JP2653912B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP2653912B2 JP31812990A JP31812990A JP2653912B2 JP 2653912 B2 JP2653912 B2 JP 2653912B2 JP 31812990 A JP31812990 A JP 31812990A JP 31812990 A JP31812990 A JP 31812990A JP 2653912 B2 JP2653912 B2 JP 2653912B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光アイソレータを用いた光増幅器の構成に関
するものである。
(従来の技術) 光ファイバ増幅器は、石英系光ファイバに希土類元素
の1つであるエルビウム(Er)をドープしたエルビウム
ドープファイバ(Er−doped Fiber)に、外部から適当
な波長の励起光を加えることによって該エルビウムドー
プドファイバに増幅作用をもたせ、信号光の増幅を行う
ものであり、光通信分野に広く応用されるものと期待さ
れている。
この光ファイバ増幅器は、基本的には第2図に示すよ
うに、励起光源3、光カブラや光合分波器などからなる
光合成器5、第1の光アイソレータ6、エルビウムドー
プドファイバ7、第2の光アイソレータ9から構成され
ている。
入力ポート1からの入力信号光2は、光合成器5によ
って励起光源3からの励起光4に重畳され、第1のアイ
ソレータ6を通過した後、エルビウムドープドファイバ
7に導かれて、増幅される。エルビウムドープドファイ
バ7にて増幅された信号光は第2の光アイソレータ9を
通過した後出力ポート8へと導かれる。
ここで、第1の光アイソレータ6、第2の光アイソレ
ータ9は光を片方向へは損失なく通すが、逆方向へは通
さない性質をもっている。光増幅器の入出力外部に光の
反射点があると(例えば光コネクタなどからの反射)、
反射光が発生して光増幅器に戻り、光増幅器はその戻り
光のために光の寄生発振を起しやすくなるので、光アイ
ソレータにより戻り光を吸収するものである。
光増幅器の出力側のみに光アイソレータを設置する例
もあるが、一般的には入出力外部に反射点が存在するこ
とから、光増幅器の入、出力部の双方に光アイソレータ
を挿入することが動作安定化の観点から最も望ましい。
第3図は、従来の光フアイバ増幅器の他の構成例であ
って、第2図に示すエルビウムドープドファイバ7の出
力側に第2の励起光源10と第2の光合成器11とを追加
し、光増幅度を高めたものであるが、第1の光アイソレ
ータ6、第2の光アイソレータ9の役目は第2図の場合
と同様である。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記構成の光増幅器では、1つの光増
幅器に2個の光アイソレータを必要とすること、そのた
めスペースがとられて光増幅器の小型化が図れないこ
と、更には非常に高価である光アイソレータを2個使用
するため光増幅器のコストが大になること等の欠点があ
った。
本発明は上記欠点を除去するためになされたものであ
って、1個の光アイソレータで2個分の光アイソレータ
の役目を果すように構成し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) 本発明は上記目的を達成するため、光増幅媒体と光ア
イソレータとを有し、入力する第1の光ビームと前記光
増幅媒体で増幅した第2の光ビームとを所定角度交差さ
せて前記光アイソレータを通過させ、前記第2の光ビー
ムを出力し、前記第1の光ビームを前記光増幅媒体に入
力するものである。
(作 用) 本発明に係る光増幅器では、入力する第1の光ビーム
を光アイソレータに通過させて光増幅媒体に入力し、光
増幅して第2の光ビームとして出力する。そして、前記
第2の光ビームを直接出力しないで再び前記光アイソレ
ータを通過させて出力する。
この場合、前記第1の光ビームと第2の光ビームとを
わずかに交差させて前記光アイソレータに同時に、独立
的に通すものである。これにより1個の光アイソレータ
で、前記光増幅媒体の入、出力側にそれぞれ設けられる
2個分の光アイソレータと同様の働をすることができ、
省スペース化、低コスト化を図ることができる。
(実施例) 一般に、光アイソレータは光ビームをその中心孔に通
過させるごとく用いられる。すなわち、第4図に示すよ
うに光ファイバ13からの光はレンズ14aにより平行光ビ
ームに変換され、光アイソレータ6の中心孔12をその孔
軸と平行に通過し、レンズ14bにより光ファイバ15に結
合される。この場合、前述の如く、光アイソレータ6の
アイソレータ効果により、光ファイバ13から15への方向
に光は結合するが、逆の方向には光は結合しない。
このように、通常の場合、光アイソレータの孔内を通
過する光ビームは、その孔軸と平行になるように設定さ
れるが、一定の範囲内であれば平行でなくても、光アイ
ソレータは機能する。この場合、光アイソレータのアイ
ソレーションピーク波長は光ビームが孔軸に平行である
場合に比べてわずかに異ってくるが、孔軸に対する光ビ
ーム角度がわずかであれば、上記のアイソレーションピ
ーク波長のずれもわずかであり、実質的には全く問題で
はない。
本発明はこの点に着目し、2つの光ビームをわずかに
