JP4014885B2 - ラマン用励起光源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利得帯域の変更に対応可能な、所要の信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載する、柔軟性に富んだ、高出力光源、特に、ラマン用励起光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、レーザダイオードモジュールは、光ファイバ通信、特に幹線系・ＣＡＴＶの信号光源やファイバアンプの励起光源として用いられている。このようなレーザダイオードモジュールは、高出力および安定動作を実現するために、ペルチェ素子を内蔵し、そのペルチェ素子上部に搭載された金属基板上にレーザダイオードチップ、フォトダイオードチップ、レンズ等の光学部品、サーミスタ素子、インダクタ、抵抗等の電気部品を配置している。
【０００３】
レーザダイオードモジュールを使用し、ラマン効果を利用したラマン増幅器が知られている。ラマン増幅器は、帯域が広いという特長を有している。即ち、基本的に、利得は励起光の波長によって決まるので、幅広い領域において利用することができる。
【０００４】
信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールがある。従来のラマンアンプモジュールにおいては、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを予め製造して、使用しない信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールは駆動しないで、使用する信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールのみを駆動している。
【０００５】
上述したように、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載するために、高出力の複数個のレーザダイオードモジュールを高い密度で配置することが要求される。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】
上述したように、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを予め製造して、使用しない信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールは駆動しないで、使用する信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールのみを駆動する従来のラマンアンプモジュールには、次の問題点がある。
【０００７】
即ち、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを製造すると、レーザダイオードモジュールの交換が必要になったときに、レーザダイオードモジュールの交換が困難である。特に、ラマンアンプモジュールをシステムに組み込んだ後に、励起中心波長の変更が生じたときには、対応が困難であった。
【０００８】
更に、伝送容量が増加して、利得帯域が広がるとき、利得帯域を変更するときには、所要に応じた励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを新たに設計して製造し直し、対応できないラマンアンプモジュールと交換し、設置し直す必要があった。
【０００９】
個々のレーザダイオードモジュールが更に高出力化し、それらの高い密度の配置にともなって発生する熱の処理を適切に行わないと、レーザダイオードモジュールの機能を損傷してしまうという問題点がある。
【００１０】
従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、伝送容量が増加して、利得帯域が広がるとき、利得帯域の変更に対応可能な、所要の信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載することができる、柔軟性に富んだラマン用励起光源を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、
信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールの全てを搭載したラマンアンプモジュールを予め製造するのではなく、必要最小限の励起波長のレーザダイオードを搭載した固定モジュールと、必要に応じて所要の励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載した、取り外し可能な増設用のカード式の増設モジュールとに区別して準備し、固定モジュールと、増設モジュールとを組合わせることによって、励起中心波長の変更、利得帯域の広がり・変更に柔軟に対応することができることが判明した。
【００１２】
更に、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンクを、フィンにヒートパイプが接続されたフィン付ヒートシンクを使用することによって、放熱特性が一段と向上し、優れた放熱性能を備え、小さいスペースで多数のレーザダイオードが搭載されて、広帯域かつ利得が平坦なラマン用励起光源を得ることができることが判明した。
【００１３】
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明のラマン用励起光源の第１の態様は、（Ａ）全体が板状で、その第１面にレーザダイオードモジュールおよび関連する電子・光学部品が搭載され、前記第１面の裏面である第２面に、前記レーザダイオードモジュールを冷却するための冷却装置が設けられた固定モジュールと、（Ｂ）全体が板状で、その第１の面に増設用レーザダイオードモジュールおよび関連する電子・光学部品が搭載され、前記第１の面の裏面に前記増設用レーザダイオードモジュールを冷却するための冷却装置が設けられた増設モジュールカードを備え、（Ｃ）前記増設モジュールカードが、前記固定モジュールに、着脱自在に、かつ、前記固定モジュールおよび前記増設モジュールカードの全体が板状になるように装着されたラマン用励起光源である。
好ましい態様において、複数の前記増設モジュールカードが、前記固定モジュールに、着脱自在に装着される。
