JP3583841B2

JP3583841B2 - モニタリング用光デバイス

Info

Publication number: JP3583841B2
Application number: JP28380595A
Authority: JP
Inventors: 典久長沼
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JPH09130331A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に適用されるのに適したモニタリング用光デバイスに関する。
【０００２】
光増幅中継伝送システム等のような光増幅を応用した光通信システムにおいては、偏光依存性の排除が重要な技術的課題となっている。送信光源としてのレーザダイオードからの直線偏光が光ファイバ伝送路を伝搬する間にファイバへの応力の印加や温度変化等の様々な擾乱を受ける結果、光増幅器へ入力する信号光の偏光状態は、時間と共に変化する。
【０００３】
ギガビット級の超高速な通信を行う上では、信号光の偏光状態に係わらず安定な増幅特性が要求され、そのため、光増幅器或いは光増幅器に組み込まれる光回路には偏光依存性がないか或いは極めて小さいことが要求される。
【０００４】
【従来の技術】
従来、Ｅｒ（エルビウム）等の希土類元素がドープされたドープファイバと、ドープファイバを光ポンピングするためのポンプ光を出力するポンプ光源と、ドープファイバの信号光入力端又は信号光出力端に接続されてポンプ光をドープファイバへ供給する光カプラとを備えた光増幅器が公知である。
【０００５】
この種の光増幅器において、ＡＬＣ（自動レベル制御）を行って光出力レベルを一定に保とうとする場合には、光増幅器の入力側から出力側に向かう順方向の光ビームの一部をモニタ用ビームとして分岐し、この分岐ビームを光／電気変換素子へ入力する。ＡＬＣ回路は、光／電気変換素子の出力レベルが一定になるようにポンプ光のパワーをフィードバック制御する。
【０００６】
一方、光ファイバ伝送路の敷設作業や光増幅器のメンテナンス作業に際して、光増幅器の出力ファイバの光コネクタが外れると、増幅された直後でパワーが大きい光が空間に放出され、作業者の肉体等に危害を与える恐れがあるので、光コネクタが外れたことを検知する必要が生じることがある。光コネクタが外れると、光ファイバ端面におけるフレネル反射が多くなるので、光コネクタが外れたことは例えば光増幅器の出力側から入力側に向かう逆方向の反射光をモニタリングすればよい。
【０００７】
モニタ用ビームを分岐するに際して、その分岐比に偏光依存性があると、例えばモニタ用ビームを用いてＡＬＣを行う場合に光増幅器の安定度が悪くなり、伝送品質が低下するという問題が生じる。モニタ用ビームを分岐するために一般的に使用されるカプラ膜においては、膜に入射した光を透過光と反射光とに分岐するので、その分岐比に偏光依存性が生じやすく、偏光依存性を排除するためには、光学系の複雑な或いは大型化を伴う設計が必要になる。
【０００８】
よって本発明の主目的は、モニタ用ビームの分岐比に偏光依存性が生じないモニタリング用光デバイスを提供することにある。本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、第１及び第２の励振ポートの間にコリメートビームを形成する手段と、上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第１の励振ポートからの光の一部を全反射して第１の光路上に出力する第１の反射面と、上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第２の励振ポートからの光の一部を全反射して第２の光路上に出力する第２の反射面と、上記第１及び第２の光路上にそれぞれ設けられる第１及び第２の光／電気変換素子とを備えたモニタリング用光デバイスが提供される。
また、本発明の一側面によると、第１及び第２の励振ポートの間にコリメートビームを形成する手段と、上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第１の励振ポートからの光ビームの一部分を反射して第１の光路上に出力する第１の反射面と、上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第２の励振ポートからの光ビームの一部分を反射して第２の光路上に出力する第２の反射面と、上記第１及び第２の光路上にそれぞれ設けられる第１及び第２の光／電気変換素子とを備えたモニタリング用光デバイスが提供される。
