JP4216206B2 - 光合波方法および光合波器、並びに、それを用いた光増幅器 - Google Patents

光合波方法および光合波器、並びに、それを用いた光増幅器 Download PDF

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Description

本発明は、各種の光通信システムにおいて利用される波長の異なる光を合波するための光合波方法および光合波器、並びに、それを用いた光増幅器に関し、特に、簡略な光回路構成によって光の合波を実現するための技術に関する。
光増幅器は光通信システムの長距離化および大容量化を実現するキーコンポーネントの１つである。光増幅器は反転分布媒質からの誘導放出を用いるレーザ増幅器と、ラマン散乱やブリルアン散乱などの非線形光学効果に基づく増幅器に分別される。レーザ増幅器には、希土類添加ファイバ増幅器と半導体増幅媒体を用いる半導体レーザ増幅器がある。前者は光励起により、また、後者は注入電流励起により光増幅器として動作する。これらの光増幅器の中で、希土類添加ファイバ増幅器は、例えば、ビットレートフリー、高利得、低雑音、広帯域、低い結合損失、低偏光依存性、高効率などの性能面で大きな利点を有している。希土類添加ファイバ増幅器の中でも、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ増幅器（Erbium-doped fiber amplifier：以下、ＥＤＦＡとする）が一般的であり、現在、光ファイバ通信システムにおいて実用化されている。このようなＥＤＦＡ等に代表される光通信用光増幅器の性能（利得、ＮＦ）およびコストは、光通信システムのキーファクターとなっており、いかに所要の性能を保ちつつ、コストダウンを図るかが重要となる。
光通信用の光増幅器のコストは、一般に、励起光源とその合波系に要するコストが占める割合が大きい。励起光源の低コスト化を図るための手段の１つとして、一般民生用（例えば、ＤＶＤ用やＣＤ−Ｒ用など）の安価な半導体レーザ（ＬＤ）を励起光源として適用する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、厳しい信頼度（寿命）が要求される光通信用の光増幅器に対して、信頼性は劣るが安価である励起光源を用いた光増幅器を適用可能にするためには、コストメリットを持たせつつ信頼度を所定値まで向上させることが重要となる。
安価なＬＤを利用した励起光源の信頼性を向上させるための１つの方法として、例えば、励起ＬＤ単体では信頼性が劣るが多数の励起ＬＤを適用することで信頼性を所定のレベルまで向上させる冗長構成を採用することが有効である。公知の光増幅器の冗長構成では、たとえ励起ＬＤの単価が安価であっても、冗長構成に対応した合波系の光部品に要するコストが高価になってしまうため、光増幅器全体としてのコストダウンを期待することは難しい。具体的には、励起ＬＤの数が増えるのに伴って、高価な光合波器の追加によるコストアップ（部品点数の増加に伴うアセンブリコストの上昇を含む）を招くと共に、合波系挿入損失の増加による励起ＬＤ単体の所要出力パワーの増加も生じることになる。このため、合波系の部品点数を削減可能にして低コスト化を実現できるような光合波技術を確立することが望まれる。
波長の異なる光を合波するための従来技術としては、例えば、チルト型グレーティング（tilted grating）を利用して光の合波を行う技術が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。チルト型グレーティングは、光ファイバや光導波路等の光路の軸方向に対して、グレーティングの方向（屈折率上昇が起きている面に垂直な方向）を傾けて作成したものであり、スラント型グレーティング（slanted grating）と呼ばれることもある。
具体的に、特許文献２には、フォトダイオードが形成されたシリコン基板上に配した導波路にグレーティングカプラを設け、そのグレーティングカプラに対向する位置に半導体レーザおよび光ファイバを配置し、半導体レーザから出射される送信光がグレーティングカプラに４５°の入射角で入射され、グレーティングカプラで全反射されて光ファイバに送られると共に、送信光とは波長の異なる受信光が光ファイバから出力されてグレーティングカプラに４５°の入射角で入射され、グレーティングカプラによって導波路内に励振されてフォトダイオードで受信されるようにした装置が開示されている。また、特許文献３には、チルト型ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）がコアに書き込まれた光ファイバのクラッド表面に上記ＦＢＧと結合するレンズを形成し、レンズを介して光ファイバ内を導波してきた光がチルト型ＦＧＢで反射されてコアの中に導かれるようにした光学装置が開示されている。
