JP4043740B2 - 光増幅器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に関し、更に詳しくは、複数チャネルの光信号の増幅が可能で小型化に適した光増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、低損失(例えば0.2dB/km)な石英系の光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバによる損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、光信号(又は信号光)を増幅する光増幅器が実用に供されている。
【0003】
従来知られているのは、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピングピング(励起)する手段とを備えた光増幅器である。
【0004】
例えば、石英系ファイバで損失が最も小さい波長1.55μm帯の信号光を増幅するために、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)が開発されている。EDFAは、光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ(EDF)と、予め定められた波長を有するポンプ光をEDFに供給するためのポンプ光源とを備えている。例えば、0.98μm帯或いは1.48μm帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長1.55μmを含む利得帯域が得られる。
【0005】
一方、光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重(WDM)がある。WDMが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたWDM信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信端では、受けたWDM信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。
【0006】
WDM及び光増幅器を組み合わせてシステムを構築する場合、利得偏差或いは利得傾斜で代表される光増幅器の利得の波長特性によって伝送距離が制限される。例えば、典型的なEDFAにおいては、波長1.55μmの近傍で利得偏差が生じる。カスケード接続された複数のEDFAについて利得偏差が累積すると、利得が小さい帯域に含まれるチャネルの光SNR(信号対雑音比)が悪くなる。従って、高品質な伝送を可能にするためには、光増幅器の利得の波長特性は平坦であることが望ましい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光増幅器の基本構造は単純ではあるが、実際のシステムに組み込んで使用する場合、種々の付加的機能が要求される。例えば、入力パワーレベルの変動に関わらず出力パワーレベルを一定に保つためにALC(自動レベル制御)が採用され、これにより入力ダイナミックレンジが広くされる。また、利得の波長特性を一定に保つために、利得が一定に制御される。
【0008】
このような付加的な機能を得るために、モニタ用の光カプラやフォトディテクタその他の部品が多用される。その結果、部品点数が多くなりがちであり、光増幅器の小型化が困難であった。
【0009】
なお、光増幅器の小型化のための関連技術として、特開平8−304855号公報に記載されたものがある。
【0010】
よって、本発明の目的は、小型化に適した光増幅器を提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【0012】
本発明の側面によると、各々希土類元素がドープされたn(nは1より大きい整数)本のドープファイバと、前記n本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の入力側光ファイバと、前記n本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の出力側光ファイバと、ポンプ光を放射する光源コリメータと、前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの入力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする光増幅器が提供される。
【0013】
本発明の他の側面によると、各々希土類元素がドープされたn(nは1より大きい整数)本のドープファイバと、前記n本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の入力側光ファイバと、前記n本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の出力側光ファイバと、ポンプ光を放射する光源コリメータと、前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの出力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする光増幅器が提供される。
【0014】
本発明による光増幅器では、ポンプ光を放射する光源コリメータとフィルタ部材とを特定の位置関係で配置しているので、効率的な部品配置等が可能になり、光増幅器の小型化が可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明による光増幅器の実施形態を示す一部破断平面図である。また、図2の(A)は図1に示される光増幅器を2A−2A線に沿って見た図であり、図2の(B)は同じく2B−2B線に沿って見た図である。
【0017】
この光増幅器は、増幅されるべき光信号の伝搬経路に沿って、入力ポートとしての4ポートの光ファイバアレイ2と、レンズアレイ4と、偏光無依存型の光アイソレータ6と、ポンプ光に関連して設けられるフィルタ部材8と、レンズアレイ10と、EDF(エルビウムドープファイバ)モジュール12と、レンズアレイ13と、偏光無依存型の光アイソレータ14と、レンズアレイ16と、分岐カプラアレイ18と、出力ポートとしての4ポートの光ファイバアレイ20とをこの順に設けて構成されている。また、分岐カプラアレイ18に付随して4ポートのPD(フォトディテクタ又はフォトダイオード)アレイ22が設けられており、各部品は基板23上に実装されている。