また、好ましい態様において、前記固定モジュールの前記冷却装置および前記増設モジュールカードの前記冷却装置は、それぞれ、ヒートシンクを備え、前記増設モジュールカードの前記電子・光学部品は、光接続用コネクタ及び電気コネクタを備え、前記光接続用コネクタ及び電気コネクタは、それぞれ、前記固定モジュールの対応コネクタに光接続、電気接続される。
【００１４】
好ましい形態において、前記固定モジュールは、前記レーザダイオードモジュールを搭載した第１の部分と、前記第１の部分に隣接し、前記対応コネクタを搭載した第２の部分（以下、光受動部品トレーという）から構成される。
さらに、前記光受動部品トレーには、合波器とアイソレータが搭載されることが好ましい。
【００１６】
例えば、前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、前記増設モジュールカードに搭載されたＤＳＰ制御回路により行われる。
【００１８】
あるいは、前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、前記固定モジュールに搭載されたＤＳＰ制御回路により行われる。
【００２１】
好ましい態様において、前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの励起波長は、前記固定モジュールにおける前記レーザダイオードモジュールの励起波長と組合わせて、所定のラマン利得が得られるように決定される。
また、好ましい態様において、前記増設モジュールカードは、その側面が前記固定モジュールの側面に突き合わされた状態で、前記固定モジュールに装着される。
【００２２】
この発明のラマン用励起光源のその他の態様は、前記ヒートシンクがフィン付ヒートシンクからなっており、前記フィンにヒートパイプが接続されている、ラマン用励起光源である。
【００２３】
この発明のラマン用励起光源のその他の態様は、前記ヒートシンクがピンフィン付ヒートシンクからなっている、ラマン用励起光源である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
この発明のラマン用励起光源の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明のラマン用励起光源は、少なくとも１個のレーザダイオードモジュール、前記レーザダイオードモジュールを駆動、制御するための電子素子、および、前記レーザダイオードモジュールにおける光出力をモニターするフォトダイオードが搭載されている固定モジュールと、
前記固定モジュールに取り外し可能に接続され、少なくとも１個のレーザダイオードモジュールを搭載した、所定の数のモジュールカードからなる増設モジュールとを備えたラマン用励起光源である。
【００２５】
この発明のラマン用励起光源は、上述した固定モジュールと、増設モジュールの間に、レーザダイオードモジュールからの励起光を合波するための合波器、アイソレータ、光コネクタ等の光受動部品を備えた光受動部品モジュールを更に備えていてもよい。
【００２６】
図１は、この発明のラマン用励起光源の１つの態様を示す図である。図１に示す態様のこの発明のラマン用励起光源１は、レーザダイオードモジュール１２、レーザダイオードモジュール１２を駆動、制御するための電子素子（例えば、ＣＰＵ）１４、および、レーザダイオードモジュール１２における光出力をモニターするフォトダイオード１３が搭載されている１個の固定モジュール２と、固定モジュール２に取り外し可能に接続され、レーザダイオードモジュール８、９、１０、１１を搭載した、４個のモジュールカード４、５、６、７からなる増設モジュール３とを備えたラマン用励起光源である。即ち、所要に応じて、固定モジュールにモジュールカードを増設することができ、モジュールカードは、取り付け、とり外しが自由にできる。
【００２７】
図２は、この発明のラマン用励起光源の他の１つの態様を示す図である。図２に示す態様のこの発明のラマン用励起光源１０は、固定モジュール２０、増設モジュール３０、および固定モジュール２０と、増設モジュール３０の間に、レーザダイオードモジュールからの励起光を合波するための合波器、アイソレータ、光コネクタ等の光受動部品を備えた光受動部品モジュール４０を備えている。
【００２８】
上述した増設モジュールのモジュールカードは、レーザダイオードモジュールを駆動、制御する電子素子、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンク、通信・電源供給用の電気コネクタ、および、光接続用のコネクタを備えている。更に、この発明のラマン用励起光源において、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、モジュールカードのそれぞれにおいて独立して行われる。
【００２９】
更に、この発明のラマン用励起光源において、固定モジュールが複数個のレーザダイオードモジュールの駆動、制御を行う機能を備えており、増設モジュールのモジュールカードは、レーザダイオードモジュールのみが搭載されており、固定モジュールにおいて、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御を、固定モジュールにおいて一括しておこなってもよい。
【００３０】
図３は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの１つの態様のモジュールカードを示す図である。この態様のモジュールカードは、図２に示したラマン用励起光源におけるモジュールカードに対応している。図３に示すように、モジュールカード３４は、レーザダイオードモジュール３８を駆動、制御する電子素子（ＣＰＵ）５１、レーザダイオードモジュール３８を冷却するためのヒートシンク５２、通信・電源供給用の電気コネクタ５３、および、光接続用のコネクタ５４を備えている。
【００３１】
図４は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの他の態様のモジュールカードを示す図である。この態様のモジュールカードは、図１に示したラマン用励起光源におけるモジュールカードに対応している。図４に示すように、
モジュールカード４は、レーザダイオードモジュール８を駆動、制御する電子素子（ＣＰＵ）６１、レーザダイオードモジュール８を冷却するためのヒートシンク６２、通信・電源供給用の電気コネクタ６３、および、光接続用のコネクタ６４を備えており、そして、ヒートシンクは放熱フィンおよび放熱フィンに接続されたヒートパイプ６５からなっている。レーザダイオードモジュールからの熱は、レーザダイオードモジュールに接する放熱フィンによって放熱するとともに、ヒートパイプによって所定の位置に熱移動された後に放熱フィンによって放熱される。