上記のようなチルト型グレーティングを用いた光合波方法は、光増幅器の励起系においてＷＤＭカプラや偏波合成器等を用いて複数の励起光を順次ツリー状に合波して行く場合（例えば図１８参照）に比べて、簡単な構成により複数の波長光を合波することができるため、光増幅器における励起光合波系の部品点数削減を図るのに有効な技術の１つであると考えられる。
特開平６−３１８７５０号公報 特開平８−１７１０３１号公報 特表２００１−５１６４６８号公報
しかしながら、上記のようなチルト型グレーティングを用いた従来の光合波技術を光増幅器の励起光合波系に応用した場合、次のような問題点が考えられる。すなわち、上記特許文献２に示された光合波技術を光増幅器に応用した場合、導波路上に形成されたバルク型のグレーティングにより励起光の合波を行うことになる。ＥＤＦＡ等の光増幅器に用いられる増幅媒体は一般にファイバ型であり、上記のようなバルク型のグレーティングとの組み合わせは挿入損失の増加を招き、励起ＬＤ単体の所要出力パワーを増加させる可能性があるため、低コスト化には必ずしも有効ではない。
また、特許文献３に示された光合波技術を光増幅器に応用した場合、光ファイバに形成されたチルト型グレーティングに対して励起光が外部の光ファイバおよびレンズを介して導入されることになり、このようなチルト型グレーティングへの励起光導入のための光回路構成が複雑化し、チルト型グレーティングの利用による部品点数の削減効果を低減させてしまう可能性がある。
さらに、上述したような従来の光合波技術については、高い結合効率を得るために合波する光の波長とチルト型グレーティングの反射波長とを高い精度で一致させることが必要になるが、励起光源の出力波長やチルト型グレーティングの反射波長は部品個体差や温度変動の外部要因等によって変化し所要の励起光パワーを得ることが難しくなる。また、光増幅器を安定して動作させるためにも、合波される励起光の波長を固定する機能が求められる。しかし、このような機能の実現は光増幅器全体の部品点数の増加およびコストアップを招くことになる。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、ファイバブラッググレーティングを利用し、簡略な光回路構成により波長の異なる光を所要の波長に固定して安定に合波することのできる光合波方法および光合波器を実現することを目的とする。また、それを用いて励起光の合波系を構成することで部品点数の削減および低コスト化を図った光増幅器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の光合波方法は、光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する方法であって、前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングに、光源から出射される前記第２の光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より自由空間を介して照射し、該第１のファイバブラッググレーティングで反射した前記第２の光を前記光ファイバの中に結合させ、前記第２の光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバ１の軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記光ファイバの中に結合された前記第２の光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、前記光源との間で、前記第２の光を共振させるようにした方法である。
本発明の光合波器の１つの態様は、光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する光合波器であって、前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングと、前記第２の光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より前記第１のファイバブラックグレーティングに照射する光源と、前記第２の光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバの軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記光源から前記第１のファイバブラッググレーティングに照射され前記光ファイバの中に結合された前記第２の光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、を備え、前記第２の光が、前記第１のファイバブラッググレーティングを介して、前記光源と前記第２のファイバブラッググレーティングとの間で共振するようにしたものである。
