JP2744668B2 - 光信号受信器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光ファイバ通信系等において用いられ、
入射した信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバを
備えた光増幅器を備えた光信号受信器に関するものであ
る。

［従来の技術］ 第３図は、例えば、島田によってO plus E No.113（1
989）に示された、増幅用光ファイバとして希土類ドー
プ光ファイバを用いた従来の光増幅器の構成を説明する
一部切り欠いて示す斜視図である。図において、（１）
は光増幅器、（２）は光増幅器（１）の筐体、（３）は
光増幅器（１）に入射される信号光、（４）は信号光
（３）を入射させるための筐体（２）に設けられた入力
コネクター、（５）は増幅用光ファイバとして用いられ
ている希土類ドープ光ファイバ、（６）は希土類ドープ
光ファイバ（５）の一端から励起光を入射させて励起す
る励起手段である励起用LDモジュール、（７）は励起用
LDモジュール（６）を駆動するためのLDドライバー、
（８）は信号光（３）と励起光を希土類ドープ光ファイ
バ（５）へ入射させるための光結合器、（９）は希土類
ドープ光ファイバ（５）内で増幅された信号光（３）を
取り出すために筐体（２）に設けられた出力コネクタ
ー、（10）は信号光（３）の進路を示す矢印、（11）は
励起光の進路を示す矢印である。

ここで、励起光の周波数は信号光（３）の周波数より
高く（波長は短く）設定されており、希土類ドープ光フ
ァイバ（５）は、励起光（19）を吸収することにより、
内部に反転分布を生じる。このように反転分布が生じて
いる希土類ドープ光ファイバ（５）中に、共鳴周波数に
対応する周波数を有する信号光（３）が入射すると、こ
の刺激によって誘導放出が生じ、信号光（３）と同一周
波数、同一位相の光が放出される。従って、希土類ドー
プ光ファイバ（５）の出射端における信号光（３）の強
度は、入射端に比べ大きくなり、信号光（３）は増幅さ
れる。なお、この光増幅器は光ファイバ通信系等におい
て、送信装置の高出力増幅器、受信装置の前置増幅器、
及び、中間増幅器等として用いられる。

また、上記の光増幅作用において、希土類ドープ光フ
ァイバ（５）は励起光を有効に吸収するため、ある程度
の長さが必要となる。例えば、希土類元素の１つである
エルビウム（元素記号Er）をドープした1.5μｍ帯用の
光ファイバの場合、通常、10〜100m程度の長さが必要と
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の光増幅器は以上のように構成されているので、
長い希土類ドープ光ファイバを必要とした。また、十分
な励起光を供給できる小型かつ簡便で高出力の励起光源
が得難いという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためにな
されたものであり、短い希土類ドープ光ファイバで、小
型かつ簡便な励起光源で得られる励起光を有効に利用し
て十分な光増幅作用を得る、小型の光増幅器を実現する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る光信号受信器は、一端より入射した信
号光を増幅して他端に出射する増幅用光ファイバと、前
記増幅用光ファイバの信号光の出射端に励起光を入射さ
せる励起光入射手段と、上記増幅用光ファイバの信号光
の入射端に設けられ、入射してくる信号光を透過し、か
つ、出射する励起光を反射して増幅用光ファイバ内に戻
す手段と、を備え、励起光を増幅用光ファイバ内で往復
させると共に、更に、前記増幅用光ファイバの信号光の
出射端と励起光入射手段との間に設けられ励起光を透過
し、信号光を反射して両者を分離する分離手段と、 前記分離手段により前記励起光から分離された信号光を
受信する信号光受信手段と、を備えたことを特徴とす
る。

［作用］ 上記のように構成された光信号受信器では、信号光を
透過し、かつ、励起光を反射して増幅用光ファイバ内に
戻す手段を設け、励起光を増幅用光ファイバ内で往復さ
せるため、励起光が有効に利用でき、短い増幅用光ファ
イバでも十分な励起光の吸収が行われる。

［実施例］ 第１図はこの発明の光信号受信器に用いる光増幅器の
一実施例の構成を説明する一部切り欠いて示す斜視図で
あり、（１）〜（10）は第３図に示した従来の光増幅器
に相当するものである。（12）は希土類ドープ光ファイ
バ（５）の励起光の出射端に設けられた、信号光を透過
し、かつ、励起光を反射して希土類ドープ光ファイバ
（５）内に戻す手段、（13）は励起光の進路を示す矢印
である。

