JP2605684B2 - Optical amplifier - Google Patents

Optical amplifier

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JP2605684B2
JP2605684B2 JP27836485A JP27836485A JP2605684B2 JP 2605684 B2 JP2605684 B2 JP 2605684B2 JP 27836485 A JP27836485 A JP 27836485A JP 27836485 A JP27836485 A JP 27836485A JP 2605684 B2 JP2605684 B2 JP 2605684B2
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optical
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直也 逸見
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383Parallel arrangements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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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、光通信等で使用される光増幅器に関するも
のである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical amplifier used in optical communication and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光増幅器は、光前置増幅、光直接増幅中継器、光ブー
スタ等多様な用途を有している。従来、光増幅器として
は、誘電放出を利用した半導体レーザ増幅器や、ラマン
効果を利用したファイバーラマン増幅器などが考えられ
ていた。また増幅器の構造としては、内部に光周波数フ
ィルタを含まない進行波型と、光周波数フィルタを含む
共振器型の光増幅器が用いられていた。
Optical amplifiers have various uses such as optical preamplification, optical direct amplification repeaters, and optical boosters. Conventionally, as an optical amplifier, a semiconductor laser amplifier using dielectric emission and a fiber Raman amplifier using Raman effect have been considered. Further, as the structure of the amplifier, a traveling-wave type optical amplifier that does not include an optical frequency filter therein and a resonator-type optical amplifier that includes an optical frequency filter have been used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の光増幅器のうち前者の進行波型増幅器
は、飽和出力は大きいが伝送帯域程度の光フィルタを必
要とする欠点を有する。一方後者の共振器型は、光フィ
ルタを内蔵しているが、内部にパワーを蓄積するため飽
和パワーが小さくなる欠点を有する。またこの共振器型
には、透過光を出力として用いる透過型(電子通信学会
技術研究報告、OQE82−10,1982)と、反射光を出力とし
て用いる反射型の2つの型の増幅器が考えられている
が、このうち透過型は、入力側に戻る光パワーを有する
ため入力パワーを有効に利用していない欠点がある。こ
れに対し反射型は、増幅出力をすべて入力側に戻すので
入力パワーを有効に利用できる。しかし反射型では、入
力光と出力光を分離するためサーキュレータを必要と
し、高価となる上、挿入損失が大きくなる欠点を有す
る。
Among the above-mentioned conventional optical amplifiers, the former traveling-wave amplifier has a disadvantage that it has a large saturation output but requires an optical filter of about the transmission band. On the other hand, the latter resonator type has a built-in optical filter, but has a disadvantage that the saturation power is reduced because power is stored inside. There are two types of resonators: a transmission type using transmitted light as an output (IEICE Technical Report, OQE82-10, 1982) and a reflection type using reflected light as an output. However, among them, the transmission type has a drawback that the input power is not used effectively because it has the optical power returning to the input side. On the other hand, the reflection type returns all the amplified output to the input side, so that the input power can be used effectively. However, the reflection type requires a circulator to separate the input light and the output light, which is expensive, and has the drawback that the insertion loss increases.

本発明の目的は、共振器型でかつ反射型の増幅器が持
つ上記のような欠点、特に飽和出力、サーキュレータの
使用の問題を解決し、飽和出力の大きくし、サーキュレ
ータを用いることなく安価で、挿入損失の小さい光増幅
器を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of a resonator-type and reflection-type amplifier, in particular, to solve the problem of saturation output and the use of a circulator, to increase the saturation output, and to reduce the cost without using a circulator. An object of the present invention is to provide an optical amplifier having a small insertion loss.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の光増幅器は、複数の反射型光増幅器と、入力
光を2つ以上に分波して複数の前記反射型光増幅器に送
り前記反射型光増幅器からの増幅光が戻される方向性結
合器と、前記増幅光を位相整合して前記方向性結合器の
一出力端に前記増幅光の合波出力を生じさせるための位
相調整器とを含んで構成される。
An optical amplifier according to the present invention comprises: a plurality of reflection type optical amplifiers; and a directional coupling in which input light is split into two or more and sent to the plurality of reflection type optical amplifiers, and amplified light from the reflection type optical amplifier is returned. And a phase adjuster for phase-matching the amplified light to generate a combined output of the amplified light at one output terminal of the directional coupler.