【００３２】
図５は、この発明のラマン用励起光源の１つのシステム概念図である。図５に示すように、固定モジュール２が複数個のレーザダイオードモジュールの駆動、制御を行う機能を備えており、増設モジュール３のモジュールカード４、５、６、７には、レーザダイオードモジュール８、９、１０、１１のみが搭載されている。図５におけるシステムにおいては、固定モジュールにおいて、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御を、固定モジュールにおけるＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）制御回路７０によって一括して行う。
【００３３】
図６は、この発明のラマン用励起光源の他のシステム概念図である。図６においては、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、モジュールカードのそれぞれにおけるＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）制御回路７１、７２、７３、７４によって独立して行われる。
【００３４】
以下に、図６に示すシステムを備えたこの発明のラマン用励起光源について更に詳しく説明する。
この発明のラマン用励起光源は、図２に示すように、モジュールをシステムラックに挿入したときに、システムラックのバックパネル側に位置する固定モジュール２０と、システムラックのフロントパネル側に位置する増設モジュール３０と、固定モジュールと増設モジュールの間に位置する、ＷＤＭ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カップラ等の合波器、アイソレータが配置される光受動部品トレー４０とからなっている。
【００３５】
図６に示すように、固定モジュール２は、レーザダイオードモジュール１２を駆動・制御させるために必要なＤＳＰチップ等の回路７０、光出力をモニターするためのフォトダイオード、アンプモジュールを駆動・制御させるためのＣＰＵ等１４が搭載されている。
スタートアップ時の光信号を増幅する帯域、必要利得によって、固定モジュールに搭載されるレーザダイオードモジュールの数は異なる。図２に示す態様においては、固定モジュールに２個のレーザダイオードモジュール２２が搭載され、それによってスタートアップする。
【００３６】
増設モジュールは、図６に示すように、第１モジュールカード４、第２モジュールカード５、第３モジュールカード６、第４モジュールカード７からなっている。モジュールカード４、５、６、７は、図３に示すように、５０ｍｍ×８５ｍｍのフットプリント上に、１個のレーザダイオードモジュールが搭載されており、そして、レーザダイオードモジュールを駆動・制御するために必要なＤＳＰチップ等の回路が搭載されている。更に、モジュールカードには、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンクが取り付けられ、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタも併せて取り付けられている。
【００３７】
図６に示すように、モジュールカードのそれぞれにＤＳＰ制御回路が搭載され、レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および、自動温度制御はモジュールカードごとに独立して行われる。モジュールカードと固定モジュールの間は、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタ８０によって、電気的・光的に接続されている。上述した制御に際して、固定モジュールに搭載されたＣＰＵから、電流または光出力の設定値が、各モジュールカードのＤＳＰ制御回路に送られる。即ち、図６に示すように、固定モジュールに搭載されたレーザダイオードモジュールが、各モジュールカードに搭載されたレーザダイオードモジュールに対応し、ＣＰＵによって、各ＤＳＰ制御回路を介してレーザダイオードモジュールが制御される。
【００３８】
図３においては、ヒートシンクとしてプレートフィンタイプのヒートシンクを用いているが、ピンフィン等のフィンを用いてもよい。放熱フィンの高さを低くする場合には、図４に示すように、ヒートパイプを使用してレーザダイオードモジュールの熱を効率よく、冷却することも可能である。
【００３９】
光コネクタとして、ＭＵコネクタを使用しているけれども、ＢＬＣ等、その他の光コネクタを使用することもできる。
シングルチャンネルドライバーに搭載されるレーザモジュールの励起波長は、固定モジュールと組合わせて、所定のラマン利得が得られるように決定されている。
なお、伝送システムにおける、励起光の増設においては、ソフトウエア制御による活線挿抜、スイッチ等の機械的な制御による活線挿抜により行われることが好ましい。
【００４０】
次に、図５に示すシステムを備えたこの発明のラマン用励起光源について更に詳しく説明する。
この発明のラマン用励起光源は、モジュールをシステムラックに挿入したときに、システムラックのバックパネル側に位置する固定モジュールと、システムラックのフロントパネル側に位置する増設モジュールと、固定モジュールと増設モジュールの間に位置する、ＷＤＭ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カップラ等の合波器、アイソレータが配置される光受動部品とからなっている。この態様においては、固定モジュールに搭載されたＣＰＵおよびＤＳＰによって、複数のレーザダイオードモジュールの駆動・制御が可能である。
【００４１】
図５に示すように、固定モジュール２は、固定モジュールに搭載されたレーザダイオードモジュール１２、各モジュールカードに搭載されたレーザダイオード４、５、６、７を駆動・制御させるために必要なＤＳＰ制御回路７０、光出力をモニターするためのフォトダイオード、アンプモジュールを駆動・制御させるためのＣＰＵ１４等が搭載されている。
スタートアップ時の光信号を増幅する帯域、必要利得によって、固定モジュールに搭載されるレーザダイオードモジュールの数は異なる。
【００４２】
増設モジュールは、図５に示すように、第１モジュールカード４、第２モジュールカード５、第３モジュールカード６、第４モジュールカード７からなっている。モジュールカード４、５、６、７は、１個のレーザダイオードモジュールが搭載されている。更に、モジュールカードには、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンクが取り付けられ、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタも併せて取り付けられている。