交差させて1個の光アイソレータを通過させることによ
り、1個の光アイソレータを2つの光結合系に共用しよ
うとするものである。
第5図は本発明による光アイソレータの光ビームの結
合系を示す概略図である。第5図(a)は光アイソレー
タ6の中心孔12に2つの光ビーム16a,16bが、孔軸に対
してわずかな傾きをもって通過している様子を示してい
る。しかし、光アイソレータ6の入、出力側における光
ビーム16a,16bは相互に接近しており、その距離は極め
てわずかであるため、各々の光ビーム16a,16bを光ファ
イバ結合系へ結合するための空間が限られてしまう。
そこで、第5図(b)に示すように、光アイソレータ
6の入、出力側に略平行四辺形状のプリズム19a,19b,19
c,19dを挿入することにより、入、出力側における2つ
の光ビームの間隔を広げる。この構成の場合、入力側光
ファイバ17aからの光は出力側光ファイバ20bへ、入力側
光ファイバ17bからの光は出力側光ファイバ20aへ、それ
ぞれ独立に結合される。なお、18a,18b,18c,18dは結合
用レンズである。
第1図は、第5図(b)に示す光アイソレータの光ビ
ーム結合系を用いた光増幅器の第1の実施例を示す構成
図である。ここで、3は励起光源、5は光合成器、6は
光アイソレータ、7はエルビウムドープファイバであ
り、第2図に示す同番号のものと同様のものである。な
お、第5図(b)に示すプリズム19a,19b,19c,19d,結合
用レンズ18a,18b,18c,18d等は省略してある。
第1図において、入力ポート1からの入力信号光2
は、光合成器5により励起光源3からの励起光4と合波
され、光アイソレータ6の第1の光ビーム結合系に入射
される。光アイソレータ6を通過し、第1の光ビーム結
合系から出射された光はエルビウムドープファイバ7に
導かれ、ここで信号光は光増幅される。光増幅された信
号光は再び前記光アイソレータ6の第2の光ビーム結合
系に入射され、光アイソレータ6を経て出力ポート8へ
と出力される。
このように、本実施例によれば、光アイソレータ6は
エルビウムドープドファイバ6の入力側、出力側にそれ
ぞれ光アイソレータを挿入した場合の2個の光アイソレ
ータと同様の働きをする。
第6図は本発明の第2の実施例を示す構成図である。
本実施例は第1図に示す構成に光合成器21と励起光源22
を加えたものである。すなわち、エルビウムドープファ
イバ7の出力側と光アイソレータ6の第2の光ビーム結
合系の入力側との間に光合成器21を配して、励起光源22
の励起光を前記エルビウムドープファイバ7の出力側か
ら信号光の通過方向とは逆方向に結合するようにしたも
ので、いゆる双方向励起型光増幅器を構成するものであ
る。本実施例においても、光アイソレータ6は第1図の
場合と同様の動作を行う。
第7図は本発明の第3の実施例を示す構成図であっ
て、光合成器として干渉フイルタを使用したものであ
る。同図において、6は光アイソレータ、23a〜23fは結
合用レンズ、24は反射鏡、25は干渉フイルタであり、光
アイソレータ6は第5図に示す光アイソレータ系と同様
の構成を有するものとし、また干渉フイルタ25は光の波
長選択性を有して信号光波長に対しては透過し、励起光
波長に対しては反射する機能を有する。
まず、信号入力ポート1からの信号光2は結合用レン
ズ23aにより平行光ビームに変換され、干渉フイルタ24
を通過する。一方、励起ポート26からの励起光4は結合
用レンズ23bにより平行光ビームに変換され、反射鏡25
と干渉フイルタ24により反射される。干渉フイルタ24を
通過した前記信号光と干渉フイルタ24により反射された
前記励起光は光アイソレータ6の第1の光ビーム結合系
に入射され、アイソレータ6を通過後、結合用レンズ23
fによりエルビウムドープドファイバ7に結合され、こ
こで信号光は光増幅される。光増幅された信号光は結合
用レンズ23cにより平行光ビームに変換され、再び干渉
フイルタ24を通過し、光アイソレータ6の第2の光ビー
ム結合系を通って、結合用レンズ23eにより出力ポート
8に結合される。一方、第2の励起光27は結合用レンズ
23dにより平行光ビームに変換された後、反射鏡25と干
渉フイルタ24により反射され、結合用レンズ23cにより
エルビウムドープドファイバ7に逆方向に結合される。
これにより、両方向励起型光増幅器が構成されることに
なる。
本実施例においても、光アイソレータ6はエルビウム
ドープドファイバ7の入力側に挿入された光アイソレー
タとして、また出力側に挿入された光アイソレータとし
て動作する。本実施例の他のメリットアイソレータを形
成しているコリメータによる光ビームの中に干渉フイル
タを挿入しているので、励起光とエルビウムドープドフ
ァイバとの結合系損失が極めて小に実現できる。
第8図は本発明の第4の実施例を示す構成図である。
本実施例は励起光を前方のみから入力する場合である。
第9図は本発明の第5の実施例を示す構成図である。
本実施例も第4の実施例と同様、励起光を前方のみから
入力する場合であるが、エルビウムドープドファイバ7
に対する励起光の方向は逆となる。
第10図は、本発明の第6の実施例を示す構成図であっ
て、第7図に示す第3の実施例の励起光27を光アイソレ
ータ6を通過させたものであり、その等価回路を第11図
に示す。励起光源を保護すると共に光学安定動作用とし
て作用することが分かる。
なお、本発明は光ファイバ増幅器に限定されるもので
