JP3230708B2 - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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Description
号処理において必要とされる、利得監視機能付きの光増
幅器に関するものである。
ここでは特願平3−131326号に記載された光増幅
器を示す。
(RDF)、2は励起光源、3は合波器、4は受光素子
である。この光増幅器への入力信号光は合波器3で励起
光源2からの励起光と合波されてRDF1へ入射され、
ここで励起光は吸収され、信号光は増幅されて出力され
る。
光)及び散乱光がその周囲に放出される。この散乱光
は、励起光、信号光及びASE光がレーリー散乱等によ
り散乱されたものである。前記SE光及び散乱光は、R
DF1の近くに設置された受光素子4で受光され、光電
流として検出される。前記RDF1及び受光素子4は利
得監視部を構成する。
PSE及びPscat、SE光及び散乱光に対する光電流をそ
れぞれISE及びIscat、SE光及び散乱光に対する受光
素子4の感度をそれぞれSSE及びSscatとすると、 ISE=PSESSE , Iscat=PscatSscat ……(1) であり、測定される光電流、即ち全光電流Iは、 I=ISE+Iscat ……(2) である。
ISEを用いて、 G=a+bISE ……(3) と表される。但し、a,bは励起光パワーPp 及び信号
光パワーPs に依存しない定数である。
れば、(2) 式より、 I≒ISE ……(4) と近似できるので、(3) 及び(4) 式より、 G=a+bI ……(5) となり、利得Gを光電流Iで監視できる。但し、定数
a,bは前もって求めておく。この時の利得Gと光電流
Iとの関係を図3(a) に示す。
光増幅器ではIscatがISEに比べて十分小さくないの
で、利得Gと光電流Iとの対応関係は励起光パワーPp
及び信号光パワーPs に依存する。
P2 、P3 (P1 <P2 <P3 )とした時の利得Gと光
電流Iとの対応関係、並びに利得Gの平均値、即ち監視
値と光電流Iとの対応関係を示すもので、利得の監視値
と実際の利得との差が励起光パワーPp に依存している
ことがわかる。
監視値と実際の利得との差が小さい、即ち利得を高精度
に監視し得る光増幅器を提供することを目的とする。
IscatとISEとの比R=Iscat/ISEを小さくすれば、
利得監視の精度が向上する。前記(1) 式より、 R=(Pscat/PSE)(Sscat/SSE) ……(6) であるから、Rを小さくするには、Pscat/PSE又はS
scat/SSEを小さくすれば良い。また、受光素子で検出
された光電流Iscat及びISEに対し、Iscatのみを除去
しても良い。以下、請求項に対応する具体的な手段をそ
の作用とともに説明する。
示すもので、従来例とは光フィルタを用いた点が異な
る。即ち、図中、1は希土類添加ファイバ(RDF)、
2は励起光源、3は合波器、4は受光素子、5は光フィ
ルタである。
パワースペクトルを示すもので、図中、λp は励起光の
波長、λs は信号光の波長、λSEはSE光の中心波長で
ある。なお、ASE光の散乱光はほとんどの場合、その
寄与するところが小さいので省略した。また、図4に示
すSE光、散乱励起光及び散乱信号光のパワーをそれぞ
れPSE0 、Pscatp0及びPscats0とする。
との間に光フィルタ5を挿入し、前記SE光と散乱光が
この光フィルタ5を通過するようにする。
を示すもので、SE光に対する透過率TSEは高く(TSE
〜1)、散乱励起光及び散乱信号光に対する透過率T
scatp及びTscats は低い(Tscatp ,Tscats 〜
0)。該光フィルタ5を通過後のSE光、散乱励起光及
び散乱信号光のパワーをそれぞれPSE1 、Pscatp1及び
Psc ats1とする。
ルタ5の通過前でPscatp0/PSEO,Pscats0/
PSE0 、光フィルタ5の通過後でPscatp1/PSE1 ,P
scats1/PSE1 であり、Pscatp1/PSE1 ≪Pscatp0/