上記のような光合波方法および光合波器では、光源からの出射光が第１のファイバブラッググレーティングに照射されて反射され、光ファイバの中に結合された第２の光は、光ファイバ上に形成された低反射率の第２のファイバブラッググレーティングによってその一部が反射されて光源との間で共振する。これにより、第１のファイバブラッググレーティングを介して合波される光の波長が第２のファイバブラッググレーティングの反射波長で固定化されるようになる。
本発明の光増幅器は、増幅媒体に供給する励起光の合波系として上記のような本発明による光合波構成を適用したものである。
本発明の光合波方法および光合波器によれば、第１の光が伝搬する光ファイバ上に形成したチルト型の第１ファイバブラッググレーティングに対して第２の光を直接照射して光ファイバの中に結合させるようにしたことで、第１および第２の光の合波を非常に簡略な構成により実現することが可能になる。また、第１のファイバブラッググレーティングを介して光ファイバの中に結合された第２の光を反射する第２のファイバブラッググレーティングを光ファイバ上に形成して、光源との間で共振構造をとるようにすることで、合波光の波長の安定化を図ることができる。このような本発明による光合波技術を適用して光増幅器の励起光合波系を構成することにより、特に励起光波長多重を用いた冗長構成への適用によって、光増幅器の部品点数の削減および低コスト化を容易に実現することが可能になる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による光合波器の一実施形態を示す構成図である。
図１において、本実施形態の光合波器は、例えば、光ファイバ１の中を伝搬する波長λ１の光Ｌ１に対して、該光Ｌ１とは波長の異なる波長λ２の光Ｌ２を合波する光合波器であって、光ファイバ１上に、波長λ２の光Ｌ２に対して十分に高い反射率を有し光ファイバ１の軸方向に対してグレーティング方向を傾けて形成されたチルト型ファイバブラックグレーティング（tilted ＦＢＧ）２を備え、光ファイバ１の外部より与えられる波長λ２の光Ｌ２が、チルト型ＦＢＧ２のグレーティングピッチ（周期）Ｐおよび波長λ２に応じて決まる角度θ0の方向より自由空間を通ってチルト型ＦＢＧ２に直接照射されるようにしたものである。ここでは、波長λ２の光Ｌ２を発生する光源３がチルト型ＦＢＧ２に対して角度θ0の方向に配置され、光源３から出射される光Ｌ２がその途中に光ファイバ等を介すことなくチルト型ＦＢＧ２に直接照射される。
チルト型ＦＢＧ２は、コアおよびクラッドを有する光ファイバ１の長手方向に沿った所定の範囲に、波長λ２の光Ｌ２に対して十分に高い反射率（理想的には１００％の反射率）が得られるように全長Ｌおよびピッチ（周期）Ｐ、屈折率振幅Δｎが設計されたブラッググレーティングを形成したものである。このグレーティングの方向、すなわち、屈折率上昇が起きている面に垂直な方向は、波長λ２の反射光が後進クラッドモードへ結合するように、光ファイバ１の軸方向に対して傾けられている。なお、チルト型ＦＢＧ２は、光ファイバ１内を伝搬する波長λ１の光Ｌ１に対してほぼ１００％の透過率を有するものとする。図２は、チルト型ＦＢＧ２の透過波長特性の一例である。
ここで、チルト型ファイバブラッググレーティングの基本的な特性について詳しく説明する。
まず、一般にファイバグレーティングとは、光ファイバのコアの紫外光誘起による屈折率変化を用いて、光ファイバ上にブラッグ回折格子（グレーティング）を形成したものであり、ブラッグ波長の光のみを反射（または遮断）する反射フィルタとして機能する。また、ファイバグレーティングは、光ファイバの長手方向に数万層もの格子を形成することにより、波長に対して反射率（または透過率）が急峻に変化するシャープなスペクトル特性を実現することができる。
具体的に、ファイバグレーティングのブラッグ反射波長λBは、光ファイバの伝搬モードに対する実屈折率ｎおよびグレーティングピッチＰを用いて、次の（１）式により表される。
λB＝２ｎＰ…（１）
また、反射スペクトルの帯域幅ΔλBは、グレーティング長Ｌおよび屈折率変調の振幅Δｎを用いて、（２）式により表される。
ΔλＢ＝｛λB 2／（πｎＬ）｝×｛π2＋（πΔｎＬ／λB）2｝1/2…（２）
さらに、グレーティング反射率ＲBは、コア領域に含まれる伝搬光エネルギーの割合γを用いて、（３）式により表される。
ＲB＝ｔａｎｈ2（πＬΔｎγ／λB）…（３）
上記のようなファイバグレーティングは、ファイバ型光部品の特長（低損失、光線路との結合性の良さ）と優れた反射スペクトル特性から、グレーティングピッチＰやグレーティング長Ｌ等の各種設計パラメータを制御することにより、例えば、分散補償ファイバ、チューナブル光フィルタ、利得等化器等といった広い範囲で応用され、実用化されている。
