、基板３１と光合波膜２６を透過して第３の光入出力
端子３８に入力される。一方、第４の光入出力端子３９
から出力された波長λ₂の励起光３５は、光合波膜３６
で反射されて第２の光入出力端子３７に入力される。こ
こで、基板としては、ＢＫ７ガラスや石英ガラスなどの
屈折率の波長依存性の小さいガラスが用いられ、光分岐
膜や光合波膜には、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂からなる多層膜
が一般的に用いられている。また、光入出力端子から出
力された光を他の光入出力端子に入力させるためには、
出力光を一端平行光にして、入力させる際に集光させる
必要があるため、各光入出力端子には、出力光を平行光
に、あるいは平行光を集光するための集光手段を備えて
いる。具体的には、光ファイバの端面近傍に非球面レン
ズや自己集束型ロッドレンズが配置されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の光分岐器と光合
波器を個々に構成する構成では、光ファイバ増幅器の構
成部品が多いため、全体が大きくなってしまうという欠
点がある。また、光入出力端子も合わせて６端子必要で
あり、各構成部品が多いという点からも、製造の面から
も高価になるという問題がある。さらに、光分岐器で光
分岐膜を透過させるために信号光を平行光にして集光
し、再び光合波器で光合波膜を透過させるために信号光
を平行光にして集光するため、信号光の光損失が大きく
なるという欠点もある。

【０００８】本発明の目的は、上述の問題を解決し、小
形、安価でしかも光損失の小さい光合波分波器を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の欠点を除去するた
めに、本発明の光合波分波器は、波長λ₁の光が入出力
される第１の光入出力端子と、第１の光入出力端子から
出力される波長λ₁の光の一部を透過させ、残りを反射
させる光分岐膜が片面に形成され、光分岐膜が形成され
た面とは反対の面に前記波長λ₁の光を透過させ、波長
λ₂の光を反射させる光合波膜が形成された光を透過さ
せる基板と、第１の光入出力端子から出力され、光分岐
膜で反射された波長λ₁の光が入力される第２の光入出
力端子と、光分岐膜と基板と光合波分波膜を透過した波
長λ₁の光が入力される第３の光入出力端子と、光合波
膜で反射して、第３の光入出力端子に光入力する位置に
配置された波長λ₂の光を出力する第４の光入出力端子
を備えていることを特徴としている。

【００１０】そして、第１の光入出力端子、第２の光入
出力端子、第３の光入出力端子、および第４の光入出力
端子は入出力光を集光する手段を備え、光透過基板の屈
折率をｎ、第４の光入出力端子から出力された波長λ_２
の光のビーム径をｗ、第４の光入出力端子から光透過基
板への入射角をθとしたとき、光透過基板の厚さｔが、

【００１１】

【００１２】を満たすことを特徴としている。

【００１３】本発明は、特に光を透過させる基板の片面
に光分岐膜を形成し、他の面に光合波膜を形成して、光
分岐器と光合波器を複合一体化することにより、小形化
を達成している。また、第１の光入出力端子から出力さ
れた信号光は、一枚の基板を透過するだけでモニタ側が
分岐されるとともに励起光が合波されるため、信号光の
光損失も従来の構成にくらべ小さくなるという効果も得
られる。さらに、光入出力端子数も少なくなり、その分
安価になるという効果も有している。

【００１４】ここで、上述のように、光分岐膜と光合波
膜を一枚の基板の両面にそれぞれ形成する場合、励起光
源側の光入出力端子から出力される波長λ₂の励起光
が、光合波膜ですべて反射されず一部が透過することが
ある。すると、基板を挟んで対抗する位置に配置された
モニタ側の光入出力端子に漏洩して入力され、本来受信
されるべき微弱な信号光に、強度の高い励起光の一部が
混じるため、モニタ光の雑音が大きくなり、十分なモニ
タができなくなることが生じ得る。そこで、本発明で
は、光分岐器と光合波器を複合一体化した場合でも、こ
のような問題が生じないように、基板の厚みを上式で規
定される厚さ以上にすることを特徴としている。すなわ
ち、基板を厚くすることによって、たとえ励起光の一部
が光分波膜を透過しても、基板を透過した光がモニタ側
の光入出力端子への光軸からずれるようにしている。

