JP2677006B2 - 光増幅器および光伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光通信において使用される光増幅器及び光
伝送装置に関する。

従来の技術 近年、光伝送方式の高速大容量化にともない波長多重
光通信や光増幅技術が盛んに研究されている。波長多重
光通信は波長の異なる信号光を用いて１本の光ファイバ
ーに複数の信号を伝送する方式であり、また光増幅はフ
ァイバー伝送中に減衰した光信号を光のままで増幅する
ものである。光増幅においては波長多重された光信号を
一括して増幅できる。光増幅器の構成を第13図に示す。
入力ファイバーから入射した信号光はレンズ12を介して
半導体レーザ素子14に結合される。半導体レーザ素子14
の両端面は反射防止膜や窓構造によって端面反射率が抑
えられており、注入電流により励起状態にある。この半
導体レーザ素子14に光が入射されると他端より増幅され
た光が出射される（例えば、電子通信学会技術研究報告
OQE−114,23ページ,1986年 斉藤その他）。

発明が解決しようとする課題 現在、光通信を行なう波長帯は分散の０となる1.3μ
ｍ帯と伝送損失が最小になる1.55μｍ帯が使用されてい
る。波長と光ファイバーの伝送損失と波長の関係を第14
図に示す。ファイバーでの損失は短波長側ではレーレ散
乱、長波長側では赤外吸収に起因する。1.55μｍにおい
て最小となるのである。他方、光増幅器に使用される半
導体レーザ素子はその利得が第15図に示されるようにあ
る波長を中心に放物曲線を描く。伝送信号光の波長が単
一波長であれば半導体レーザ素子14の利得中心波長をフ
ァイバー損失が最小である1.55μｍに設定しておけば光
の増幅効果を最大に利用できるため中継距離を長くする
ことができる。しかし、波長多重した信号光を増幅した
場合、半導体レーザ素子14の利得特性に大きな波長依存
性があるために利得中心波長からずれると増幅度が低下
し、増幅された信号光において波長ごとに信号レベルが
ばらついてしまい、中継可能な伝送距離が異なってしま
いシステム設計に制約が出る。また光ファイバーの伝送
損失においても波長依存性があるため、第16図，第17図
に示されるように信号レベル差は強調される。従ってこ
のような光増幅器を多段に接続すると受信部での各波長
ごとの信号強度差が著しく拡大されてしまう。

本発明は上記課題に鑑み、広い波長範囲にわたって信
号レベルを一定に保ち、光伝送する光増幅器及び光伝送
装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の光増幅器は半導体
レーザ素子の利得中心波長が波長1.55μｍよりも長波長
または短波長側にずらすものである。

半導体レーザ素子の利得中心波長が波長1.3μｍより
も短波長側にずらすものである。

二個の半導体レーザ素子で利得中心波長が波長1.55μ
ｍよりも長いものと短いものの組合せで構成するもので
ある。

レーザ素子が量子井戸構造を有し利得曲線が中心波長
に対し双峰にしたもの。

結合レンズの波長分散により色収差を与え半導体レー
ザ素子の利得中心波長よりも長波長もしくは短波長側に
おいて結合効率を最大としたもの。

結合ホログラムレンズのパターンに色収差を与え半導
体レーザ素子の利得中心波長の長波長及び短波長側にお
いて結合効率を最大とし利得中心波長において結合効率
を低下させたもの。

光学フィルターにより利得中心波長を減衰させたも
の。

また光伝送装置において光増幅器の利得を光ファイバ
ーの最小損失波長領域において減少させたもの。

作用 本発明は上記した構成によって特定の波長範囲にわた
って信号光レベルを一定に保ち、光伝送する光増幅器及
び光伝送装置を提供するものである。

実施例 以下、本発明の光増幅器と光伝送装置の一実施例につ
いて図面を参照しながら説明する。第１図は本発明にお
ける一実施例における光増幅器の構成を示すものであ
る。１は入力用ファイバー、２は結合レンズ、３は半導
体レーザ素子、４は結合レンズである。半導体レーザ素
子３はその利得中心波長が1.55μｍよりも長波長または
短波長側にある。光増幅器の利得と光ファイバー伝送に
よる損失とを併せて考慮した波長特性は第２図に示され
るようになる。光増幅器の利得中心波長を1.55μｍから
ずらすことによって、1.55μｍから長波長または短波長
側において平坦な波長増幅特性が得られる。

第二の実施例においては第１図の半導体レーザ素子３
の利得中心波長を1.3μｍよりも短波長側に設定したも
のである。このときの波長特性は第３図に示されように
波長特性が平坦化される。

第４図は第３の一実施例である。入射した光は半導体
レーザ素子31と32により二段増幅される。半導体レーザ
素子31と32の波長利得特性はれぞれ1.55μｍの長波長と
短波長側にある。従って、波長特性は第５図に示される
ように1.55μｍを中心として平坦化される。

第４の一実施例は半導体レーザ素子３に量子井戸型構
造をもたしたものである。量子井戸型構造の半導体レー
ザ素子はその利得特性が第６図に示されるように双峰的
になるためファイバーの伝送ロスと組み合わすと波長特
性が1.55μｍを中心として平坦化される。

第５の一実施例は第１図において結合レンズ４または
２のガラス材料が有する波長分散特性により色収差を発
生させ半導体レーザ素子３の利得中心波長の長波長また
は短波長において合焦し、半導体レーザ素子３の出力が
最大に出力ファイバー５に結合し、利得中心波長では色
収差の発生によりボケが生じ、結合損失を発生させるも
のである。従って、第７図に示されるようにレンズ４ま
たは２の結合損失と半導体レーザ素子３の利得特性の組
合せにより波長特性を平坦化できる。