【００１０】
本発明の望ましい実施形態においては、第１及び第２の反射面は多角形プリズム（例えば三角柱プリズム）の互いに隣り合う２面上にそれぞれ形成され、第１及び第２の光／電気変換素子は上述のコリメートビームに対して同じ側に配置される。
【００１１】
本発明のモニタリング用光デバイスにおいては、コリメートビームの一部を反射面により反射させて、反射面に当たった光の全部を偏光によらず反射光路上に出力し、これを光／電気変換素子に入射させるようにしているので、従来のカプラ膜等を用いた場合のような偏光依存性が生じない。
【００１２】
第１の反射面で反射した光は例えばＡＬＣに提供され、第２の反射面で反射した光は例えば出力側の光コネクタが外れたことの検出に提供される。
本発明の望ましい実施形態におけるように、第１及び第２の光／電気変換素子をコリメートビームに対して同じ側に配置することによって、装置の小型化が可能になる。即ち、従来のように一枚のカプラ膜の表面及び裏面における反射光をそれぞれ順方向及び逆方向のビームのモニタリングに使用する場合、２つの光／電気変換素子をコリメートビームの両側に配置せざるを得ず、装置が大型化しやすいものであったが、本発明の望ましい実施形態では２つの光／電気変換素子をコリメートビームに対して同じ側に配置することができるので、装置の小型化が可能になるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を図面に従って詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す光増幅器のブロック図である。この光増幅器は、光送信機と、光受信機と、これらの間に敷設される光ファイバ伝送路とを備えた光通信システム（光通信装置）において光ファイバ伝送路の途中に設けられる光中継器に適用可能である。この光増幅器は本発明のモニタリング用光デバイスを含む。
【００１４】
この光増幅器は、Ｅｒ等の希土類元素がドープされたドープファイバ２と、ドープファイバ２の信号光入力端及び信号光出力端にそれぞれ接続される前段モジュール４及び後段モジュール６とを備えている。本発明はこの実施形態における後段モジュール６に適用可能である。
【００１５】
前段モジュール４は、レーザダイオード８からの波長１．５５μｍの信号光が供給されるポート１０と、ポート１０へ供給された信号光を二分岐する光カプラ１２と、一方の分岐光が入力する入力レベルモニタリング用のフォトダイオード１４と、他方の分岐光を透過させる光アイソレータ１６と、光アイソレータ１６を透過した信号光４を出力するポート１８とを有している。ポート１８はドープファイバ２の信号光入力端に接続される。
【００１６】
後段モジュール６は、ドープファイバ２の信号光出力端に接続されるポート２０を有している。信号光の波長が１．５５μｍ帯にあり、ドープファイバ２のドーパントがＥｒである場合、ポンプ光の波長は例えば１．４８μｍ帯に設定される。レーザダイオード２２からのポンプ光は、ポート２４を介して後段モジュール６へ供給される。後段モジュール６は更に信号光を出力するためのポート２６を有している。
【００１７】
ポート２６は光ファイバ２８により光コネクタ３０に接続され、光伝送路となる出力側の光ファイバ３２は光コネクタ３４に接続される。光コネクタ３０及び３４は互いに着脱可能であり、これにより光増幅器と光ファイバ伝送路との接続がなされている。
【００１８】
ポート２０及び２６間には、これらがそれぞれ有する後述のレンズによってコリメートビームＣＢが形成される。コリメートビームＣＢ上には、ポート２０からポート２６に向かう方向に波長カプラ３６と光アイソレータ３８と反射面４０及び４２とがこの順に配置されている。
【００１９】
波長カプラ３６は、ポート２４から供給されたポンプ光をポート２０からドープファイバ２へ供給するとともに、ポート２０から供給された増幅された信号光を光アイソレータ３８へ供給する。
【００２０】