PSE0 ,Pscats1/PSE1 ≪Pscat s0/PSE0 の関係が
ある。従って、光フィルタ5を用いることにより、パワ
ー比Pscat/PSEが小さくなり、利得監視の精度が向上
する。
器を示すもので、従来例とは光吸収係数の大きな希土類
添加ファイバを用いた点が異なる。即ち、図中、2は励
起光源、3は合波器、4は受光素子、6は高吸収係数の
希土類添加ファイバ(RDF)である。
パワースペクトルを、従来のRDFからのスペクトルと
ともに示すものである(但し、RDFの受光素子4に面
する長さは同一とする。)。この図面から、散乱光パワ
ーについては従来例と同程度であるが、SE光パワーに
ついては本発明の方が従来例より大きいことがわかる。
従って、パワー比Pscat/PSEが小さくなり、利得監視
の精度が向上する。
器を示すもので、従来例とは波長選択性受光素子を用い
た点が異なる。即ち、図中、1は希土類添加ファイバ
(RDF)、2は励起光源、3は合波器、7は波長選択
性受光素子である。
性を、従来の受光素子の感度波長特性とともに示すもの
である。この図面から、SE光に対する感度は従来例と
同程度であるが、散乱光に対する感度は本発明の方が従
来例に比べて小さいことが分かる。従って、前述した感
度比Sscat/SSEが小さくなり、利得監視の精度が向上
する。
幅器を示すもので、従来例とはパルス駆動回路と光ゲー
トを用いた点が異なる。即ち、図中、1は希土類添加フ
ァイバ(RDF)、2は励起光源、3は合波器、4は受
光素子、8は駆動回路、9は光ゲートである。本構成
は、散乱励起光による光電流が散乱信号光による光電流
より大きい場合に有効であるので、これを前提とする。
る。図11はRDF1へ入射する励起光の時間依存性を
示す。励起光は、従来例では連続光であるが、本発明で
は繰返し時間Tr (繰返し周波数fr =1/Tr )のパ
ルス列となる。また、RDF1の長さをLとすると、励
起光がRDF1を通過する時間Tt は、 Tt =nL/c ……(7) である。但し、nはRDF1の屈折率、cは空気中の光
速である。Tt <Tr の時に、受光素子4へ入射する散
乱励起光の空間平均パワーの時間依存性を図12に示
す。
を設置するとともに、該光ゲート9をパルス駆動回路8
で励起光源2と同期して駆動する。この光ゲート9の透
過率の時間依存性を図13に示す。この図面から、散乱
励起光は光ゲート9で完全に除去される。一方、SE光
はその一部がこの光ゲート9で除去され、残りは受光素
子4へ入射される。従って、光パワー比Pscat/PSEが
小さくなり、利得監視の精度が向上する。
幅器を示すもので、従来例とはパルス駆動回路と電気ゲ
ートを用いた点が異なる。即ち、図中、1は希土類添加
ファイバ(RDF)、2は励起光源、3は合波器、4は
受光素子、8は駆動回路、10は電気ゲートである。本
構成は、散乱励起光による光電流が散乱信号光による光
電流より大きい場合に有効であるので、これを前提とす
る。
る。RDF1へ入射する励起光の時間依存性は図11と
同様である。また、励起光は、図10の構成と同様、繰
返し時間Tr (繰返し周波数fr =1/Tr )のパルス
列となる。また、RDF1の長さをLとした時の時間T
t も、図10の構成と同様に(7) 式で表される。さらに
また、Tt <Tr の時に受光素子4へ入射する散乱励起
光の空間平均パワーの時間依存性も図12と同様であ
る。
本構成ではfr <fphである。受光素子4の後段に電気
ゲート10を設置する。この電気ゲート10の透過率の
時間依存性は図13と同様である。この図から、散乱励
起光による光電流は電気ゲート10で完全に除去され
る。一方、SE光による光電流はその一部が電気ゲート
10で除去され、残りは通過する。従って、前述した光
電流比Iscat/ISEが小さくなり、利得監視の精度が向
上する。
する。図15は図1の構成に対応した第1の実施例を示
すもので、図中、11はエルビウム(Er3+) 添加ファ
イバ(EDF)、12は波長0.98μm又は1.48μmのレ
ーザダイオード(LD)、13は合波器、14はゲルマ
ニウム・フォトダイオード(PD)、15は誘電体多層