加えて、特定の波長の光を入射方向に反射するだけでなく、光ファイバの軸方向に対して斜めにグレーティングを作成することにより反射光をクラッド領域に放射させることができ、この後進クラッドモードへ結合した光は光ファイバ外に放出されることから、光スペクトルモニタや利得等化器等への応用例も報告されている（例えば、非特許文献１：C. K. Madsen et al., “Planar Waveguide Optical Spectrum Analyzer Using a UV-Induced Grating”, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.4, No.6,NOVEMBER/DECEMBER 1998,925-929.や、非特許文献２：Jefferson L. Wagener et al., “Fiber Grating Optical Spectrum Analyzer Tap”, ECOC,1997,65-68,postdeadline paper V.5.、非特許文献３：小向哲郎外１名，「光ファイバグレーティング技術の最近の展開」，信学技報ＯＰＥ９５−１１４（１９９５−１２）等参照）。
図１に示した本発明の光合波器の実施形態では、上記のようなチルト型ＦＢＧの分光特性を利用して、異なる波長λ１，λ２の光Ｌ１，Ｌ２の合波を簡略な構成により実現しており、次に述べるような（Ａ）合波光の高結合効率の向上、（Ｂ）チルト型ＦＢＧの反射波長特性の最適化、が主要な技術的ポイントとなる。
（Ａ）合波光の高結合効率の向上
合波光を発生する光源３のコストを低く抑え、信頼性を高く保つためには、合波光の結合効率を向上させることが求められ、具体的にはチルト型ＦＢＧ２における合波光の反射率を可能な限り高くすることが重要となる。高反射率の実現のためには、前述の（３）式より、グレーティング長Ｌと屈折率変調の振幅Δｎを大きくすれば良いことが分かる。屈折率変調の振幅Δｎを大きくする手段としては、例えば、光ファイバ１のコアの屈折率を高くするために添加されるゲルマニウム（Ｇｅ）を高濃度化する方法や、光ファイバ１に水素添加処理を施す方法などがある。このような方法を適用することによって、９９％以上の反射率を有するファイバグレーティングを実現させることが可能になる。また、チルト型ＦＢＧ２の反射率は、後述するように光ファイバ１の軸方向に対するグレーティング方向の角度によっても変化するため、チルト型ＦＢＧ２に入射される波長λ２の光Ｌ２の入射角度を最適化することも重要となる。合波光Ｌ２の最適な入射角度の詳細については後述する。
（Ｂ）チルト型ＦＢＧの反射波長特性の最適化
異なる波長λ１，λ２の光Ｌ１，Ｌ２の合波を実現可能にするためには、チルト型ＦＢＧ２の反射波長特性が波長λ２において所望の狭帯域性（必要最小限度の帯域）を有するように設計を行うことが必要となり、具体的には、次に示す関係式を用いてチルト型ＦＢＧ２の反射波長特性を最適化する。
チルト型ＦＢＧ２の真空中における反射波長λB’は、上述の（１）式に示したブラッグ反射波長λB（グレーティング方向が光ファイバの軸方向に対して垂直の場合）よりもクラッドモード実効屈折率差分だけ短波長側にずれるため、光ファイバ１のコアの実効屈折率ｎcoreおよびクラッドの実効屈折率ｎcladを用いて、次の（４）式により表されることが知られている。
λB’＝Ｐ（２・ｎcore・ｎclad）…（４）
また、上記チルト型ＦＢＧ２の反射波長λB’と、図３に示すような反射光の放射角度θ0およびグレーティング面の斜度θTとの関係については、次の（５）式により表されることも知られている。
λB’＝λB（１＋ｃｏｓθ0）／２ｃｏｓθT…（５）
上記の（４）式および（５）式の関係より、反射光の放射角度θ0、換言すれば、チルト型ＦＢＧ２に対する合波光Ｌ２の入射角度θ0は、反射波長λB’とグレーティングピッチＰに応じて決まることが分かる。反射波長λB’をλ２に固定した場合には、それに対応したグレーティングピッチＰが（４）式により決まり、さらに、波長λ２およびグレーティングピッチＰに対応した最適な入射角度θ0が（５）式により決まる。したがって、このグレーティングピッチＰを有するチルト型ＦＢＧ２を光ファイバ１に形成し、入射角度θ0の方向に一致させて光源３を配置することで、合波光Ｌ２の波長λ２に対応したチルト型ＦＢＧ２の最適な反射波長特性が実現されるようになる。
このように、図１に示した光合波器の一実施形態によれば、合波光Ｌ２の波長λ２に対応させて、十分に高い反射率が得られると同時に最適な反射波長特性が実現されるようにグレーティングピッチＰおよび光源３の配置が設計されることで、光源３から出射される波長λ２の光Ｌ２が、光ファイバ等の光学系を介すことなくチルト型ＦＢＧ２に直接照射され、光ファイバ１内を伝搬する波長λ１の光Ｌ１と合波されるようになる。このような光合波器は、従来の構成に比べて部品点数の削減を図ることができる。また、チルト型ＦＢＧ２はファイバ型の構成であるため、光増幅器の励起光合波系として用いた場合、ファイバ型の増幅媒体との良好な結合を容易に実現することが可能になる。