【００４３】
図５に示すように、固定モジュール２が複数個のレーザダイオードモジュールの駆動、制御を行う機能を備えており、増設モジュール３のモジュールカード４、５、６、７は、レーザダイオードモジュール８、９、１０、１１のみが搭載されている。図５におけるシステムにおいては、固定モジュールにおいて、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御を、固定モジュールにおけるＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）制御回路７０によって一括して行う。
【００４４】
モジュールカードと固定モジュールの間は、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタ８０によって、電気的・光的に接続されている。上述した制御に際して、固定モジュールに搭載されたＣＰＵから、電流または光出力の設定値が、固定モジュールに搭載されたＤＳＰ制御回路７０に送られる。即ち、図５に示すように、固定モジュールに搭載されたＣＰＵによって、ＤＳＰ制御回路を介して、各モジュールカードに搭載されたレーザダイオードモジュールが制御される。
【００４５】
なお、ヒートパイプについて説明する。ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却されて、再び液相状態に戻る。そして液相に戻った作動流体は、再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の移動がなされる。
【００４６】
作動流体の還流は、重力や毛細管現象によってなされる。重力式のヒートパイプの場合は、吸熱部を放熱部より下方に配置することによって、作動流体は還流する。毛細管現象によって作動流体を還流させるヒートパイプの場合は、空洞部の内壁に溝を設けたり、空洞内部に金属メッシュ、多孔質体等のウイックを挿入し、溝またはウイックによる毛細管現象によって、作動流体が還流する。
このように、ヒートパイプにおいては、ヒートパイプの密閉された空洞部内に封入された作動流体の相変態と移動により大量の熱の輸送が行われる。従って、ヒートパイプを使用することによって、レーザダイオードモジュールの熱を大量に且つ急速に移動することができるので、レーザダイオードモジュールが更に高出力化し、それらの高い密度の配置にともなって発生する熱を適切に処理することができる。
【００４７】
上述したように、この発明によると、励起用のレーザダイオードモジュールの増設が容易になった。更に、初期コストが安価なラマンアンプモジュールを提供することができる。更に、レーザダイオードモジュールの制御・駆動回路付の小型ラマンアンプを提供することができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述したように、この発明によると、必要最小限の励起波長のレーザダイオードを搭載した固定モジュールと、必要に応じて所要の励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載した、取り外し可能な増設用のカード式の増設モジュールとに区別して準備し、固定モジュールと、増設モジュールとを組合わせることによって、励起中心波長の変更、利得帯域の広がり・変更に柔軟に対応することができるラマン用励起光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のラマン用励起光源の１つの態様を示す図である。
【図２】図２は、この発明のラマン用励起光源の他の１つの態様を示す図である。
【図３】図３は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの１つの態様のモジュールカードを示す図である。
【図４】図４は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの他の態様のモジュールカードを示す図である。
【図５】図５は、この発明のラマン用励起光源の１つのシステム概念図である。
【図６】図６は、この発明のラマン用励起光源の他のシステム概念図である。
【符号の説明】
１．この発明のラマン用励起光源
２．固定モジュール
３．増設モジュール
４．第１モジュールカード
５．第２モジュールカード
６．第３モジュールカード
７．第４モジュールカード
８．レーザダイオードモジュール
９．レーザダイオードモジュール
１０．レーザダイオードモジュール
１１．レーザダイオードモジュール
１２．レーザダイオードモジュール
１３．フォトダイオード
１４．ＣＰＵ
２０．固定モジュール
２２．レーザダイオードモジュール
２３．フォトダイオード
２４．ＣＰＵ
３０．増設モジュール
３４．第１モジュールカード
３５．第２モジュールカード
３６．第３モジュールカード
３７．第４モジュールカード
３８．レーザダイオードモジュール
４０．光受動部品トレー
５１．ＣＰＵ
５２．ヒートシンク
５３．通信・電源供給用電気コネクタ
５４．光接続用のコネクタ
６１．ＣＰＵ
６２．ヒートシンク
６３．通信・電源供給用電気コネクタ
６４．光接続用のコネクタ
６５．ヒートパイプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、利得帯域の変更に対応可能な、所要の信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載する、柔軟性に富んだ、高出力光源、特に、ラマン用励起光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、レーザダイオードモジュールは、光ファイバ通信、特に幹線系・ＣＡＴＶの信号光源やファイバアンプの励起光源として用いられている。このようなレーザダイオードモジュールは、高出力および安定動作を実現するために、ペルチェ素子を内蔵し、そのペルチェ素子上部に搭載された金属基板上にレーザダイオードチップ、フォトダイオードチップ、レンズ等の光学部品、サーミスタ素子、インダクタ、抵抗等の電気部品を配置している。
【０００３】
レーザダイオードモジュールを使用し、ラマン効果を利用したラマン増幅器が知られている。ラマン増幅器は、帯域が広いという特長を有している。即ち、基本的に、利得は励起光の波長によって決まるので、幅広い領域において利用することができる。
【０００４】