膜光フィルタ、16はスリット、17,18は光アイソ
レータである。また、信号光の波長は1.552 μmであ
る。
層膜光フィルタ(OF)15及びスリット(S)16で
構成される利得監視部の詳細を示すもので、同図(a) は
立体図、同図(b) は横断面図、同図(c) は正面図であ
る。
チックの被覆を有し、一定間隔で遮蔽板(BP)上に固
定されている。その固定された部分の幅は2.2 mmであ
る。また、その固定された部分に面してPD14が置か
れている。PD14の受光部分は直径2.0 mmの円盤状
である。OF15はSiO2 /TiO2 の多層膜をガラ
ス板上に蒸着したものである。スリット16はOF15
の補助、具体的にはSE光と散乱光のOF15への入射
角を30度程度に制限するために用いられるもので、そ
の幅は2.2 mmである。また、PD14の受光面と遮蔽
板BPとの距離は2.5 mmである。
スペクトルを示すもので、波長1.5μmのSE光と波長
0.98μmの散乱励起光が示されている。本エルビウム添
加ファイバ増幅器は前置増幅器として使われるため、E
DF11中を伝播する信号光のパワーは小さく、散乱信
号光は十分小さいので省略した。
を示すもので、波長1.5 μmのSE光に対しては透過
(T〜1)、波長0.98μmの散乱励起光に対しては反射
(T〜0)である。
示すもので、同図(a) はOF15を用いない場合、同図
(b) はOF15を用いた場合をそれぞれ示す。なお、測
定はEDF11への入射励起光パワー(Pp )を10,
20,30mWと変えて行った。
い場合、同一の光電流に対する利得は0.8 dBの幅を持
っている。一方、図19(b) に示すようにOF15を用
いた場合、同一の光電流に対して利得の幅は0.1 dB
(測定限界)以下である。このように本実施例によれ
ば、利得と光電流との対応関係が励起光パワーに拘らず
ほぼ一定となるため、利得監視の精度が向上する。
代りに吸収型のフィルタ、例えば厚さ2μmのゲルマニ
ウムを透明基板上に設置したものを用いても良い。図2
0はこのフィルタの透過率の波長依存性を示すもので、
波長1.5 μm及び0.98μmにおける透過率はそれぞれ0.
37及び0.02である。
明するが、励起光の波長が0.98μmの場合とは使用する
光フィルタが異なる。図21はEDF11からの出射光
のパワースペクトルを示すものである。このエルビウム
添加ファイバ増幅器は後置増幅器としても使われるた
め、EDF11中を伝播する信号光のパワーは小さくな
く、散乱信号光も小さくないので、図面中に示されてい
る。
性を示すもので、波長1.5 μmのSE光に対しては透過
(T〜1)、波長1.48μmの散乱励起光と波長1.552 μ
mの散乱信号光に対しては反射(T〜0)である。
ルタは、波長0.98μm励起の場合と同様にSiO2 /T
iO2 の多層膜で作成できる。利得と光電流との関係は
波長0.98μm励起の場合と同様であり、利得監視の精度
が向上する。
例を示すもので、第1の実施例とは用いる希土類添加フ
ァイバが異なる。即ち、図中、12は波長0.98μmのレ
ーザダイオード(LD)、13は合波器、14はゲルマ
ニウム・フォトダイオード(PD)、17,18は光ア
イソレータ、19は高吸収係数のエルビウム(Er3+)
添加ファイバ(EDF)である。
係数は、例えば0.5 dB/m、EDF長(利得は約20
dB)は50mである。これに対し、本実施例のEDF
19の波長1.55μmにおける吸収係数は5dB/m、E
DF長(利得は約20dB)は5mである。単位長さ当
りのSE光パワーは吸収係数に比例するので、他のED
Fパラメータ及びPD14に面するEDFの長さが同じ
であるとすると、PD14へ入射する散乱励起光パワー
(Pscat)は、従来及び本実施例のEDFとも10nW
である。一方、PD14へ入射するSE光パワー
(PSE)は、例えば従来のEDFで100 nW、本実施例
のEDFで1000nWであり、本実施例では従来例に比べ
て10倍のSE光パワーが得られる。即ち、前述したパ
ワー比Pscat/PSEは、従来例の0.1 から本実施例の0.