【0018】
光ファイバアレイ2は、4本の光ファイバ24(#1〜#4)を互いに平行に支持して構成されており、これらのファイバには増幅すべき単一の光信号或いは複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光が供給される。光ファイバ24(#1〜#4)の各々にWDM信号光が供給されている場合、これらは同じ帯域にスペクトルを有するものであっても良いし、異なる帯域にスペクトルを有するものであっても良い。
【0019】
レンズアレイ4は、光ファイバ24(#1〜#4)の出力端に対向して設けられる4つのレンズ26を有している。各レンズ26の集光作用によって、各ファイバの出力端から放射された信号光は一般的にはコリメートされて平行ビームに整形される。
【0020】
光アイソレータ6及びフィルタ部材8は、レンズ26によりコリメートされた平行ビームが通過するように設けられている。フィルタ部材8は、各ビームに対して斜めに配置される透明なプレート28と、プレート28のビームの通過位置に設けられる4つのフィルタ膜30(#1〜#4)とを備えている。
【0021】
レンズアレイ10は、フィルタ膜30(#1〜#4)を透過したビームを集束するための4つのレンズ32を備えている。
【0022】
EDFモジュール12は、4本のEDF36(#1〜#4)をボビン38に巻回して構成されている。レンズ32により集束させられた光ビームは、それぞれEDF36(#1〜#4)の入力端に供給される。
【0023】
レンズアレイ13は、EDF36(#1)の入力端と反対側にある出力端にそれぞれ対向するように設けられた4つのレンズ30を有している。EDF36(#1〜#4)の出力端から放射された光は、レンズ40によりそれぞれ平行ビームにされて、光アイソレータ14を通過してレンズアレイ16の4つのレンズ42により集束させられる。そして、集束させられた光は、分岐カプラアレイ18によって主信号光とモニタ光に分けられ、主信号光はそれぞれ出力ポートとしての光ファイバアレイ20を構成している4本の光ファイバ44(#1〜#4)に供給され、モニタ光はPDアレイ22の各PDに供給される。主信号光とモニタ光のパワーの分配比は例えば10:1である。
【0024】
フィルタ部材8を介してEDF36(#1〜#4)の各々にポンプ光を供給するために、光源コリメータ46が設けられている。光源コリメータ46は、ポンプ光源に光学的に接続される光ファイバ48と、光ファイバ48の出力端から放射されたポンプ光のビームパラメータを変換するためのレンズ50とをスリーブ52により所定の位置関係で保持して構成されている。
【0025】
ビームパラメータを変換されたポンプ光はフィルタ膜30(#1〜#4)の各々で反射されて、プレート28を透過した増幅されるべき信号光とともにEDF36(#1〜#4)の各々にその入力端から供給される。
【0026】
図3を参照すると、図1に示されるフィルタ膜30(#1〜#4)の透過率の波長特性の一例が示されている。フィルタ膜30(#1〜#4)はここでは、それぞれ中心波長λp1〜λp4を中心としてある帯域だけ透過率が0.2%よりも小さく、それ以外の帯域では98%よりも大きくなるようになっている。波長λp1〜λp4は例えば1.46乃至1.48μmの範囲にあり、これと重ならないように信号波長帯域(例えば1.53乃至1.61μm)が設定される。従って、ポンプ光はフィルタ膜30(#1〜#4)で反射し、増幅されるべき信号光はフィルタ膜30(#1〜#4)を透過する。
【0027】
光源コリメータ46の光ファイバ48が光学的に接続されるポンプ光源は、図3に示されるポンプ光の帯域を全て含むスペクトルを有する単一の光源であっても良いし、複数の光源からのポンプ光を合波して得られるようにした光源であっても良い。この合波には例えば光マルチプレクサによる波長分割多重や偏波合成を用いることができる。
【0028】
この実施形態では、透過率の波長特性が異なる複数のフィルタ膜30(#1〜#4)を用いているので、複数の光源をポンプ光源として有している場合に、EDF36(#1〜#4)の利得制御等を容易に独立して行なうことができるようになる。また、EDF36(#1〜#4)に供給される増幅すべき信号光の帯域が異なる場合等のように、異なる波長のポンプ光をそれぞれ必要とする場合に、容易にこれに対処することができる。
【0029】
図4は本発明による光増幅器の第2実施形態を示す一部破断平面図である。図5の(A)は図4に示される光増幅器を5A−5A線に沿って見た図であり、図5の(B)は同じく5B−5B線に沿って見た図である。
【0030】
この実施形態は、図1に示される実施形態が前方励起型光増幅器であるのに対して後方励起型光増幅器である点で特徴付けられる。即ち、図1に示される実施形態では、フィルタ部材8を光アイソレータ6とレンズアレイ10との間に設けて光源コリメータ46からのポンプ光が増幅されるべき信号光と同じ方向にEDF36(#1〜#4)の各々に供給されるようにしているのと対比して、図4に示される実施形態では、フィルタ部材8をレンズアレイ13と光アイソレータ14との間に設け、光源コリメータ46からのポンプ光がEDF36(#1〜#4)の各々の出力端から各EDFに供給されるようにしている。
【0031】
また、この実施形態では、入力ポートにおける各信号光パワーをモニタリングするために、光ファイバアレイ2の出力端とレンズアレイ4との間に分岐カプラアレイ54を設け、それに付随してPDアレイ56を設けている。
【0032】
これにより、PDアレイ56によって信号光の入力パワーを、また、PDアレイ22によって信号光の出力パワーをモニタリングすることができるので、その両者のモニタリング値からこの光増幅器の利得を容易に知ることができる。例えば、得られた利得に基づいてポンプ光パワーを制御することによって、利得を一定にし或いは利得の波長特性を一定にすることができる。
【0033】
図6は本発明による光増幅器の第3実施形態を示す側面図である。この実施形態は図4に示される実施形態と対比して、予め定められた形状を有する基板23を用いることによって、各部品の基板23への実装を容易にしている点で特徴付けられる。即ち、レンズアレイ4及び10、光アイソレータ6、フィルタ部材8及び分岐カプラアレイ54等に関しては、基板23上に詰58を形成しておくことによってそれらの位置決めを容易にし、また、ファイバアレイ2及び36については、基板60上にV溝を設けることによって、それらの位置合わせを容易にしている。