反射面４０及び４２は、コリメートビームＣＢの一部に重なり且つコリメートビームＣＢに対して傾斜して配置される。反射面４０は、ポート２０からポート２６に向かう光の一部を全反射してその反射光を出力レベルモニタリング用のフォトダイオード４４へ供給する。反射面４２は、ポート２６からポート２０に向かう光の一部を全反射してその反射光を反射光モニタリング用のフォトダイオード４６へ供給する。
【００２１】
反射面４０及び４２の具体的形成方法については後述する。反射面４０及び４２においてはそれぞれ全反射が生じているので、フォトダイオード４４及び４６には偏光依存性がない。従って、例えばフォトダイオード４４の出力信号に基づいてＡＬＣを行った場合に、高精度な制御が可能になる。
【００２２】
光コネクタ３０に光コネクタ３４が接続されている場合には、ファイバ端面同士が密着しているのでフレネル反射はほとんど生じず、反射減衰量は４０ｄＢ程度あり、反射戻り光はほとんどない。しかしながら、メンテナンス作業等に際して光コネクタ３０と光コネクタ３４を外した場合、ファイバ端面と空気との間のフレネル反射によって反射戻り光が生じ、反射減衰量は例えば１４ｄＢとなる。
【００２３】
この反射戻り光は、反射光モニタ用のフォトダイオード４６により検出することができる。フォトダイオード４６の出力レベルが所定値よりも大きくなったときに光コネクタ３０から増幅された光が空間に放出されていると判断し、ポンプ光源となるレーザダイオード２２の駆動電流を減少させて例えば０にする。これにより、光コネクタ３０と光コネクタ３４が外れたときに即座に増幅された信号光の放出が防止されるので、メンテナンス作業等に際しての安全性が高まる。
【００２４】
次に、本発明の実施形態の優位性をさらに詳細に説明するために、従来のモニタリング用光デバイスの２つの例を説明する。
図２及び図３はそれぞれモニタリング用光デバイスの第１及び第２従来例を示す図である。図２及び図３共に図１の後段モジュール６に相当する部分を示しており、実質的に同一の部分には同一の符号が付されている。
【００２５】
図２の第１従来例では、入射角が約４５°に設定されるカプラ膜４８が用いられており、ポート２０からポート２６に向かう光の一部はカプラ膜４８で反射して出力レベルモニタ用のフォトダイオード４４に入力し、ポート２６からポート２０に向かう光の一部はカプラ膜４８で反射して反射光モニタ用のフォトダイオード４６に入力する。
【００２６】
この従来例では、ポート２０とポート２６との間に形成されるコリメートビームの全部に作用するようにカプラ膜４８が設けられているので、フォトダイオード４４及び４６によるモニタリングに際しては偏光依存性が生じる。
【００２７】
また、１つのカプラ膜４８を用いてその２つの反射光路上にフォトダイオード４４及び４６をそれぞれ配置する必要上、フォトダイオード４４及び４６を対向配置せざるを得ず、大型なプリント配線板５０が必要になる。ポンプ光用のレーザダイオード２２はターミナル５２によりプリント配線板５０に実装され、フォトダイオード４４及び４６はそれぞれターミナル５４及び５６によりプリント配線板５０に実装される。
【００２８】
図１の第１実施形態では、反射面４０及び４２における全反射によりモニタ用ビームを分岐しているので、偏光依存性が生じない。小型なプリント配線板の使用を可能にする実施形態については後述する。
【００２９】
図３の第２従来例では、フォトダイオード４４及び４６をモジュールの同じ側に配置するために、光路折り返し用のプリズム５８を付加的に設けている。この従来例においては、光学部品数の増大によるコストアップ、大型化を避けることができない。
【００３０】
小型化に特に適した本発明の第２の実施形態を図４により説明する。符号６０は各光学要素を固定するためのハウジング（又は基板）を表しており、ポート２０，２４及び２６にそれぞれ対応してスリーブ６２，６４及び６６がハウジング６０に例えばレーザ溶接により固定されている。
【００３１】
スリーブ６２内には、ドープファイバ２を支持するフェルール６８とレンズ７０とが所定の間隔でもって挿入固定されており、スリーブ６４内にはポンプ光用のレーザダイオード２２との接続に供されるファイバを支持するフェルール７２とレンズ７４とが所定の間隔で挿入固定されており、スリーブ６６内にはファイバ２８を支持するフェルール７６とレンズ７８とが所定の間隔で挿入固定されている。