01へ減少する。従って、この分だけ利得監視の精度が向
上する。
例を示すもので、第1の実施例とは用いる受光素子が異
なる。即ち、図中、11はエルビウム(Er3+) 添加フ
ァイバ(EDF)、12は波長0.98μmのレーザダイオ
ード(LD)、13は合波器、17,18は光アイソレ
ータ、20は波長選択性ゲルマニウム(Ge)・pin
フォトダイオード(PD)である。
端面の位置をゼロとした時のp層,i層,n層の深さを
従来のPDとともに示すもので、同図(a) は従来のP
D、同図(b) は本実施例のPDをそれぞれ示す。説明を
簡単にするため、i層の厚さは十分大きく、i層へ入射
した光は完全に吸収されるとする。また、従来及び本実
施例におけるp層の厚さをそれぞれx及びx* とする。
と、従来及び本実施例におけるp層での光吸収の割合、
即ちR(λ)及びR* (λ)は、それぞれ、 R(λ)=1−exp[−α(λ)x] ……(8) R* (λ)=1−exp[−α(λ)x* ] ……(9) である。
103 cm-1,α(0.98μm)=2×104 cm-1であ
り、波長0.98μmにおける値の方が約4倍大きい。従来
のPDではxを十分小さくとっているので、R(λ)〜
0である。ここで、例えばα(1.5 μm)x* =1とす
ると、R* (1.5 μm)=1−e-1=0.63,R* (0.98
μm)=1−e-4=0.98となる。従って、p層へ到着す
る光の割合Tp * (λ)(=1−R* (λ))は、Tp
* (1.5 μm)=0.37,Tp * (0.98μm)=0.02とな
る。
PDとともに示すものである。波長λにおける感度をS
* (λ)、感度比をC* =S* (0.98μm)/S* (1.
5 μm)とする。従来のPDにおける感度をCとする
と、従来例における感度比C*は、C* =C・T
p * (0.98μm)/Tp * (1.5 μm)=C・0.054 で
与えられる。従って、前述した光電流比Iscat/I
SEは、本実施例では従来のPDの0.054 倍(約20分の
1)に縮小され、この分だけ利得監視の精度が向上す
る。なお、SE光の波長1.5 μmにおいて、本実施例の
感度が従来のPDの感度の約0.4 倍になるが、この程度
の低下は利得監視の精度を低下させない。
施例を示すもので、第1の実施例とはパルス駆動回路及
び光チョッパを用いた点が異なる。即ち、図中、11は
エルビウム(Er3+) 添加ファイバ(EDF)、12は
波長0.98μmのレーザダイオード(LD)、13は合波
器、14はゲルマニウム・フォトダイオード(PD)、
17,18は光アイソレータ、21はパルス駆動回路、
22は光チョッパであるである。なお、EDF11の長
さLは10mである。
る。EDF11へ入射する励起光の時間依存性を図28
に示す。繰返し時間Tr =2μs(繰返し周波数fr =
1/Tr =500 kHz )のパルス列である。励起光がE
DF11を通過する時間Tt =nL/c=0.7 μsであ
る。PD14へ入射する散乱励起光の空間平均パワーの
時間依存性を図29に示す。
22を設置するとともに、該光チョッパ22をパルス駆
動回路21でLD12と同期して駆動する。この光チョ
ッパ22の透過率の時間依存性を図30に示す。チョッ
ピングの時間幅は0.3 μsである。図30よりわかるよ
うに、散乱励起光は光チョッパ22で遮断され、SE光
は通過となるので、光パワー比Pscat/PSEが小さくな
り、利得監視の精度が向上する。
施例を示すもので、第1の実施例とはパルス駆動回路及
び電気ゲートを用いた点が異なる。即ち、図中、11は
エルビウム(Er3+) 添加ファイバ(EDF)、12は
波長0.98μmのレーザダイオード(LD)、13は合波
器、14はゲルマニウム・フォトダイオード(PD)、
17,18は光アイソレータ、21はパルス駆動回路、
23は電気ゲートであるである。なお、EDF11の長
さLは10mである。
る。EDF11へ入射する励起光の時間依存性は図28
と同様である。繰返し時間Tr =2μs(繰返し周波数
fr =1/Tr =500 kHz )のパルス列である。励起
光がEDF11を通過する時間Tt =nL/c=0.7 μ
sである。PD14へ入射する散乱励起光の空間平均パ
ワーの時間依存性も図29と同様である。
り、該PD14の後段に電気ゲート23を設置する。こ
の電気ゲート23の透過率の時間依存性は図30と同様
である。このような電気ゲート23はトランジスタを用
いた増幅器(動作(オン)時の利得が1、非動作(オ
フ)時の利得が0)で容易に実現できる。ゲーティング
の時間幅は0.3 μsである。図30よりわかるように、
散乱励起光による光電流は電気ゲート23で遮断され、
SE光による光電流は通過となるので、光電流比Iscat
/ISEが小さくなり、利得監視の精度が向上する。
ビウム(Er3+) 添加ファイバの外、ネオジウム(Nd
3+) 添加ファイバ、プラセオジウム(Pr3+) 添加ファ
イバを用いることもできる。
フィルタで散乱光を遮断することにより、又は光吸収係
数が大きい希土類添加ファイバでSE光パワーを大きく
することにより、又は散乱光に対する感度が小さく且つ
SE光に対する感度が大きい受光素子を用いることによ
り、又はパルス状の励起光に同期させて光ゲートで散乱
光を遮断するもしくは電気ゲートで散乱光による光電流