第６の一実施例を第８図に示す。41は結合ホログラム
レンズであり、半導体レーザ素子43の利得中心波長の長
波長及び短波長側において合焦し、半導体レーザ素子43
の出力が最大に出力ファイバー45に結合し、利得中心波
長では収差の発生によりボケが生じ、結合損失を発生さ
せたものである。従って、第９図に示されるようにレン
ズ41の結合損失と半導体レーザ素子43の利得特性の組合
せにより波長特性を平坦化できる。

第７の一実施例を第10図に示す。58は光フィルターで
あり、半導体レーザ素子53の利得中心波長において所定
の透過率が与えられており半導体レーザ素子53の最大利
得波長の光の一部を吸収または反射させて最大利得を減
少させる。半導体レーザ素子53の利得と光フィルター58
の波長特性並びに合成波長特性を第11図に示す。また、
光フィルターの代わりとして結合レンズ52にコーティン
グを施してもよい。

第12図に本発明の光伝送装置を示す。波長の異なる信
号光源21と光ファイバー22と光増幅器23と光受信機24か
ら構成されており、信号光源21からでた各波長の光は合
波器または光カップラー25によって１本のファイバー22
に結合される。ファイバーを伝送されると信号光はファ
イバーの伝送特性にしたがって強度が減衰する。減衰し
た波長多重信号光は光増幅器23によって増幅される。光
増幅器は上記の手段によって増幅利得特性が波長範囲に
おいて平坦化したものであるため、第18図に示すように
増幅された出力光は各波長においてその強度がほぼ等し
く増幅されている。従って、光増幅器を多段に接続した
後、光受信機24で受信される信号の各波長における信号
光強度はばらつきが小さい。

発明の効果 以上のように本発明は光増幅器は半導体レーザ素子の
利得中心波長が波長1.55μｍよりも長波長または短波長
側にずらすことにより波長1.55μｍよりも長波長または
短波長側において波長特性を平坦化される。

半導体レーザ素子の利得中心波長が波長1.3μｍより
も短波長側にずらすことにより波長特性を平坦化するも
のである。

二個の半導体レーザ素子で利得中心波長が波長1.55μ
ｍよりも長いものと短いものの組合せで構成することに
より波長特性を平坦化するものである。

レーザ素子が量子井戸構造を有し利得曲線が中心波長
に対し双峰性にすることにより波長特性を平坦化するも
のである。

結合レンズの波長分散により色収差を与え半導体レー
ザ素子の利得中心波長よりも長波長もしくは短波長側に
おいて結合効率を最大とし、利得中心波長よりも長波長
または短波長側において波長特性を平坦化するものであ
る。

結合ホログラムレンズのパターンに色収差を与え、半
導体レーザ素子の利得中心波長の長波長及び短波長側に
おいて結合効率を最大とし利得中心波長において結合効
率を低下し、利得中心波長よりも長波長または短波長側
において波長特性を平坦化するものである。

光学フィルターにより半導体レーザ素子の利得中心波
長の利得を下げ波長特性を平坦化するものである。

また光伝送装置において光増幅器の利得を光ファイバ
ーの最小損失波長領域において減少させることにより多
段に接続しても各波長の信号光強度ばらつきを抑圧する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第４図，第８図，第10図は本発明の一実施例に
おける光増幅器の構成図、第２図，第３図，第５図，第
６図，第７図，第９図，第11図は本発明における光増幅
器の総合利得曲線図、第12図は本発明における一実施例
の光伝送装置の構成図、第13図は従来における一実施例
における光増幅器の構成図、第14図は光ファイバーの伝
送損失特性図、第15図は半導体レーザ素子の利得特性
図、第16図は従来の実施例における総合利得曲線図、第
17図は従来の実施例における信号伝送特性図、第18図は
本発明における光伝送装置の信号伝送特性図である。 1,11,33,40,51……入力用ファイバー、5,36,45,55,16…
…出力用ファイバー、2,4,12,15,34,35,42,52,54……結
合レンズ、3,14,31,32,43,53……半導体レーザ素子、41
……結合ホログラムレンズ、58……光フルター。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二個の半導体レーザ素子と入力及び出力光
   ファイバーを具備し、前記半導体レーザ素子の利得中心
   波長が波長1.55μｍよりも長いものと短いものの組合せ
   で構成したことを特徴とした光増幅器。
2. 【請求項２】半導体レーザ素子と入力及び出力光ファイ
   バーと結合レンズを具備し、前記結合レンズの波長分散
   により色収差を与え、前記半導体レーザ素子の利得中心
   波長よりも長波長もしくは短波長側において結合効率を
   最大としたことを特徴とする光増幅器。
3. 【請求項３】半導体レーザ素子と入力及び出力光ファイ
   バーと結合ホログラムレンズを具備し、前記結合ホログ
   ラムレンズのパターンに色収差を与え、前記半導体レー
   ザ素子の利得中心波長の長波長及び短波長側において結
   合効率を最大とし前記半導体レーザ素子の利得中心波長
   において結合効率を低下させたことを特徴とする光増幅
   器。
4. 【請求項４】半導体レーザ素子と入力及び出力光ファイ
   バーと結合レンズと光学フィルターを具備し、前記半導
   体レーザ素子の利得中心波長よりも長波長もしくは短波
   長側において結合効率を最大としたことを特徴とする光
   増幅器。
5. 【請求項５】波長の異なる複数の信号光源と光ファイバ
   ーと光増幅器と光受信機を具備し、前記光増幅器の利得
   を前記光ファイバーの最小損失波長領域において減少さ
   せ前記信号光の光受信機での光強度を一定に保つことを
   特徴とした光伝送装置。