【００１５】

【実施例】次に図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の光合波分波器の構成図であ
る。

【００１６】図１に示す本発明の光合波器は、１．５５
μｍ帯の光通信システム用光増幅器に適用される光合波
器であり、入力される波長１．５５μｍの信号光の一部
をモニタＰＤに分岐し、残りの信号光に波長１．４８μ
ｍの励起光を合波する機能を有している。この光合波器
は、片面に光分岐膜２が形成され、他方の面に光合波膜
３が形成された基板１と、第１の光入出力端子、第２の
光入出力端子、第３の光入出力端子、第４の光入出力端
子の４つの光入出力端子から構成されている。光分岐膜
２は入射光の約９０％を透過させ、残り１０％を反射さ
せる特性を有しており、基板１に蒸着されたＴｉＯ₂と
ＳｉＯ₂からなる多層膜によって構成されている。ま
た、光合波膜３は、波長１．５５μｍの信号光を透過さ
せ、波長１．４８μｍの励起光を反射させる特性を有
し、光分岐膜２と同様、多層膜により構成される。な
お、基板１には、従来と同じＢＫ７ガラスが用いられて
いる。

【００１７】第１から第４までの各光入出力端子は、光
ファイバの端面が成端された光ファイバ端末と、光ファ
イバから出射される光を平行光にする非球面レンズから
なる。第１の光入出力端子６から出力される信号光４
は、光分岐膜２で約１０％の光が反射され、反射光は第
２の光入出力端子７に入力され、この光合波器の外部に
あるモニタＰＤに入力される。一方、光分岐膜２を透過
した残りの信号光は、基板１と光合波膜３を透過して、
第３の光入出力端子８に入力され、外部にある光増幅用
光ファイバに伝送される。

【００１８】一方、外部にある励起光源からの波長１．
４８μｍの励起光５は、第４の光入出力端末９から出力
され、光合波膜３で反射されて第４の光入出力端子に入
力される。第１の光入出力端子６から出力された信号光
４と合波され、光増幅用光ファイバに伝送される。

【００１９】ここで、通常、多層膜により形成される光
合波膜３の反射阻止域におけるアイソレーション（阻止
域減衰量）は２５ｄＢ程度しかない。すなわち、上述の
実施例においては、第４の光入出力端子９から出力され
た波長１．４８μｍの励起光５の９９％以上が光合波膜
３で反射されるが、０．２〜０．３％のわずかな光が光
合波膜３を透過することになり、基板１を挟んで対抗す
る位置に配置される第２の光入出力端子７に入力される
こととなる。信号光４から分岐されて、本来第２の光入
出力端子へ入力されるべきモニタ用の光は、伝送される
ことにより減衰した微弱な光であるのに対して、第３の
光入出力端子側から漏れる励起光５は非常に強度が大き
い。このため、わずかな割合の光でも第２の光入出力端
子７に入力されると、信号光４の正確なモニタを行うこ
とができなくなることがある。

【００２０】本発明の光合波器では、このような問題を
回避するために、基板１の厚みを以下に示す一定量以上
にして、光合波膜３を透過した光の光路を、本来の信号
光が第２の光入出力端子７に入力されるためにとる光路
からシフトさせる構成を採用している。すなわち、第２
の光入出力端子７へ入力される信号光４の光路からシフ
トされる励起光の光路の分離距離ｄは数１により表され
る。

【００２１】

【数１】ｄ＝２ｔ×ｃｏｓθ×ｔａｎ［ｓｉｎ^-1｛（ｓ
ｉｎθ）／ｎ｝］ｔ：基板１の厚さ θ：信号光あるいは励起光の基板への入射角ｎ：基板１の屈折率従って、仮に、信号光４および励起光５のビーム径を
０．５ｍｍ、基板１への入射角を４５度、基板１の屈折
率を１．５、基板１の板厚を１．５ｍｍとすると分離距
離は、ｄ＝１．１３ｍｍとなり、励起光５の光路を信号
光４の光路から十分に分離することができる。

【００２２】このような構成で、実際に本発明の光合波
器を作製し、第４の光入出力端子９から励起光を出力さ
せたところ、第２の光入出力端子７からは測定感度の範
囲内で励起光は全く検出されず、アイソレーションが８
０ｄＢ以上あることが確認された。従って、例えば、第
１の光入出力端子６から出力される信号光４の強度を−
２０ｄＢｍ、第４の光入出力端子９から出力される励起
光５の強度を＋１５ｄＢｍとすると、第２の光入出力端
子７に入力される信号光４の強度は、−３０ｄＢｍであ
るのに対して、励起光の強度は−６５ｄＢｍ以下となる
ので、励起光成分は信号光４のモニタに影響を与えない
ことになる。