を遮断することより、散乱光による光電流を除去あるい
は抑圧でき、光電流で監視する利得への影響を排除で
き、利得監視の精度を向上させることができる。
成図
出射光のパワースペクトルを示す図
成図
出射光のパワースペクトルを示す図
成図
性を示す図
構成図
入射する励起光の時間依存性を示す図
乱励起光の空間平均パワーの時間依存性を示す図
間依存性を示す図
構成図
を示す構成図
バからの出射光のパワースペクトルを示す図
波長依存性を示す図
を示す図
す図
ァイバからの出射光のパワースペクトルを示す図
率の波長依存性を示す図
を示す構成図
を示す構成図
造を示す図
度の波長依存性を示す図
例を示す構成図
バへ入射する励起光の時間依存性を示す図
射する散乱励起光の空間平均パワーの時間依存性を示す
図
間依存性を示す図
例を示す構成図
4…受光素子、5…光フィルタ、6…高吸収係数の希土
類添加ファイバ、7…波長選択性受光素子、8…パルス
駆動回路、9…光ゲート、10…電気ゲート。
Claims (4)
- 【請求項1】 信号光を励起光源からの励起光とともに
希土類添加ファイバに入力して増幅するとともに、この
際、希土類添加ファイバからその周囲に放出される光を
受光素子で受光して利得を監視する光増幅器において、 希土類添加ファイバと受光素子との間に、該希土類添加
ファイバから放出される自然放出光のみを透過する光フ
ィルタを設置したことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項2】 信号光を励起光源からの励起光とともに
希土類添加ファイバに入力して増幅するとともに、この
際、希土類添加ファイバからその周囲に放出される光を
受光素子で受光して利得を監視する光増幅器において、 希土類添加ファイバから放出される散乱光の波長に対す
る感度が小さく且つ自然放出光の波長に対する感度が大
きい受光素子を用いたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項3】 信号光を励起光源からの励起光とともに
希土類添加ファイバに入力して増幅するとともに、この
際、希土類添加ファイバからその周囲に放出される光を
受光素子で受光して利得を監視する光増幅器において、 励起光源よりパルス状の励起光を発生させるパルス駆動
回路を設けるとともに、希土類添加ファイバと受光素子
との間に光ゲートを設置し、 前記パルス駆動回路及び光ゲートを同期して駆動するよ
うになしたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項4】 信号光を励起光源からの励起光とともに
希土類添加ファイバに入力して増幅するとともに、この
際、希土類添加ファイバからその周囲に放出される光を
受光素子で受光して利得を監視する光増幅器において、 励起光源よりパルス状の励起光を発生させるパルス駆動
回路を設けるとともに、受光素子の後段に電気ゲートを
設置し、 前記パルス駆動回路及び電気ゲートを同期して駆動する
ようになしたことを特徴とする光増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5343093A JP3230708B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5343093A JP3230708B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 光増幅器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06268305A JPH06268305A (ja) | 1994-09-22 |
JP3230708B2 true JP3230708B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=12942631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5343093A Expired - Lifetime JP3230708B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 光増幅器 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (5)
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JP3859455B2 (ja) | 2001-03-07 | 2006-12-20 | レーザーフロントテクノロジーズ株式会社 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置及び該装置の状態診断方法 |
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-
1993
- 1993-03-15 JP JP5343093A patent/JP3230708B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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