信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールがある。従来のラマンアンプモジュールにおいては、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを予め製造して、使用しない信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールは駆動しないで、使用する信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールのみを駆動している。
【０００５】
上述したように、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載するために、高出力の複数個のレーザダイオードモジュールを高い密度で配置することが要求される。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】
上述したように、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを予め製造して、使用しない信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールは駆動しないで、使用する信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールのみを駆動する従来のラマンアンプモジュールには、次の問題点がある。
【０００７】
即ち、信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを製造すると、レーザダイオードモジュールの交換が必要になったときに、レーザダイオードモジュールの交換が困難である。特に、ラマンアンプモジュールをシステムに組み込んだ後に、励起中心波長の変更が生じたときには、対応が困難であった。
【０００８】
更に、伝送容量が増加して、利得帯域が広がるとき、利得帯域を変更するときには、所要に応じた励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載したラマンアンプモジュールを新たに設計して製造し直し、対応できないラマンアンプモジュールと交換し、設置し直す必要があった。
【０００９】
個々のレーザダイオードモジュールが更に高出力化し、それらの高い密度の配置にともなって発生する熱の処理を適切に行わないと、レーザダイオードモジュールの機能を損傷してしまうという問題点がある。
【００１０】
従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、伝送容量が増加して、利得帯域が広がるとき、利得帯域の変更に対応可能な、所要の信号帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載することができる、柔軟性に富んだラマン用励起光源を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、
信号全帯域に対応する励起波長のレーザダイオードモジュールの全てを搭載したラマンアンプモジュールを予め製造するのではなく、必要最小限の励起波長のレーザダイオードを搭載した固定モジュールと、必要に応じて所要の励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載した、取り外し可能な増設用のカード式の増設モジュールとに区別して準備し、固定モジュールと、増設モジュールとを組合わせることによって、励起中心波長の変更、利得帯域の広がり・変更に柔軟に対応することができることが判明した。
【００１２】
更に、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンクを、フィンにヒートパイプが接続されたフィン付ヒートシンクを使用することによって、放熱特性が一段と向上し、優れた放熱性能を備え、小さいスペースで多数のレーザダイオードが搭載されて、広帯域かつ利得が平坦なラマン用励起光源を得ることができることが判明した。
【００１３】
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明のラマン用励起光源の第１の態様は、（Ａ）全体が板状で、その第１面にレーザダイオードモジュールおよび関連する電子・光学部品が搭載され、前記第１面の裏面である第２面に、前記レーザダイオードモジュールを冷却するための冷却装置が設けられた固定モジュールと、（Ｂ）全体が板状で、その第１の面に増設用レーザダイオードモジュールおよび関連する電子・光学部品が搭載され、前記第１の面の裏面に前記増設用レーザダイオードモジュールを冷却するための冷却装置が設けられた増設モジュールカードを備え、（Ｃ）前記増設モジュールカードが、前記固定モジュールに、着脱自在に、かつ、前記固定モジュールおよび前記増設モジュールカードの全体が板状になるように装着されたラマン用励起光源である。
好ましい態様において、複数の前記増設モジュールカードが、前記固定モジュールに、着脱自在に装着される。
また、好ましい態様において、前記固定モジュールの前記冷却装置および前記増設モジュールカードの前記冷却装置は、それぞれ、ヒートシンクを備え、前記増設モジュールカードの前記電子・光学部品は、光接続用コネクタ及び電気コネクタを備え、前記光接続用コネクタ及び電気コネクタは、それぞれ、前記固定モジュールの対応コネクタに光接続、電気接続される。
【００１４】
好ましい形態において、前記固定モジュールは、前記レーザダイオードモジュールを搭載した第１の部分と、前記第１の部分に隣接し、前記対応コネクタを搭載した第２の部分（以下、光受動部品トレーという）から構成される。
さらに、前記光受動部品トレーには、合波器とアイソレータが搭載されることが好ましい。
【００１６】
例えば、前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、前記増設モジュールカードに搭載されたＤＳＰ制御回路により行われる。
【００１８】
あるいは、前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、前記固定モジュールに搭載されたＤＳＰ制御回路により行われる。
【００２１】
好ましい態様において、前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの励起波長は、前記固定モジュールにおける前記レーザダイオードモジュールの励起波長と組合わせて、所定のラマン利得が得られるように決定される。