なお、上述の図１に示した構成では、合波される波長λ２の光Ｌ２の光ファイバ１内での伝搬方向が、波長λ１の光Ｌ１の伝搬方向とは逆となる一例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば図４に示すように、チルト型ＦＢＧ２に対して波長λ２の光Ｌ２が入射される方向を反対側に変えることで、光ファイバ１内における各波長λ１，λ２の光Ｌ１，Ｌ２の伝搬方向が同じになるようにすることも可能である。
また、チルト型ＦＢＧ２に関しては偏光依存性が発生することが知られているため、例えば、信号光の合波に使用する場合などには注意が必要である。具体的には、光ファイバ１の軸方向に対するグレーティング方向の傾きが大きくなると偏光依存性も大きくなるので、チルト型ＦＢＧ２の偏光依存性による信号光の伝送特性への影響を考慮した設計が求められるようになる。ただし、光増幅器における励起光の合波に使用する場合には、信号光の場合のように信号光の伝送特性に直接的な影響は与えることはなく、励起光の偏光依存性による光増幅特性の偏光依存性として影響することになり、それによる信号光の伝送特性への影響は無視できるものと考えてよい。
さらに、チルト型ＦＢＧの放射光に関してはクラッドからコアに戻ってくる光がわずかに存在し、０．２ｄＢｐｐほどの出力変動（リップル）が観測されることが報告されており、これに関して本発明でも合波光の結合効率が変動する可能性がある。このような結合効率変動の可能性に対しては、例えば、光ファイバ１のクラッド周囲をそれと同程度の屈折率を持つ材料（例えば樹脂など）で覆うような構造などとするのが望ましい。
次に、本発明による光合波器の他の実施形態について説明する。
図５は、本発明による光合波器の他の実施形態を示す構成図である。
図５において、本実施形態の光合波器は、上述の図１に示した構成について、光ファイバ１上に低反射ＦＢＧ４を設け、合波光を出射する半導体レーザを用いた光源３との間で外部共振構造を形成し、合波光の波長安定化を図るようにしたことを特徴とする。
上記の光源３は、ここでは例えば、半導体レーザチップ３Ａおよびレンズ３Ｂを有する。半導体レーザチップ３Ａは、λ２の波長成分を含んだ光を発生する利得媒体であり、その後方側端面には外部共振構造の高反射部として機能するＨＲミラー３ａが形成され、前方側端面にはＡＲコートが施されている。レンズ３Ｂは、半導体レーザチップ３Ａの前方側端面から出射される光が光ファイバ１のチルト型ＦＢＧ２に対して最適なビーム形状で入射されるように予め設計されたレンズである。
ここで、チルト型ＦＢＧ２に入射される光の最適なビーム形状について具体的に説明する。上述したように、合波光を発生する光源３のコストダウンや信頼性を高く保つためには合波光の結合効率を向上させる必要があり、高い結合効率の実現にはチルト型ＦＧＢ部２の高反射化だけでなく、光源３とチルト型ＦＧＢ部２のコアとの間の光路上における光学系設計が重要となる。具体的には、レンズ３Ｂの光学特性の設計、上記の光路上における媒体（クラッド、被覆）の屈折率のマッチング設計、チルト型ＦＢＧ２のパラメータ（例えば、屈折率変調幅Δｎ等）の設計を最適化することで、合波光の高結合効率化を図ることが可能になる。また、このような最適設計では、光源３やチルト型ＦＢＧ２の位置ずれ等の製造誤差に配慮し、結合効率劣化のトレランスが大きくなるような光学設計を行うことが望ましい。例えば、光源３の光軸合わせの軸数を減少させるような光ビーム出射方向となるように、光路上における媒体（クラッド、被覆）の屈折率をマッチングさせるのがよい。さらに、光源３から出射される光ビームの電界分布とチルト型ＦＢＧ２に対して入出射される波長λ２の光の電界分布とを略一致させることを条件として、光源３およびチルト型ＦＢＧ２の間の光学設計を行うことが望ましい。具体的には、レンズ３Ｂとして、ボールレンズや非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、プリズム、特殊レンズ、若しくは、それら複数のレンズの組み合わせ等を適用することにより、半導体レーザチップ３Ａから出射される光ビームの垂直方向の電界分布（例えば図６に示すような楕円形状の電界分布）を、チルト型ＦＢＧ２の入出射光の電界分布（例えば図７の左下に示すようなグレーティング位置に応じた電界分布）に対応した形状に変換するのがよい。
上記の非球面レンズは、レンズ面が球面以外の物を指す。球面レンズでは、レンズの中心部を通過する光は焦点上に集まるが、レンズの周辺部を通過する光はその球面に対する角度がより斜めになるため屈折の度合いが大きくなり焦点よりも前の方にずれた位置に集まる（球面収差）。その球面収差の発生を抑える為にレンズの球面を周辺に行くほど緩やかな曲面にし、一点に焦点を結ぶことを可能にしたのが非球面レンズである。非球面レンズは加工が困難であるが、少ないレンズ枚数で収差の補正を可能にする効果があり、小型化やレンズ枚数の削減のために使われている。また、上記のシリンドリカルレンズは、円柱の屈折面を持っており、レンズの曲率方向に集光または拡散し、長さ方向には作用しないので、スリット状の照明や１つの軸方向への光の拡大等に使用されるレンズである。