【００３２】
ドープファイバ２の励振端２Ａ（励振ポート）から放射された光はレンズ７０によりコリメートビームＣＢにされ、このコリメートビームＣＢはレンズ７８によってファイバ２８の励振端２８Ａ（励振ポート）に収束される。また、レーザダイオード２２からのポンプ光は、レンズ７４によりコリメートされて波長カプラ３６で反射してドープファイバ２へ供給される。
【００３３】
この実施形態では、反射面４０及び４２は三角柱プリズム８０の２面上にそれぞれ形成されている。三角柱プリズム８０は反射面４０及び４２によって画定される頂部がコリメートビームＣＢの一部に重なるように配置される。
【００３４】
こうすると、ポート２０からポート２６に向かう光の一部は反射面４０で全反射してフォトダイオード４４へ供給され、ポート２６からポート２０に向かう光の一部は反射面４２で全反射してフォトダイオード４６へ供給される。
【００３５】
このような三角柱プリズム８０上に反射面４０及び４２を形成しておくことによって、フォトダイオード４４及び４６をコリメートビームＣＢに対して同じ側に配置することができる。その結果、レーザダイオード２２とフォトダイオード４４及び４６とが実装されるプリント配線板５０′を小型にすることができる。
【００３６】
プリント配線板５０′上には、２つの制御回路が実装される。第１の制御回路は、フォトダイオード４４の出力信号を受け、そのレベルが一定になるようにレーザダイオード２２の駆動電流を制御する。
【００３７】
第２の制御回路は、フォトダイオード４６の出力信号を受け、その出力レベルが所定値よりも大きくなったときにポンプ光のパワーを減少させるようにレーザダイオード２２の駆動電流を制御する。
【００３８】
第１の制御回路はＡＬＣのためのものである。第２の制御回路は、光コネクタ３０が自由端になっているときにそこでのフレネル反射光を検出して光コネクタ３０から増幅された信号光が空間内に放出されることを防止するためのものである。
【００３９】
プリズム３０によって遮られるコリメートビームＣＢの断面積は、コリメートビームＣＢの全断面積の５％以下であることが望ましい。５％以上であると、この後段モジュールにおける信号光の減衰が大きくなり、Ｓ／Ｎが劣化するからである。
【００４０】
反射面４０及び４２としては金属膜や誘電体多層膜を用いることができる。反射面として独立した部材を用いることなく、全反射条件が満足されるようにプリズムや光学プレートを配置してもよい。
【００４１】
この実施形態では、三角柱プリズム８０の２面上に反射面４０及び４２を形成しているので、反射面４０及び４２はコリメートビームＣＢの同じ部分に重なることになる。この場合、順方向の光に作用する反射面４０によるモニタリングは良好に行うことができるが、逆方向に作用する反射面４２による反射戻り光のモニタリングは良好に行えない恐れがある。
【００４２】
このような場合には、光コネクタ３０に接続されるファイバ２８の長さを適当に設定しておくことによって、ファイバ２８内の往復伝搬によって反射戻り光はほぼ正規のガウシアンビームに戻っており、反射面４０で欠けた部分は逆方向で完全に補正され、従って、反射戻り光のモニタリングを良好に行うことができる。
【００４３】
図５は本発明の第３実施形態を示す光デバイスの主要部の構成図である。この実施形態では、頂角が直角である三角柱プリズム８０′を用い、その頂角を挟む面上にそれぞれ反射面４０及び４２を形成し、順方向の反射ビームと逆方向の反射ビームとが互いに平行になるようにしている。
【００４４】
そして、これらの２つの反射ビームを受けるために少なくとも２つの受光領域を有するフォトダイオードアレイＰＤＡを用いている。順方向の反射ビームが入射する受光領域はこれまでの実施例におけるフォトダイオード４４に相当し、逆方向の反射戻り光のビームが入射する受光領域はフォトダイオード４６に相当している。
【００４５】
この実施形態によると、図４の第２実施形態に比べて装置のさらなる小型化が可能になる。
図６は本発明の第４実施形態を示す光デバイスの主要部の構成図である。この実施形態では、第１及び第２の励振ポートの間に形成されるコリメートビームに重なるように透明プレート８２を設け、その透明プレート８２上に所定面積の１つの全反射膜８４を形成している。順方向のモニタ用ビームは全反射膜８４の一方の面で反射してフォトダイオード４４に入射し、反射戻り光は全反射面８４の他方の面で反射してフォトダイオード４６に入射する。