〔作用〕[Action]

以下本発明の原理について、反射型光増幅器を2つ用
い、方向性結合器としてハーフミラーを用いた場合を例
として詳しく説明する。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described in detail with reference to an example in which two reflection optical amplifiers are used and a half mirror is used as a directional coupler.

第2図において、まず入力光30は入力端1より入力さ
れ、光分波器であるハーフミラー2により2分され、2
つの同一特性の反射型光増幅器5、6に入力される。反
射型光増幅器5、6に入力され増幅された光は、光路を
逆にたどってハーフミラー2により合波され出力端9に
出力される。この際、それぞれの反射型光増幅器5、6
から出力された光の位相を、位相整合器4を用いて出力
側9で同位相となるように調整してハーフミラー2に入
力させれば、光の干渉効果によりハーフミラー2の出力
端9でのみ反射型光増幅器5、6の出力和が得られ、入
力端1へは増幅出力は戻らないことになる。この結果、
この構成の光増幅器を用いると、増幅器を2つ用いてい
るので飽和出力を2倍にできるとともに、サーキュレー
タを用いずに入力光と出力光を分離できる。
In FIG. 2, first, an input light 30 is inputted from an input terminal 1 and is divided into two by a half mirror 2 which is an optical demultiplexer.
Are input to the reflection optical amplifiers 5 and 6 having the same characteristics. The light that has been input to and amplified by the reflection type optical amplifiers 5 and 6 reverses the optical path, is multiplexed by the half mirror 2, and is output to the output terminal 9. At this time, each of the reflection type optical amplifiers 5, 6
The phase of the light output from the half mirror 2 is adjusted by using the phase matching device 4 so that the phase is the same on the output side 9 and input to the half mirror 2. , The output sum of the reflection type optical amplifiers 5 and 6 is obtained, and the amplified output does not return to the input terminal 1. As a result,
When an optical amplifier having this configuration is used, the saturation output can be doubled because two amplifiers are used, and the input light and the output light can be separated without using a circulator.

〔実施例〕〔Example〕

次に図面を参照して本発明を説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の第1の実施例の構成図である。こ
の実施例の光増幅器は、第1、第2の反射型半導体レー
ザ増幅器5、6と第1、第2の温度コントローラ7、8
位相整合器4 および方向性結合器としてのハーフミ
ラー2で構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention. The optical amplifier of this embodiment comprises first and second reflective semiconductor laser amplifiers 5 and 6 and first and second temperature controllers 7 and 8.
It comprises a phase matching unit 4 and a half mirror 2 as a directional coupler.

次に、本実施例の動作と動作条件を第1図、第3図と
第4図を用いて説明する。400Mb/sのパルス信号で変調
された波長1.5μmの入力光30は入力端1より入力さ
れ、ハーフミラー2により2分された後、一方は直接、
半導体レーザ増幅器からなる第1の反射型光増幅器5に
入力され、他方は位相整合器4を通過した後に、半導体
レーザ増幅器からなる第2の反射型光増幅器6に入力さ
れる。ここで、半導体レーザ増幅器の共振周波数は第3
図に示すように増幅器の温度に依存するので、まずそれ
ぞれの反射型光増幅器5、6の増幅率が最大となる共振
周波数を、入力光の周波数に一致させるよう第1、第2
の温度コントローラ7、8を調整する。次に半導体レー
ザ増幅器の増幅率は、第4図に示すように注入電流に依
存するので、各増幅器5、6への注入電流を調節するこ
とで、増幅器の増幅率を調整しそれぞれの増幅器5、6
から出力側に得られる第1、第2の増幅出力32、34を同
一レベルとなるようにする。これらの調整を行なった
後、位相整合器4を用いて第2の増幅器6の出力光34の
位相を調節し出力端9側で得られるパワーが最大となる
ようにする。この際、反射型光増幅器5、6それぞれに
入力される光の光路差をなるべく小さくする。このよう
に調節を行なうと干渉効果により、出力側9で得られる
パワーを大きくできるとともに、入力側1への戻り光を
抑圧できる。
Next, the operation and operating conditions of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 4. FIG. An input light 30 having a wavelength of 1.5 μm modulated by a pulse signal of 400 Mb / s is input from an input terminal 1 and is divided into two by a half mirror 2.
The signal is input to a first reflection type optical amplifier 5 composed of a semiconductor laser amplifier, and the other is input to a second reflection type optical amplifier 6 composed of a semiconductor laser amplifier after passing through a phase matching device 4. Here, the resonance frequency of the semiconductor laser amplifier is the third
Since it depends on the temperature of the amplifier as shown in the figure, first, the first and second resonance frequencies at which the amplification factors of the respective reflection type optical amplifiers 5 and 6 become the same as the frequency of the input light.
Temperature controllers 7 and 8 are adjusted. Next, since the amplification factor of the semiconductor laser amplifier depends on the injection current as shown in FIG. 4, by adjusting the injection current to each of the amplifiers 5 and 6, the amplification factor of each amplifier is adjusted and each amplifier 5 is adjusted. , 6
, The first and second amplified outputs 32 and 34 obtained on the output side have the same level. After performing these adjustments, the phase of the output light 34 of the second amplifier 6 is adjusted using the phase matching device 4 so that the power obtained at the output terminal 9 side is maximized. At this time, the optical path difference of the light input to each of the reflection type optical amplifiers 5 and 6 is made as small as possible. By performing such adjustment, the power obtained at the output side 9 can be increased by the interference effect, and the return light to the input side 1 can be suppressed.