なお、上記のようなレンズ３Ｂの光学設計を行う際、チルト型ＦＢＧ２についての屈折率変調幅Δｎ等のパラメータを必要に応じて調整して、入出射光の電界分布をレンズ３Ｂの光学設計を行い易い形状（例えば、図７の右下に示すような形状）とするようにしてもよい。
低反射ＦＢＧ４は、チルト型ＦＢＧ２に外部から入射して反射された光が伝搬する側に位置する光ファイバ１上に、波長λ２の光に対してチルト型ＦＢＧ２の反射率よりも十分に低い反射率（例えば、数％〜１０％程度）を有し、グレーティング方向が光ファイバ１の軸方向に対して垂直なブラッググレーティングを形成したものである。この低反射ＦＢＧ４は、外部共振構造の低反射部として機能する。なお、低反射ＦＢＧ４は、光ファイバ１内を伝搬する波長λ１の光Ｌ１に対してほぼ１００％の透過率を有するものとする。図８は、低反射ＦＢＧ４およびチルト型ＦＢＧ２の透過波長特性の一例である。
上記のような構成の光合波器では、光源３からの出射光が光ファイバ１との間の自由空間を伝搬してチルト型ＦＢＧ２に入射し反射される。チルト型ＦＢＧ２で反射された光は光ファイバ１内を低反射ＦＢＧ４に向けて伝搬し、その一部が低反射ＦＢＧ４でさらに反射され、それまで伝搬してきた光路を逆方向に戻される。これにより、低反射ＦＢＧ４と半導体レーザチップ３ＡのＨＲミラー３ａとの間で波長λ２の光が共振して半導体レーザが波長λ２で発振するようになる。このような共振構成は、周知の半導体レーザにおける波長安定化のための外部共振構造と同様のものとなり、チルト型ＦＢＧ２を介して光ファイバ１に合波される光Ｌ２の波長をλ２で安定化させることが可能になる。また、外部共振構造をとることにより、合波光の波長は低反射ＦＢＧ４の反射波長によって決まるようになるため、光源３から出射される光の波長およびチルト型ＦＢＧ２の反射波長を所望の合波波長（ここではλ２）に高い精度で一致させる必要がなくなる。よって、光源３としては所望の合波波長を含んだ比較的広い波長帯の光を発生する半導体レーザを使用することができ、チルト型ＦＢＧ２についても比較的広い反射帯域が許容されるようになるので、部品コストや製造コストの低減を図ることが可能になる。
一方、低反射ＦＢＧ４については、所望の合波波長に対して高い精度で反射波長が一致し、かつ、反射帯域幅が十分に狭くなるような特性が求められる。一般に、ＦＢＧは上記のような狭帯域反射スペクトル特性を容易に実現することが可能である。具体的に、ＦＢＧの反射スペクトル帯域幅を狭くするためには、上述した（２）式の関係より、屈折率変調の振幅Δｎを小さくするか、または、グレーティング長Ｌを長くすればよい。ただし、Δｎを小さくすると反射率が低下することに注意を要する。
なお、上記の図５の構成では、光源３の具体例として、半導体レーザチップ３Ｂから出力された光がレンズ３Ｂを介して光ファイバ１との間の自由空間に出射される構成を示したが、これ以外にも例えば図９に示すように、ピグテール型光源３’を使用することも勿論可能である。この場合には、ピグテール型光源３’の出力ファイバ３Ｃから出射される光がレンズ５を介してチルト型ＦＢＧ２に照射されるようにするか、若しくは、出力ファイバ３Ｃから出射される光がチルト型ＦＢＧ２に直接照射されるようにすることが可能である。
次に、上述したような光合波器の実施形態についての変形例を説明する。
図１０は、上記光合波器の変形例を示す構成図である。
図１０の光合波器は、上述の図５に示した構成について、一定のグレーティングピッチＰを有するチルト型ＦＢＧ２に代えて、グレーティングピッチＰを光ファイバ１の軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型（chirped）の構成を適用したチルト型ＦＢＧ（以下、チルト・チャープ型ＦＢＧと表記する）２’を設けたことを特徴とする。このチルト・チャープ型ＦＢＧ２’は、その反射帯域が光源３から出射される光の殆どの波長成分を含むように、上述したチルト型ＦＢＧ２についてチャープ型の構成を適用して反射帯域の広帯域化を図ったものである。
このように光源３の波長帯に対応した比較的広い反射帯域を有し、かつ、高い反射率を持ったチルト・チャープ型ＦＢＧ２’を用いることにより、光源３から出射される光を広い波長範囲で余すことなく光ファイバ１内に結合させることができるようになる。そして、チルト・チャープ型ＦＢＧ２’で反射される広い波長範囲の光は、低反射ＦＢＧ４の反射波長によって決まる共振波長に収束するようになり、所望の波長の光をより高い結合効率で安定して合波することが可能になる。