【0034】
基板23の材質としてシリコンを用いた場合、異方性エッチング等によりV溝60の形成が容易である。基板23としてガラスからなるものを用いても良い。
【0035】
以上説明した実施形態では、ドープファイバとしてEDFを用いている。この場合、ポンプ光の帯域は例えば1460乃至1480mm、信号光の帯域は1500乃至1620mmである。
【0036】
本発明は他の希土類イオンがドープされたドープファイバにも適用可能である。例えば、Ndを採用してポンプ光の帯域を800乃至830nmに設定することによって、信号光の帯域を1320乃至1400nmとすることができる。また、Tmを用い、励起光帯域を1380乃至1410nmに設定することによって、信号光の帯域を1450乃至1500にすることができる。さらに、Prを用いて励起光の帯域を980乃至1050nmに設定することによって、信号光の帯域を1280乃至1340nmにすることができる。或いはまた、Ybを用い励起光の帯域を910乃至980nmに設定することによって、信号光の帯域を970乃至1120nmにすることができる。
【0037】
以上説明した実施形態によると、光増幅器内におけるEDF等の余丁処理が不要であり、また、各種部品をアレイ化しているので、光増幅器の小型化が可能である。特に、図6に示される実施形態のように、基板23を予め定められた形状に加工しておくことによって、各部品の搭載が容易になり、製造が容易な光増幅器の提供が可能になる。
【0038】
本発明は以下の付記を含むものである。
【0039】
(付記1) 各々希土類元素がドープされたn(nは1より大きい整数)本のドープファイバと、
前記n本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の入力側光ファイバと、
前記n本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させるフィルタ部材とを備えた光増幅器。
【0040】
(付記2) 各々希土類元素がドープされたn(nは1より大きい整数)本のドープファイバと、
前記n本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の入力側光ファイバと、
前記n本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられ、増幅された光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させるフィルタ部材とを備えた光増幅器。
【0041】
(付記3) 付記1又は2に記載の光増幅器であって、
前記フィルタ部材は、増幅されるべき光信号に対して透明なプレートと、前記光信号が透過する位置に設けられた複数のフィルタ膜とを含む光増幅器。
【0042】
(付記4) 付記3に記載の光増幅器であって、
前記複数のフィルタ膜の透過率の波長特性は異なる光増幅器。
【0043】
(付記5) 付記1又は2に記載の光増幅器であって、
前記光源コリメータは、ポンプ光源に光学的に接続された光ファイバと、前記光ファイバから放射されたポンプ光のビームパラメータを変換するレンズとを含み、
前記ビームパラメータを変換されたポンプ光が前記フィルタ部材に照射される光増幅器。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、小型化に適した光増幅器の提供が可能になるという効果が生じる。本発明の特定の実施形態により得られる効果は以上説明した通りであるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による光増幅器の第1実施形態を示す一部破断平面図である。
【図2】図2の(A)及び(B)はそれぞれ図1に示される光増幅器を2A−2A線及び2B−2B線に沿って見た図である。
【図3】フィルタ部材の特性を示すグラフである。
【図4】本発明による光増幅器の第2実施形態を示す一部破断平面図である。
【図5】図5の(A)及び(B)はそれぞれ図4に示される光増幅器を5A−5A線及び5B−5B線に沿って見た図である。
【図6】図6は本発明による光増幅器の第3実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
2,20 ファイバアレイ
4,10,13,16 レンズアレイ
8 フィルタ部材
12 EDFモジュール
46 光源コリメータ
Claims (2)
- 各々希土類元素がドープされたn(nは1より大きい整数)本のドープファイバと、
前記n本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の入力側光ファイバと、
前記n本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、
前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、
前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの入力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、
前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする
光増幅器。 - 各々希土類元素がドープされたn(nは1より大きい整数)本のドープファイバと、
前記n本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の入力側光ファイバと、
前記n本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたn本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、
前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、
前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの出力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、
前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする光増幅器。
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