また、好ましい態様において、前記増設モジュールカードは、その側面が前記固定モジュールの側面に突き合わされた状態で、前記固定モジュールに装着される。
【００２２】
この発明のラマン用励起光源のその他の態様は、前記ヒートシンクがフィン付ヒートシンクからなっており、前記フィンにヒートパイプが接続されている、ラマン用励起光源である。
【００２３】
この発明のラマン用励起光源のその他の態様は、前記ヒートシンクがピンフィン付ヒートシンクからなっている、ラマン用励起光源である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
この発明のラマン用励起光源の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明のラマン用励起光源は、少なくとも１個のレーザダイオードモジュール、前記レーザダイオードモジュールを駆動、制御するための電子素子、および、前記レーザダイオードモジュールにおける光出力をモニターするフォトダイオードが搭載されている固定モジュールと、
前記固定モジュールに取り外し可能に接続され、少なくとも１個のレーザダイオードモジュールを搭載した、所定の数のモジュールカードからなる増設モジュールとを備えたラマン用励起光源である。
【００２５】
この発明のラマン用励起光源は、上述した固定モジュールと、増設モジュールの間に、レーザダイオードモジュールからの励起光を合波するための合波器、アイソレータ、光コネクタ等の光受動部品を備えた光受動部品モジュールを更に備えていてもよい。
【００２６】
図１は、この発明のラマン用励起光源の１つの態様を示す図である。図１に示す態様のこの発明のラマン用励起光源１は、レーザダイオードモジュール１２、レーザダイオードモジュール１２を駆動、制御するための電子素子（例えば、ＣＰＵ）１４、および、レーザダイオードモジュール１２における光出力をモニターするフォトダイオード１３が搭載されている１個の固定モジュール２と、固定モジュール２に取り外し可能に接続され、レーザダイオードモジュール８、９、１０、１１を搭載した、４個のモジュールカード４、５、６、７からなる増設モジュール３とを備えたラマン用励起光源である。即ち、所要に応じて、固定モジュールにモジュールカードを増設することができ、モジュールカードは、取り付け、とり外しが自由にできる。
【００２７】
図２は、この発明のラマン用励起光源の他の１つの態様を示す図である。図２に示す態様のこの発明のラマン用励起光源１０は、固定モジュール２０、増設モジュール３０、および固定モジュール２０と、増設モジュール３０の間に、レーザダイオードモジュールからの励起光を合波するための合波器、アイソレータ、光コネクタ等の光受動部品を備えた光受動部品モジュール４０を備えている。
【００２８】
上述した増設モジュールのモジュールカードは、レーザダイオードモジュールを駆動、制御する電子素子、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンク、通信・電源供給用の電気コネクタ、および、光接続用のコネクタを備えている。更に、この発明のラマン用励起光源において、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、モジュールカードのそれぞれにおいて独立して行われる。
【００２９】
更に、この発明のラマン用励起光源において、固定モジュールが複数個のレーザダイオードモジュールの駆動、制御を行う機能を備えており、増設モジュールのモジュールカードは、レーザダイオードモジュールのみが搭載されており、固定モジュールにおいて、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御を、固定モジュールにおいて一括しておこなってもよい。
【００３０】
図３は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの１つの態様のモジュールカードを示す図である。この態様のモジュールカードは、図２に示したラマン用励起光源におけるモジュールカードに対応している。図３に示すように、モジュールカード３４は、レーザダイオードモジュール３８を駆動、制御する電子素子（ＣＰＵ）５１、レーザダイオードモジュール３８を冷却するためのヒートシンク５２、通信・電源供給用の電気コネクタ５３、および、光接続用のコネクタ５４を備えている。
【００３１】
図４は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの他の態様のモジュールカードを示す図である。この態様のモジュールカードは、図１に示したラマン用励起光源におけるモジュールカードに対応している。図４に示すように、
モジュールカード４は、レーザダイオードモジュール８を駆動、制御する電子素子（ＣＰＵ）６１、レーザダイオードモジュール８を冷却するためのヒートシンク６２、通信・電源供給用の電気コネクタ６３、および、光接続用のコネクタ６４を備えており、そして、ヒートシンクは放熱フィンおよび放熱フィンに接続されたヒートパイプ６５からなっている。レーザダイオードモジュールからの熱は、レーザダイオードモジュールに接する放熱フィンによって放熱するとともに、ヒートパイプによって所定の位置に熱移動された後に放熱フィンによって放熱される。
【００３２】
図５は、この発明のラマン用励起光源の１つのシステム概念図である。図５に示すように、固定モジュール２が複数個のレーザダイオードモジュールの駆動、制御を行う機能を備えており、増設モジュール３のモジュールカード４、５、６、７には、レーザダイオードモジュール８、９、１０、１１のみが搭載されている。図５におけるシステムにおいては、固定モジュールにおいて、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御を、固定モジュールにおけるＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）制御回路７０によって一括して行う。
【００３３】
図６は、この発明のラマン用励起光源の他のシステム概念図である。図６においては、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、モジュールカードのそれぞれにおけるＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）制御回路７１、７２、７３、７４によって独立して行われる。
【００３４】
以下に、図６に示すシステムを備えたこの発明のラマン用励起光源について更に詳しく説明する。