本実施例においては、第1、第2の反射型光増幅器
5、6は、AlGaAsP系の半導体レーザの端面をコーティ
ングしたものを使用しており、入射面反射率を数%と
し、裏面反射率をほぼ100%として、レーザ発振しきい
値以下で用いている。また、位相整合器4としてはLiNb
O3を使った導波路型の整合器を用いており、この結晶に
直流電圧を印加することで屈折率を変化させ、位相整合
している。本実施例では、飽和出力をほぼ3dB増加させ
られた。また入力側1への戻り光は、ほぼ増幅器の出す
自然放出光だけであり、入力光の増幅出力はほとんど得
られなかった。
In the present embodiment, the first and second reflection type optical amplifiers 5 and 6 use an AlGaAsP-based semiconductor laser whose end face is coated. Is set to almost 100% and is used below the laser oscillation threshold value. In addition, LiNb
A waveguide-type matching device using O3 is used, and a DC voltage is applied to the crystal to change the refractive index and perform phase matching. In this embodiment, the saturation output was increased by approximately 3 dB. Also, the return light to the input side 1 was almost only spontaneous emission light emitted from the amplifier, and almost no amplified output of the input light was obtained.

第5図は、本発明の第2の実施例の構成図である。こ
の実施例が第1の実施例と大きく異なる点は、第1の実
施例に示したような増幅器2組を結合させて高飽和出力
の反射型増幅器として動作させている点である。以下、
この実施例の動作と動作条件について詳しく説明する。
400Mb/sのパルス変調された波長1.5μmの入力光50は、
入力端10からファイバ2本を近接し加熱、伸延して得た
第1の方向性結合器11により2分され同様な製法の第
2、第3の方向性結合器12、13に入力される。ここで、
まず第2の方向性結合器12、第1、第2の反射型レーザ
増幅器15、16、第1の位相整合器23および第3の方向性
結合器13、第3、第4の反射型レーザ増幅器17、18、第
2の位相整合器24よりなる第1、第2の2組の光増幅器
40、41の調整をそれぞれ行なう。第1の実施例と同様に
反射型レーザ増幅器15〜18の共振周波数と増幅率は、温
度と注入電流によって行なう。位相整合器23、24の調節
は第1の実施例と異なり、入力側へ増幅出力がすべて戻
るよう方向性結合器12が接続する第1の出力端19および
方向性結合器13が接続する第2の出力端20で出力が最小
となるように調整する。このように調整すると、第1の
光増幅器40と第2の光増幅器41は、それぞれ1つの飽和
出力が2倍となった反射型増幅器とみなせる。さらに、
これら2組の光増幅器40、41の出力を、第3の位相整合
器25を用いて方向性結合器11が接続する出力端21で同位
相となるように調整する。このとき、出力端21では1つ
の反射型増幅器の飽和出力の4倍の出力を得ることがで
きる。さらに、入力側への戻り光も抑圧することができ
る。
FIG. 5 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention. This embodiment is significantly different from the first embodiment in that two sets of amplifiers as shown in the first embodiment are combined to operate as a high saturation output reflective amplifier. Less than,
The operation and operation conditions of this embodiment will be described in detail.
The input light 50 with a wavelength of 1.5 μm modulated by a 400 Mb / s pulse is
From the input end 10, two fibers are brought into close proximity, heated and stretched, and divided into two by a first directional coupler 11, which is input to second and third directional couplers 12, 13 of the same manufacturing method. . here,
First, the second directional coupler 12, the first and second reflection type laser amplifiers 15 and 16, the first phase matching unit 23 and the third directional coupler 13, the third and fourth reflection type lasers First and second two sets of optical amplifiers comprising amplifiers 17, 18, and a second phase matching unit 24