【００４６】
この実施形態では、２つの反射面を１つの全反射膜により得ているので、光デバイスの製造が容易になる。
以上説明した実施形態では、励振ポートが光ファイバの励振端であるとしたが、本発明はこれに限定されない。励振ポートとしてレーザダイオード等の光源を用いることもできる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、偏光依存性のないモニタリング用光デバイスの提供が可能になるという効果が生じる。また、本発明の特定の実施形態によると、偏光依存性がなく且つ小型化に適したモニタリング用光デバイスの提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す光増幅器のブロック図である。
【図２】モニタリング用光デバイスの第１従来例を示す図である。
【図３】モニタリング用光デバイスの第２従来例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示すモニタリング用光デバイスの構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示すモニタリング用光デバイスの主要部の構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態を示すモニタリング用光デバイスの主要部の構成図である。
【符号の説明】
２ドープファイバ
２０，２４，２６ポート
３６波長カプラ
３８光アイソレータ
４０，４２反射面

Claims

第１及び第２の励振ポートの間にコリメートビームを形成する手段と、
上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第１の励振ポートからの光の一部を全反射して第１の光路上に出力する第１の反射面と、
上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第２の励振ポートからの光の一部を全反射して第２の光路上に出力する第２の反射面と、
上記第１及び第２の光路上にそれぞれ設けられる第１及び第２の光／電気変換素子とを備えたモニタリング用光デバイス。
第１及び第２の励振ポートの間にコリメートビームを形成する手段と、
上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第１の励振ポートからの光ビームの一部分を反射して第１の光路上に出力する第１の反射面と、
上記コリメートビームの一部に重なり且つ上記コリメートビームに対して傾斜して配置され、上記第２の励振ポートからの光ビームの一部分を反射して第２の光路上に出力する第２の反射面と、
上記第１及び第２の光路上にそれぞれ設けられる第１及び第２の光／電気変換素子とを備えたモニタリング用光デバイス。
上記第１及び第２の励振ポートはそれぞれ第１及び第２の光ファイバの励振端であり、
上記コリメートビームを形成する手段は上記第１及び第２の光ファイバの励振端にそれぞれ対向して設けられる第１及び第２のレンズを含む請求項１または請求項２に記載のモニタリング用光デバイス。
上記第１及び第２の反射面は多角形プリズムの互いに隣り合う２面上にそれぞれ形成され、
上記第１及び第２の光／電気変換素子は上記コリメートビームに対して同じ側に配置される請求項１または請求項２に記載のモニタリング用光デバイス。
信号光が供給される第１端及び上記第１の励振ポートに接続される第２端を有する希土類元素がドープされたドープファイバと、
上記信号光の波長及び上記希土類元素に応じて決定される波長のポンプ光を出力するポンプ光源と、
該ポンプ光を上記ドープファイバにその第１端及び第２端の少なくともいずれか一方から供給する手段とをさらに備え、
上記第２の励振ポートは光ファイバの励振端である請求項１または請求項２に記載のモニタリング用光デバイス。
上記第２の光／電気変換素子の出力レベルが所定の値よりも大きくなったときに上記ポンプ光のパワーを減少させる手段をさらに備えた請求項５に記載のモニタリング用光デバイス。
請求項１乃至６のいずれかに記載のモニタリング用光デバイスを有することを特徴とする光増幅器又は光通信装置。