なお、このような光増幅器においては、用いる信号光
（３）及び励起光の波長、希土類ドープ光ファイバ
（５）の種類は、上記従来例で説明したように、反転分
布の原理に従うように設定される。また、この実施例に
おいては、上記の手段（12）として、波長特性の良い誘
電体多層膜フィルタ等の干渉フィルタを用い、これを希
土類ドープ光ファイバ（５）の出射端に近接させ、光軸
に垂直に設置したものである。光結合器（８）としては
ファイバ形、プリズム形等の２分岐回路や、ファイバ
形、プリズム形等で干渉フィルタを用いた合波器等が用
いられる。

上記のように構成された光増幅器においては、励起用
LDモジュール（６）から出射された励起光及び信号光
（３）は光結合器（８）により合流されて希土類ドープ
光ファイバ（５）の一端から入射し、他端に進む。この
時、励起光は希土類ドープ光ファイバ（５）中の希土類
に吸収されるが、損失が少ないため、多くが出射端に到
達する。すると、出射端には信号光を透過し、かつ、励
起光を反射して希土類ドープ光ファイバ（５）内に戻す
手段（12）が設けられているため、増幅された信号光
（３）はほとんど影響を受けずに通り抜けて出射される
が、励起光は反射されて再び希土類ドープ光ファイバ
（５）内に戻され、吸収に寄与する。なお、信号光
（３）に対する光増幅作用は上記従来例で説明したのと
同様であり、説明を省略する。また、上記光増幅器は光
結合器（８）を分波特性を有する構成とした場合には、
信号光（３）を出力コネクター（９）側から入射させ、
入力コネクター（４）側から増幅された信号光（３）を
出射させるように用いることができる。

以上のように、この実施例においては、短い希土類ド
ープ光ファイバと、小型かつ簡便なLDモジュール等で得
られる励起光で十分な光増幅作用を得ることができ、経
済的で小型の光増幅器を実現できる効果がある。

なお、上記実施例では、手段（12）として、波長特性
の良い誘電体多層膜フィルタ等の干渉フィルタを用い、
これを希土類ドープ光ファイバ（５）の出射端に近接さ
せ、光軸に垂直に設置したものを示したが、希土類ドー
プ光ファイバ（５）の出射端から離す場合には、レンズ
を挿入して平行光に変換すればよく、更に、希土類ドー
プ光ファイバ（５）の出射端に直接に、誘電体多層膜フ
ィルタ等を蒸着しても良い。この場合には希土類ドープ
光ファイバ（５）の出射端における信号光（３）に対す
る無反射膜の効果も有する。

第２図は、この発明の光増幅器を光信号受信系に適用
した場合の一実施例を示す概略構成説明図であり、信号
光（３）を出力コネクター（９）側から入射させ、入力
コネクター（４）側から増幅された信号光（３）を出射
させるように用いた場合である。図において、（14）は
希土類ドープ光ファイバ（５）の端末、（15）は光結合
器（８）を構成するレンズ、（16）は希土類ドープ光フ
ァイバ（５）から出射された信号光（３）を反射し、励
起光を透過する光結合器（８）を構成する干渉フィル
タ、（17）は増幅された信号光（３）を受光するフォト
ダイオード等で構成された受信手段、（18）は励起用LD
モジュール（６）を駆動するための励起発光半導体直流
電源、（19）は筐体であり、その他の構成は第１図に示
した実施例と同一である。

上記のように構成された光受信器において、励起光発
光半導体用直流電源（18）によって駆動される励起用LD
モジュール（６）から射出された励起光は、励起光集光
光学系（15a）で希土類ドープ光ファイバ（５）の出射
端末（14）に集光され、希土類ドープ光ファイバ（５）
に入射する。なお、励起光・信号光分離フィルタ（16）
は、励起光の波長域に対しては透過、信号光の波長域に
対しては反射するように設定された干渉フィルタであ
り、入射した信号光（３）は、希土類ドープ光ファイバ
（５）で増幅された後に出射端末（14）から出射され
る。出射された信号光は励起光・信号光分布フィルタ
（16）によって光路を折り曲げられた後に、信号光集光
光学系（15b）によって受信手段（17）に集光される。

励起光反射フィルタ（12）は励起光の波長域に対して
は反射、信号光の波長域に対しては透過するように設定
された干渉フィルタであり、希土類ドープ光ファイバ
（５）を伝搬した励起光（13）を反射する。従って、励
起光（13）は希土類ドープ光ファイバ（５）中を往復す
ることとなり、単位長当たりの吸収量が大きくなるた
め、短い希土類ドープ光ファイバ（５）であっても有効
な増幅が行える。