はなく、半導体レーザ型増幅素子を用いた光増幅器にも
適用することができる。
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように本発明によれば、1個の
光アイソレータに2つの独立の光ビーム結合系を構成し
ているので、光増幅素子の入力側と出力側の双方に、本
来必要とされる光アイソレータを1個のアイソレータで
カバーすることができる。
これにより、高価な光アイソレータが1個となり、光
増幅器の低価格化が図れると共に、省スペース化を図る
ことができる。
また、光アイソレータの光ビーム結合系中に励起光合
成用の光バルク素子(例えば干渉フイルタ)を挿入する
ことで、過剰損失の少ない光ビーム結合系が達成でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す構成図、第2図は
従来の光ファイバ増幅器(1)の構成図、第3図は従来
の光ファイバ増幅器(2)の構成図、第4図は従来の光
アイソレータの光ビーム結合系を示す図、第5図は本発
明による光アイソレータの光ビーム結合系を示す図、第
6図は本発明の第2の実施例を示す構成図、第7図は本
発明の第3の実施例を示す構成図、第8図は本発明の第
4の実施例を示す構成図、第9図は本発明の第5の実施
例を示す構成図、第10図は本発明の第6の実施例を示す
構成図、第11図は第10図の等価回路である。 1……入力ポート、3,22……励起光源、5,21……光合成
器、6……光アイソレータ、7……エルビウムドープド
ファイバ、8……出力ポート、23a〜23d……結合用レン
ズ、24……干渉フイルタ、25a,25b……反射鏡、26……
励起ポート。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光増幅媒体と光アイソレータとを有し、 入力する第1の光ビームと前記光増幅媒体で増幅した第
    2の光ビームとを所定角度交差させて前記光アイソレー
    タを通過させ、前記第2の光ビームを出力し、前記第1
    の光ビームを前記光増幅媒体に入力することを特徴とす
    る光増幅器。
  2. 【請求項2】前記光アイソレータの入力側と出力側に前
    記第1の光ビームと第2の光ビームの光路をそれぞれ変
    換する略平行四辺形のプリズムを設け、 前記光アイソレータの入力側と出力側における前記第1
    の光ビームと第2の光ビームの間隔を広げたことを特徴
    とする請求項1記載の光増幅器。
  3. 【請求項3】前記光増幅媒体が半導体レーザ型増幅素子
    であることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
  4. 【請求項4】前記光増幅媒体はエルビウムドープドファ
    イバであって、 前記光アイソレータの入力側に前記第1の光ビームと第
    1の励起光を同一方向に合波する第1の光合成器と、 前記エルビウムドープドファイバの出力側に前記第2の
    光ビームと第2の励起光を逆方向に合波する第2の光合
    成器とを設けたことを特徴とする請求項1記載の光増幅
    器。
  5. 【請求項5】前記光増幅媒体はエルビウムドープドファ
    イバであって、 前記光アイソレータの入力側に前記第1の光ビームと第
    2の光ビームとを透過し、第1の励起光と第2の励起光
    とを反射する干渉フイルタを設け、 透過後の第1の光ビームと反射後の第1の励起光とを同
    一方向に合波し、透過前の第2の光ビームと反射後の第
    2の励起光とを逆方向に合波することを特徴とする請求
    項1記載の光増幅器。
  6. 【請求項6】前記光増幅媒体はエルビウムドープドファ
    イバであって、 前記光アイソレータの入力側に前記第1の光ビームと第
    2の光ビームとを透過し、励起光を反射する干渉フイル
    タを設け、 透過後の第1の光ビームと反射後の前記励起光とを同一
    方向に合波することを特徴とする請求項1記載の光増幅
    器。
  7. 【請求項7】前記光増幅媒体はエルビウムドープドファ
    イバであって、 前記光アイソレータの入力側に前記第1の光ビームと第
    2の光ビームとを透過し、励起光を反射する干渉フイル
    タを設け、 透過前の第2の光ビームと反射後の前記励起光とを逆方
    向に合波することを特徴とする請求項1記載の光増幅
    器。
  8. 【請求項8】前記干渉フイルタで反射される第2の励起
    光は、前記第1の光ビームと第2の光ビームと所定角度
    交差させて前記光アイソレータを通過させたものである
    ことを特徴とする請求項5記載の光増幅器。
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WO2003009436A1 (fr) * 2001-07-18 2003-01-30 Oyokoden Lab Co., Ltd. Procede de couplage optique a excitation par la sortie, et coupleur optique a excitation par la sortie utilisant le procede

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