Adjust 40 and 41 respectively. As in the first embodiment, the resonance frequencies and the amplification factors of the reflection type laser amplifiers 15 to 18 are determined by the temperature and the injection current. The adjustment of the phase matching units 23 and 24 is different from that of the first embodiment, and the first output terminal 19 to which the directional coupler 12 is connected and the first output terminal 19 to which the directional coupler 13 is connected so that all amplified outputs return to the input side. The output is adjusted to be minimum at the output terminal 20 of the second. With this adjustment, the first optical amplifier 40 and the second optical amplifier 41 can be regarded as reflection amplifiers each having one saturation output doubled. further,
The outputs of these two sets of optical amplifiers 40 and 41 are adjusted using a third phase matching unit 25 so that they have the same phase at the output terminal 21 to which the directional coupler 11 is connected. At this time, the output terminal 21 can obtain an output four times the saturated output of one reflection amplifier. Further, light returning to the input side can also be suppressed.

本発明においては、以上の実施例の他にも様々な変形
例がある。例えば、半導体レーザ増幅器の代わりにファ
イバ・ラマン増幅器を使用することも可能である。また
位相整合器としては、圧電素子で媒体を圧縮することで
屈折率を変化させる方式のものを使用することもできる
し、方向性結合器としては、導波路型のものを用いるこ
ともできる。
In the present invention, there are various modified examples other than the above-described embodiment. For example, a fiber Raman amplifier can be used instead of a semiconductor laser amplifier. As the phase matching device, a type in which the refractive index is changed by compressing the medium with a piezoelectric element can be used, and a waveguide type device can be used as the directional coupler.

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、サーキュレータ
を用いることなく反射型光増幅器の入力と出力を分離で
きるとともに、飽和出力を大きくすることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the input and output of the reflection type optical amplifier can be separated without using a circulator, and the saturation output can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の第1の実施例の構成図、第2図は、
本発明の原理図、第3図は半導体レーザ増幅器の共振周
波数とレーザの温度の関係を表わした図、第4図は、半
導体レーザ増幅器の増幅率と注入電流値の関係を表わし
た図、第5図は本発明の第2の実施例の構成図である。 2……ハーフミラー、4、23、24、25……位相整合器、
5、6、15、16、17、18……反射型光増幅器、11、12、
13……方向性結合器
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency of the semiconductor laser amplifier and the temperature of the laser; FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amplification factor of the semiconductor laser amplifier and the injection current value; FIG. 5 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. 2, half mirrors, 4, 23, 24, 25 phase matchers
5, 6, 15, 16, 17, 18 ... Reflection type optical amplifier, 11, 12,
13 …… Directional coupler

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の反射型光増幅器と、入力光を2つ以
上に分波して複数の前記反射型光増幅器に送り前記反射
型光増幅器からの増幅光が戻される方向性結合器と、前
記増幅光を位相整合して前記方向性結合器の一出力端に
前記増幅光の合波出力を生じさせるための位相調整器と
を含むことを特徴とする光増幅器。
A plurality of reflection type optical amplifiers; a directional coupler for splitting input light into two or more light beams and sending the divided light beams to the plurality of reflection type optical amplifiers and returning amplified light from the reflection type optical amplifiers; A phase adjuster for phase-matching the amplified light to generate a combined output of the amplified light at one output terminal of the directional coupler.
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