なお、上記第１図に示した実施例では説明を省略した
が、一般に、希土類ドープ光ファイバ（５）の両端に信
号光（３）の波長域に対する反射点がある場合には、信
号に対するエコーが生じ、また、利得波長域に対する反
射点がある場合には、帰還がかかりレーザ発振が生じる
ため、希土類ドープ光ファイバ（５）の端末には反射を
抑圧する手段を備える必要がある。ここでは、（14）は
希土類ドープ光ファイバ（５）の端末であり、斜めに研
磨加工等で仕上げた場合を示している。なお、この他、
希土類ドープ光ファイバ（５）の端末（14）に信号光
（３）に対する無反射膜を蒸着等で付けても良い。

また、上記の構成においては、希土類ドープ光ファイ
バ（５）の端末（14）から信号光（３）と共に出射され
る吸収されなかった励起光は、光結合器（８）が分波特
性を有する構成とされていて、干渉フィルタ（16）によ
って分離されるため、励起光の受信手段（17）への入射
を防止できる。なお、光増幅器において、信号光（３）
を入力コネクター（４）側から入射させ、出力コネクタ
ー（９）側から増幅された信号光（３）を出射させるよ
うに用いる場合には、手段（12）が設けられているため
問題はない。

以上のように、この実施例においては、信号光（３）
を出力コネクター（９）側から入射させ、入力コネクタ
ー（４）側から増幅された信号光（３）を出射させるよ
うにして光増幅器を光信号受信系に適用しているので、
希土類ドープ光ファイバ（５）に対して受信手段（17）
を励起用LDモジュール（６）と同一の端部に配置するこ
とができ、コンパクトに光信号受信系を構成できる。

また、励起光の光源となる発光半導体の放射光を、励
起光伝搬ファイバを介さずに集光光学系を用いて増幅用
光ファイバの一端から入射させ、かつ、上記集光光学系
の一部に励起光と信号光との光路を異ならせる手段を設
け、かつ、増幅用光ファイバから出射される信号光を他
の光ファイバを介さずに上記とは別の集光光学系を用い
て受光半導体に入射させる構成としたため、光受信器全
体が小型に構成できる。

更に、光結合器、励起用LDモジュール等の個別の組み
合わせられている光学部品を単一の筐体（19）内に収納
することによって光受信器を小型に構成できる。

なお、以上の実施例においては、光増幅器を光ファイ
バで構成した場合を示したが、この発明は光ファイバを
希土類ドープ光導波路などに置き換えた場合にも適用で
き、上記同様の効果を奏することは自明である。

加えて、以上の実施例においては、増幅用光ファイバ
が希土類ドープ光ファイバの場合を示したが、この発明
は増幅用光ファイバの種類によらず適用でき、上記同様
の効果を奏する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、希土類ドープ光フ
ァイバ等の増幅用光ファイバの一端から励起光を入射さ
せ、励起光の出射する他端に、信号光を透過し、かつ、
励起光を反射して増幅用光ファイバ内に戻す手段を設
け、励起光を増幅用光ファイバ内で往復させる構成とし
たので、短い希土類ドープ光ファイバで、励起光を有効
に利用して十分な光増幅作用を得ることができ、小型の
光増幅器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光増幅器の一実施例の構成を説明す
る一部切り欠いて示す斜視図、第２図はこの発明の光増
幅器を光信号受信系に適用した場合の一実施例を示す概
略構成説明図、第３図は従来の光増幅器の構成を説明す
る一部切り欠いて示す斜視図である。 図において、（１）は光増幅器、（２）は筐体、（３）
は信号光、（４）は入力コネクター、（５）は希土類ド
ープ光ファイバ、（６）は励起用LDモジュール、（７）
はLDドライバー、（８）は光結合器、（９）は出力コネ
クター、（10）は信号光（３）の進路を示す矢印、（1
1）は励起光の進路を示す矢印、（12）は励起光反射フ
ィルタ、（13）は励起光の進路を示す矢印、（14）は希
土類ドープ光ファイバ（５）の端末、（15）はレンズ、
（16）は干渉フィルタ、（17）は受信手段である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/26 10/28 (56)参考文献 特開 平２−306677（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−92828（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221937（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−25985（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端より入射した信号光を増幅して他端に
   出射する増幅用光ファイバと、 前記増幅用光ファイバの信号光の出射端に励起光を入射
   させる励起光入射手段と、 上記増幅用光ファイバの信号光の入射端に設けられ、入
   射してくる信号光を透過し、かつ、出射する励起光を反
   射して増幅用光ファイバ内に戻す手段と、を備え、励起
   光を増幅用光ファイバ内で往復させると共に、 更に、前記増幅用光ファイバの信号光の出射端と励起光
   入射手段との間に設けられ励起光を透過し、信号光を反
   射して両者を分離する分離手段と、 前記分離手段により前記励起光から分離された信号光を
   受信する信号光受信手段と、を備えたことを特徴とする
   光信号受信器。