【００２３】一般的には、光路をビームの半径よりも分
離すれば十分なアイソレーションを確保することができ
る。従って、数１より、基板１の厚さｔを数２

【数２】

【００２４】

【００２５】を満たすように設定すれば、励起光がモニ
タ側の光入出力端子に入力されるのを十分防ぐことがで
きる。

【００２６】このように、光分岐膜と光合波膜を同一の
基板の両面にそれぞれ形成し、光分岐膜が形成された側
で透過と反射により光を分岐し、光合波膜が形成されて
いる側で２つの異なる波長の光を合波する構成を採用す
ることにより、光分岐器と光合波器を複合一体化するこ
とができ、体積比で従来に半分以下に小型化することが
できる。しかも、第１の光入出力端子の光ファイバから
出射される信号光は非球面レンズで平行光にされ、光分
岐膜と光合波膜を一度に透過するため、従来の構成にく
らべ、光を平行光にしたり集光する回数が減り、基板の
透過回数も減るため、通過損失が低減されることにな
る。また、基板の端面には、反射防止膜が不要となる。
さらに、光入出力端子も従来にくらべ、６端子から４端
子に減るため、部品点数も減り、製造工程も簡略化され
る。

【００２７】ここで、基板の厚さをある一定値以上にし
て、励起光の漏れ光の光路が信号光のモニタ側への光路
からずらすことにより、一体化しても励起光がモニタ側
にもれないようにすることができ、信号光が励起光によ
って影響を受けることなくモニタされるようにすること
ができる。

【００２８】なお、上述の本発明の一実施例では、光分
岐膜は多層膜により形成されているが、これに限らず、
グレーティングなど別の手段を用いてもよい。また、光
分岐膜および光合波膜への入射角は４５度としたが、言
うまでもなく角度は自由に選定できる。この場合、入射
角を小さくし膜面に対して垂直に近くすれば、光合波膜
の波長合波分波特性を向上させることができる反面、光
入出力端子同士が近接することになり、全体の形状は複
雑になる。

【００２９】また、モニタ側の光入出力端子には、光フ
ァイバを介さずに直接モニタＰＤを配置してもよい。同
様に、励起光源側の光入出力端子に、光ファイバを介さ
ずに直接励起光源を配置してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光合波器に
よれば、光分岐器と光合波器を複合一体化することによ
り大幅に小型化でき、しかも、挿入損失も低減させるこ
とができるという効果を有する。さらに、部品点数も減
り、製造工程も簡略化されるという効果もあり、低価格
化に大きく寄与するという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光合波器の一実施例の構成図。

【図２】従来の光分岐器と光合波器により構成された光
ファイバ増幅器の構成図。

【図３】従来の光分岐器の構成図。

【図４】従来の光合波器の構成図。

【符号の説明】

１，２１，３１基板２，２２光分岐膜３，３３光合波膜４，２４，３４信号光５，３５励起光６，２６，３６第１の光入出力端子７，２７第２の光入出力端子８，２８，３８第３の光入出力端子９，３９第４の光入出力端子２３，３２反射防止膜１０光ファイバ増幅器１１，１８光分岐器１２光合波器１３，１９モニタＰＤ１４励起光源１５，１７光アイソレータ１６希土類イオン添加光ファイバ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】波長λ₁ の光が入出力される第１の光
入出力端子と、前記第１の光入出力端子から出力される波長λ₁ の光の
一部を透過させ、残りの光を反射させる光分岐膜が片面
に形成され、前記光分岐膜が形成された面とは反対の面
に前記波長λ₁ の光を透過させ、波長λ₂ の光を反射さ
せる光合波膜が形成された光を透過させる基板と、前記第１の光入出力端子から出力され、前記光分岐膜で
反射された波長λ₁ の光が入力される第２の光入出力端
子と、前記光分岐膜と前記基板と前記光合波膜を透過した波長
λ₁ の光が入力される第３の光入出力端子と、前記光合波膜で反射して、前記第３の光入出力端子に光
が入力される位置に配置された波長λ₂ の光を出力する
第４の光入出力端子を備え、前記基板は、前記基板の屈折率をｎ、第４の光入出力端子の出力光の
ビーム径をｗ、前記第４の光入出力端子から前記基板へ
の入射角をθとしたとき、前記光透過基板の厚さｔが、ｗｔ ≧───────────────────────── ｃｏｓθ×ｔａｎ［ｓｉｎ^ー ¹｛（ｓｉｎθ）／ｎ｝を満たすことを特徴とする光合波器。