また、チルト・チャープ型ＦＢＧ２’については、チャープ量等の設計により所定の波長において集光性を有することが報告されている（例えば、米国特許第5,061,032号等）。この所定の波長における集光性を利用すれば、チャープ量等の設計次第では、レンズ３Ｂを省略できるか、若しくは、レンズ３Ｂを使用したとしても均一なグレーティングピッチを有するチルト型ＦＢＧ２の場合よりも焦点距離を短くできる、または、簡易なレンズで対応できる可能性があり、部品点数の削減若しくは小型化に有効である。
なお、ここでは低反射ＦＢＧ４を具備した光合波器にチルト・チャープ型ＦＢＧ２’を適用する一例を示したが、上述の図１等に示した外部共振構造をとらない構成にチルト・チャープ型ＦＢＧ２’を適用しても、上記の場合と同様にして合波光の結合効率向上を図ることが可能である。
次に、上述したような光合波器の実施形態についての他の変形例を説明する。
図１１は、上記光合波器の他の変形例を示す構成図である。
図１１の光合波器は、光ファイバ１を伝搬する波長λ１の光Ｌ１に対して複数の波長λ２，λ３，…，λｎの光Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎを合波できるようにしたものである。具体的には、上述の図５に示した構成について、チルト型ＦＢＧ２、光源３および低反射ＦＢＧ４を各波長λ２〜λｎに対応させて各々複数設ける。各波長λ２〜λｎ用のチルト型ＦＢＧ２−２〜２−ｎは、光ファイバ１上に縦列（タンデム）配置され、全体として図１２に例示するような透過波長特性が得られるように構成されている。また、これと同様にして、各波長λ２〜λｎ用の低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎも光ファイバ１上に縦列（タンデム）配置される。なお、各々の波長に対応したチルト型ＦＢＧおよび低反射ＦＢＧの反射率や反射帯域は、上述の図５に示した実施形態の場合と同様にして設定される。
ｎ−１個の光源３−２〜３−ｎは、光ファイバ１上にタンデム配置された各波長λ２〜λｎ用のチルト型ＦＢＧ２−２〜２−ｎに対して、合波光が上述した（５）式の関係に従って決まる入射角度θ0でそれぞれ入射されるように、各々の位置決めが行われる。各光源３−２〜３−ｎとしては、各々の波長λ２〜λｎに対応した中心波長を持つ半導体レーザを個々に用意してもよく、あるいは、波長λ２〜λｎのうちの２波以上を包含した広い波長帯を有する半導体レーザを用い、その波長帯に対応する各光源として同種の半導体レーザを使用するようにしてもよい。また、図１２の構成例では、各波長λ２〜λｎ用のチルト型ＦＢＧ２−２〜２−ｎに対応させて光源３−２〜３−ｎを個別に設けているが、各光源３−２〜３−ｎとチルト型ＦＢＧ２−２〜２−ｎの間は自由空間となっていて光ファイバを介していないため、各々の光源３−２〜３−ｎを構成する半導体レーザチップおよびレンズを同一の基板上に並列に集積化またはアレイ化等することも容易である。このように複数の光源３−２〜３−ｎを集積化すれば、部品点数を効果的に削減することが可能になる。
上記のような構成の光合波器では、各光源３−２〜３−ｎから出射される光が各チルト型ＦＢＧ２−２〜２−ｎでそれぞれ反射されて光ファイバ１内に結合され、さらに、各々の一部が各低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎで反射されてそれまで伝搬してきた光路を逆方向にそれぞれ戻される。これにより、各低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎと各光源３−２〜３−ｎとの間で各波長λ２〜λｎの光が共振して各々の光源３−２〜３−ｎが対応する波長で発振するようになるため、光ファイバ１内を伝搬する光Ｌ１に対して、各低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎの反射波長に対応した波長λ２〜λｎの光Ｌ２〜Ｌｎを高い結合効率で安定して合波することが可能になる。
次に、上記のような複数の波長の合波光に対応した光合波器についての別の変形例を説明する。
図１３は、上記光合波器の別の変形例を示す構成図である。
図１３の光合波器は、上述した図１０の変形例において説明したチルト・チャープ型ＦＢＧの集光性を利用し、光ファイバ１の一部分に形成したチルト・チャープ型ＦＢＧ２’を用いて、複数の波長λ２〜λｎの光Ｌ２〜Ｌｎの合波を行うようにしたものである。ここでは、光ファイバ１上の１つのチルト・チャープ型ＦＢＧ２’に対して、ｎ−１個の光源３−２〜３−ｎが光ファイバ１の軸方向に垂直な方向に直線的に配置される。各光源３−２〜３−ｎの配置は、チルト・チャープ型ＦＢＧ２’において前述の図１２に示した特性と同様の透過波長特性が得られるように、チルト・チャープ型ＦＢＧ２’および低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎの各設計パラメータに従って位置決めされている。なお、各光源３−２〜３−ｎの特性および各波長λ２〜λｎに対応した低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎについては、前述の図１１に示した変形例の場合と同様である。