この発明のラマン用励起光源は、図２に示すように、モジュールをシステムラックに挿入したときに、システムラックのバックパネル側に位置する固定モジュール２０と、システムラックのフロントパネル側に位置する増設モジュール３０と、固定モジュールと増設モジュールの間に位置する、ＷＤＭ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カップラ等の合波器、アイソレータが配置される光受動部品トレー４０とからなっている。
【００３５】
図６に示すように、固定モジュール２は、レーザダイオードモジュール１２を駆動・制御させるために必要なＤＳＰチップ等の回路７０、光出力をモニターするためのフォトダイオード、アンプモジュールを駆動・制御させるためのＣＰＵ等１４が搭載されている。
スタートアップ時の光信号を増幅する帯域、必要利得によって、固定モジュールに搭載されるレーザダイオードモジュールの数は異なる。図２に示す態様においては、固定モジュールに２個のレーザダイオードモジュール２２が搭載され、それによってスタートアップする。
【００３６】
増設モジュールは、図６に示すように、第１モジュールカード４、第２モジュールカード５、第３モジュールカード６、第４モジュールカード７からなっている。モジュールカード４、５、６、７は、図３に示すように、５０ｍｍ×８５ｍｍのフットプリント上に、１個のレーザダイオードモジュールが搭載されており、そして、レーザダイオードモジュールを駆動・制御するために必要なＤＳＰチップ等の回路が搭載されている。更に、モジュールカードには、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンクが取り付けられ、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタも併せて取り付けられている。
【００３７】
図６に示すように、モジュールカードのそれぞれにＤＳＰ制御回路が搭載され、レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および、自動温度制御はモジュールカードごとに独立して行われる。モジュールカードと固定モジュールの間は、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタ８０によって、電気的・光的に接続されている。上述した制御に際して、固定モジュールに搭載されたＣＰＵから、電流または光出力の設定値が、各モジュールカードのＤＳＰ制御回路に送られる。即ち、図６に示すように、固定モジュールに搭載されたレーザダイオードモジュールが、各モジュールカードに搭載されたレーザダイオードモジュールに対応し、ＣＰＵによって、各ＤＳＰ制御回路を介してレーザダイオードモジュールが制御される。
【００３８】
図３においては、ヒートシンクとしてプレートフィンタイプのヒートシンクを用いているが、ピンフィン等のフィンを用いてもよい。放熱フィンの高さを低くする場合には、図４に示すように、ヒートパイプを使用してレーザダイオードモジュールの熱を効率よく、冷却することも可能である。
【００３９】
光コネクタとして、ＭＵコネクタを使用しているけれども、ＢＬＣ等、その他の光コネクタを使用することもできる。
シングルチャンネルドライバーに搭載されるレーザモジュールの励起波長は、固定モジュールと組合わせて、所定のラマン利得が得られるように決定されている。
なお、伝送システムにおける、励起光の増設においては、ソフトウエア制御による活線挿抜、スイッチ等の機械的な制御による活線挿抜により行われることが好ましい。
【００４０】
次に、図５に示すシステムを備えたこの発明のラマン用励起光源について更に詳しく説明する。
この発明のラマン用励起光源は、モジュールをシステムラックに挿入したときに、システムラックのバックパネル側に位置する固定モジュールと、システムラックのフロントパネル側に位置する増設モジュールと、固定モジュールと増設モジュールの間に位置する、ＷＤＭ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カップラ等の合波器、アイソレータが配置される光受動部品とからなっている。この態様においては、固定モジュールに搭載されたＣＰＵおよびＤＳＰによって、複数のレーザダイオードモジュールの駆動・制御が可能である。
【００４１】
図５に示すように、固定モジュール２は、固定モジュールに搭載されたレーザダイオードモジュール１２、各モジュールカードに搭載されたレーザダイオード４、５、６、７を駆動・制御させるために必要なＤＳＰ制御回路７０、光出力をモニターするためのフォトダイオード、アンプモジュールを駆動・制御させるためのＣＰＵ１４等が搭載されている。
スタートアップ時の光信号を増幅する帯域、必要利得によって、固定モジュールに搭載されるレーザダイオードモジュールの数は異なる。
【００４２】
増設モジュールは、図５に示すように、第１モジュールカード４、第２モジュールカード５、第３モジュールカード６、第４モジュールカード７からなっている。モジュールカード４、５、６、７は、１個のレーザダイオードモジュールが搭載されている。更に、モジュールカードには、レーザダイオードモジュールを冷却するためのヒートシンクが取り付けられ、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタも併せて取り付けられている。
【００４３】
図５に示すように、固定モジュール２が複数個のレーザダイオードモジュールの駆動、制御を行う機能を備えており、増設モジュール３のモジュールカード４、５、６、７は、レーザダイオードモジュール８、９、１０、１１のみが搭載されている。図５におけるシステムにおいては、固定モジュールにおいて、モジュールカードにおけるレーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御を、固定モジュールにおけるＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）制御回路７０によって一括して行う。
【００４４】
モジュールカードと固定モジュールの間は、通信・電源供給用の電気コネクタ、光接続用のコネクタ８０によって、電気的・光的に接続されている。上述した制御に際して、固定モジュールに搭載されたＣＰＵから、電流または光出力の設定値が、固定モジュールに搭載されたＤＳＰ制御回路７０に送られる。即ち、図５に示すように、固定モジュールに搭載されたＣＰＵによって、ＤＳＰ制御回路を介して、各モジュールカードに搭載されたレーザダイオードモジュールが制御される。
【００４５】
