JP2995958B2 - 光増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光信号を増幅する技術としては、
受光素子を用いて光信号を電気信号に変換し、電気信号
の状態で増幅してから再び光源を駆動するという方法が
用いられている。しかしながら近年、光増幅器として、
ＥｒやＮｄあるいはＰｒなどの希土類元素を添加した光
ファイバを用いた増幅器が近年盛んに研究されている
（例えば、電子情報通信学会誌，７４，３，ｐｐ．２０
０−２０４（１９９１））。光増幅器では、従来のよう
に電気信号に変換する必要がないため、光信号の変調方
式や伝送速度によらない増幅が可能であり、かつ、小型
の増幅器を構成できる。

【０００３】一方、ガラスや誘電体結晶に光ファイバ増
幅器と同様な希土類元素を添加した光導波路を作製した
光増幅器も提案されている（例えば、Ｈ．Ａｏｋｉ，ｅ
ｔａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，
２６，２２，ｐｐ．１９１０−１９１２（１９９
０））。この光導波路型光増幅器には、ファイバ型と比
較してさらに小型化かつ高性能な光増幅器を実現できる
可能性がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に光増幅器では、
増幅のエネルギー源になる励起光と信号光を合分波する
必要がある。この合分波手段としては、ファイバカプラ
などの波長多重素子が従来から用いられている。しか
し、これらを用いると光導波路型光増幅器を用いた場合
でも、光増幅素子が小型である特徴を十分に生かすこと
はできない。

【０００５】こを解決する手段としては、光導波路型光
増幅器において、波長多重機能を有する光導波路を形成
する方法が考えられる。例えば、近接させた２本の導波
路間のモード結合を利用すれば可能である。しかし、こ
の方法は作製が容易でなく、また、合分波特性が導波路
の形状に大きく左右される。さらに、信号光と励起光が
近接している場合には合分波特性が劣化し、損失が大き
くなるなどの特性劣化が生じるという欠点がある。

【０００６】本発明の目的は、作製が簡便で、かつ、光
増幅素子の外部に信号光と励起光の合分波手段を必要と
しないため小型化が可能であり、さらに、その合波特性
が波長に依存しない光増幅素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光増幅器は、形
状がＬ字型で、このＬ字型曲折部を光入出力端として機
能させる３ポート光導波路が形成された光増幅素子と、
励起光源と、前記励起光源から出射される励起光もしく
は被増幅信号光を前記光入出力端に入射させる手段と、
前記被増幅信号光もしくは前記励起光（順不同）を前記
光入出力端以外のポートに入射させる手段と、残りのポ
ートから増幅信号光を取り出す手段とを備える。

【０００８】本発明では、上記構成の光増幅器におい
て、前記Ｌ字型曲折部の広がり角が全反射条件を満たす
ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明は、光導波路型光増幅器において、Ｌ字
型の光導波路の曲折部で全反射が起きるように導波路の
角度を設定し、さらに、この曲折部を光増幅媒質の所定
の一辺上に配置して、この部分を光入出力端として機能
させることにより、波長多重を行うものである。

【００１０】以下に図１を用いて詳しく説明する。図１
はＬ字型光導波路の模式図である。経路４１に沿って光
増幅素子１の光入出力部２１に第１の光を入射する。こ
の第１の光は光導波路３１を伝搬し、辺１０上の光入力
部２２に到達する。この点で、第１の光は一部が反射さ
れて、光導波路３２を伝搬する。一方、経路４２に沿っ
て辺１０上の光入力部２２から第２の光を入射させるこ
とによって、光導波路３２に第１の光と第２の光の合波
光を伝搬させることができる。

【００１１】ここで、２本の導波路３１及び３２の辺１
０との角度θが

【００１２】

【数１】

【００１３】を満たすように設定すると、第１の光は全
反射されて、損失することなく光導波路３２を伝搬す
る。これは、屈折率の高い媒質から低い媒質へ光を入射
する場合、光の入射角をある値以上にすることによって
光を全反射させることができる現象を利用しており、上
に示した条件はスネルの法則から導くことができる。