なお、ヒートパイプについて説明する。ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却されて、再び液相状態に戻る。そして液相に戻った作動流体は、再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の移動がなされる。
【００４６】
作動流体の還流は、重力や毛細管現象によってなされる。重力式のヒートパイプの場合は、吸熱部を放熱部より下方に配置することによって、作動流体は還流する。毛細管現象によって作動流体を還流させるヒートパイプの場合は、空洞部の内壁に溝を設けたり、空洞内部に金属メッシュ、多孔質体等のウイックを挿入し、溝またはウイックによる毛細管現象によって、作動流体が還流する。
このように、ヒートパイプにおいては、ヒートパイプの密閉された空洞部内に封入された作動流体の相変態と移動により大量の熱の輸送が行われる。従って、ヒートパイプを使用することによって、レーザダイオードモジュールの熱を大量に且つ急速に移動することができるので、レーザダイオードモジュールが更に高出力化し、それらの高い密度の配置にともなって発生する熱を適切に処理することができる。
【００４７】
上述したように、この発明によると、励起用のレーザダイオードモジュールの増設が容易になった。更に、初期コストが安価なラマンアンプモジュールを提供することができる。更に、レーザダイオードモジュールの制御・駆動回路付の小型ラマンアンプを提供することができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述したように、この発明によると、必要最小限の励起波長のレーザダイオードを搭載した固定モジュールと、必要に応じて所要の励起波長のレーザダイオードモジュールを搭載した、取り外し可能な増設用のカード式の増設モジュールとに区別して準備し、固定モジュールと、増設モジュールとを組合わせることによって、励起中心波長の変更、利得帯域の広がり・変更に柔軟に対応することができるラマン用励起光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のラマン用励起光源の１つの態様を示す図である。
【図２】図２は、この発明のラマン用励起光源の他の１つの態様を示す図である。
【図３】図３は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの１つの態様のモジュールカードを示す図である。
【図４】図４は、この発明のラマン用励起光源における増設モジュールの他の態様のモジュールカードを示す図である。
【図５】図５は、この発明のラマン用励起光源の１つのシステム概念図である。
【図６】図６は、この発明のラマン用励起光源の他のシステム概念図である。
【符号の説明】
１．この発明のラマン用励起光源
２．固定モジュール
３．増設モジュール
４．第１モジュールカード
５．第２モジュールカード
６．第３モジュールカード
７．第４モジュールカード
８．レーザダイオードモジュール
９．レーザダイオードモジュール
１０．レーザダイオードモジュール
１１．レーザダイオードモジュール
１２．レーザダイオードモジュール
１３．フォトダイオード
１４．ＣＰＵ
２０．固定モジュール
２２．レーザダイオードモジュール
２３．フォトダイオード
２４．ＣＰＵ
３０．増設モジュール
３４．第１モジュールカード
３５．第２モジュールカード
３６．第３モジュールカード
３７．第４モジュールカード
３８．レーザダイオードモジュール
４０．光受動部品トレー
５１．ＣＰＵ
５２．ヒートシンク
５３．通信・電源供給用電気コネクタ
５４．光接続用のコネクタ
６１．ＣＰＵ
６２．ヒートシンク
６３．通信・電源供給用電気コネクタ
６４．光接続用のコネクタ
６５．ヒートパイプ
Claims (9)
- （Ａ）全体が板状で、その第１面にレーザダイオードモジュールおよび関連する電子・光学部品が搭載され、前記第１面の裏面である第２面に、前記レーザダイオードモジュールを冷却するための冷却装置が設けられた固定モジュールと、
（Ｂ）全体が板状で、その第１の面に増設用レーザダイオードモジュールおよび関連する電子・光学部品が搭載され、前記第１の面の裏面に前記増設用レーザダイオードモジュールを冷却するための冷却装置が設けられた増設モジュールカードを
備え、
（Ｃ）前記増設モジュールカードが、前記固定モジュールに、着脱自在に、かつ、前記固定モジュールおよび前記増設モジュールカードの全体が板状になるように装着されたラマン用励起光源。 - 複数の前記増設モジュールカードが、前記固定モジュールに、着脱自在に装着された、請求項１に記載のラマン用励起光源。
- 前記固定モジュールの前記冷却装置および前記増設モジュールカードの前記冷却装置は、それぞれ、ヒートシンクを備え、前記増設モジュールカードの前記電子・光学部品は、光接続用コネクタ及び電気コネクタを備え、前記光接続用コネクタ及び電気コネクタは、それぞれ、前記固定モジュールの対応コネクタに光接続、電気接続される、請求項１または２に記載のラマン用励起光源。
- 前記固定モジュールは、前記レーザダイオードモジュールを搭載した第１の部分と、前記第１の部分に隣接し、前記対応コネクタを搭載した第２の部分（以下、光受動部品トレーという）から構成される請求項３に記載のラマン用励起光源。
- さらに、前記光受動部品トレーには、合波器とアイソレータが搭載されている請求項４に記載のラマン用励起光源。
- 前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、前記増設モジュールカードに搭載されたＤＳＰ制御回路により行われる、請求項１に記載のラマン用励起光源。
- 前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの自動電流制御（ＡＣＣ）、自動光出力制御（ＡＰＣ）、および／または、自動温度制御は、前記固定モジュールに搭載されたＤＳＰ制御回路により行われる、請求項１に記載のラマン用励起光源。
- 前記増設モジュールカードにおける前記増設用レーザダイオードモジュールの励起波長は、前記固定モジュールにおける前記レーザダイオードモジュールの励起波長と組合わせて、所定のラマン利得が得られるように決定される、請求項１または２に記載のラマン用励起光源。
- 前記増設モジュールカードは、その側面が前記固定モジュールの側面に突き合わされた状態で、前記固定モジュールに装着されている、請求項１または２に記載のラマン励起光源。
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