【００１４】このような二つの光の合分波機能を利用し
て励起光と信号光を合波することにより、作製が簡便
で、かつ、光増幅素子の外部に信号光と励起光の合分波
手段を必要としないため小型化が可能であり、さらに、
その合波特性が波長に依存しない光増幅素子を提供でき
る。

【００１５】

【実施例】図２を用いて本発明の実施例である光増幅器
を説明する。この光増幅器は、母材が石英ガラスである
光増幅素子１と、信号光入力端子２と、信号光を光増幅
素子１中の光導波路に結合するレンズ３と、励起光源で
ある０．８μｍ半導体レーザ４と、半導体レーザ４から
出力された励起光を光増幅素子１中の光導波路に結合す
るレンズ５と、増幅信号光の出力端子６と、信号出力を
出力端子６に集光するレンズ７とを備えている。

【００１６】光増幅素子１は図のようなくさび状であ
り、かつ、屈折率差を設けるためのＧｅと活性種である
Ｎｄを添加した光導波路３１，３２が図２のように形成
されている。面１２には０．８μｍ帯の波長の光に対し
て無反射になる誘電体多層膜が蒸着されている。また、
信号光が出射される面１３は励起光を遮断する特性をも
つ誘電体多層膜が蒸着されている。作用の説明として述
べたように、信号光が光導波路中で全反射される部分か
ら励起光を結合することによって、信号光と励起光の合
波を行っている。その後、信号光と励起光が同一の経路
をたどる光導波路部分で信号光が増幅される。増幅され
た信号光は面１３で励起光と分離され、出力端子６から
取り出される。

【００１７】ここで、Ｎｄは４準位系の誘導放出媒質で
あって１．３μｍの信号光は吸収されないため、光増幅
素子１内で励起光が存在しない部分では信号光は減衰せ
ずに透過する。もし、活性種が３順位の誘導放出過程を
示すＥｒなどである場合には、励起光が存在しない部分
では信号光は吸収されるため、上記実施例の信号光入力
と励起光入力を逆にすることによって、信号光の吸収を
防ぐことができる。また、励起光は信号光の存在しない
部分で増幅に寄与せずに吸収されるが、この部分が小さ
くなるような結晶形状にするか、あるいはあらかじめこ
のことを考慮して励起光パワーを設定すれば問題ない。

【００１８】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明の光増幅素子はこの実施例に限られることな
く多くの変形が考えられる。例えば、母材は石英ガラス
に限らず、その形状も示した例に限られるものではな
く、光導波路の作製方法や添加する元素、あるいは活性
種やその濃度も増幅が可能であればいかなるものでもよ
い。励起光の波長は、導波路に添加した活性種を励起で
きる波長であればいかなる波長でもよく、信号光の波長
も増幅可能な波長であればいかなる波長でもよい。ま
た、ここであげた例は信号光と励起光が同一方向に進む
場合であったが、信号光の入出力を反転させて、信号光
と励起光が逆方向に進むような構成であってもよい。さ
らに、信号光や励起光の結合手段やその他の機能を兼ね
備えてもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によって、作製が簡便で、かつ、
光増幅素子の外部に信号光と励起光の合分波手段を必要
としないため小型化が可能であり、さらに、その合波特
性が波長に依存しない光増幅器を提供することが可能と
なる。また、ミラーを張り付ける必要がないため、部品
点数の削減による信頼性の向上と組立コストの低減効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するための図である。

【図２】本発明の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 光増幅素子 ２ 信号光入力端子 ３ 信号光結合用レンズ ４ 励起光源 ５ 励起光結合用レンズ ６ 増幅信号出力端子 ７ 出力信号光集光レンズ １０ 導波路の交点を持つ辺 １１ 信号光入射面 １２ 励起光入射面 １３ 信号光出射面 ２１ 光入出力部 ２２ 光入力部 ３１，３２ 光導波路 ４１，４２ 光経路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｌ字型の曲折部を素子端面に近接して有
   し、かつ、前記曲折部を光入出力端として機能させる３
   ポート光導波路が形成された光増幅素子と、 励起光もしくは被増幅信号光を前記光入出力端から入射
   させる手段とを備え、 前記Ｌ字型曲折部の導波路と素子端面との交差角が全反
   射条件を満たす ことを特徴とする光増幅器。