上記のような構成の光合波器でも、前述の図１１に示した変形例の場合と同様にして、各光源３−２〜３−ｎから出射される光が各低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎの反射波長に対応した波長λ２〜λｎで発振するようになり、光ファイバ１を伝搬する波長λ１の光Ｌ１に対して、各波長λ２〜λｎの光Ｌ２〜Ｌｎを高い結合効率で安定して合波することができる。
なお、上記の図１１および図１３に示した各変形例では外部共振構造をとる光合波器について複数の波長の合波光に対応させる構成を示したが、上述の図１等に示した外部共振構造をとらない構成についても上記の場合と同様にしてチルト型ＦＢＧおよび光源をそれぞれ設けることにより、複数の波長の合波光に対応させることが可能である。
また、各波長λ２〜λｎの合波光の発生源として各々１台ずつ光源３−２〜３−ｎを設けるようにしたが、例えば図１４に示すように、各波長λ２〜λｎについてそれぞれ、偏波状態の異なる光を出射する光源３−２〜３−ｎを２台ずつ設け、各々の光源から出射される光を偏波合成器６−２〜６−ｎを用いて合成し、各偏波合成器６−２〜６−ｎから出射される光を各チルト型ＦＢＧ２−２〜２−ｎに照射するようにしてもよい。
さらに、上記の図１４に示した構成の変形例として、各々の波長λ２〜λｎごとに偏波合成器６−２〜６−ｎを設けるのに代えて、図１５に示すように、本発明によるチルト型ＦＢＧおよび低反射ＦＢＧを用いて２本の光ファイバ上で別々に合波した波長λ２〜λｎの光を単一の偏波合成器６により合成し、偏波合成器６からの出力光を一般的な光合波器７を用いて、波長λ１の光Ｌ１が伝搬する光ファイバ１上に与えるようにしてもよい。このような構成を適用すれば、合波光の偏波状態を保つ必要がある場合などにおいて、偏波合成器の数を減らすことが可能になる。
なお、図１４および図１５の構成例では、各々のチルト型ＦＢＧ２−２〜２−ｎごとに低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎを配置するようにしているが、上述の図１１に示したように各低反射ＦＢＧ４−２〜４−ｎを１箇所にまとめて配置することも勿論可能である。
加えて、上述した本発明の光合波器の各実施形態およびその変形例に関しては、チルト型ＦＢＧ２、チルト・チャープ型ＦＢＧ２’および低反射ＦＢＧ４の各ＦＢＧ部分について、各々の温度若しくは圧力またはその両方を変化させることにより反射波長特性を変化させることができるため、合波波長を可変にする応用も可能である。
次に、上述したような本発明の光合波器を用いて構成した光増幅器の実施形態について説明する。
図１６は、本発明による光増幅器の一実施形態を示す構成図である。
図１６において、本実施形態は、複数の波長λｐ１，λｐ２，…，λｐｎの励起光Ｌｐ１，Ｌｐ２，…，Ｌｐｎを増幅媒体１０に供給することにより、増幅媒体１０を伝搬する信号光Ｌｓを増幅して出力する光増幅器（例えば、希土類添加ファイバ増幅器やラマン増幅器など）について、上記複数の波長λｐ１〜λｐｎの励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎを増幅媒体１０に供給するための励起光合波系の構成として、例えば上述の図１１に示した構成を適用したものである。具体的に、ここでは例えば、信号光Ｌｓが一端より入力される増幅媒体１０の他端に繋がる光ファイバ１上にチルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０が形成され、励起光源部３０から出射される各波長λｐ１〜λｐｎの励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎがチルト型ＦＢＧ部２０に照射されることにより、光ファイバ１上に結合された各励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎが後方励起光として増幅媒体１０に供給されるようにしたものである。
上記の増幅媒体１０としては、例えば、希土類添加ファイバ増幅器における希土類添加ファイバ、ラマン増幅器における伝送路ファイバ（分布方式）や高非線形性ファイバ（集中方式）などがある。チルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０は、信号光Ｌｓの波長帯域や増幅媒体１０の種類に応じて決められる所望の励起光波長λｐ１〜λｐｎに対応させて、上述の図１１に示した光合波器の場合と同様にして反射帯域の設定されたチルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐｎおよび低反射ＦＢＧ４−ｐ１〜４−ｐｎを有し、各々が光ファイバ１上に縦列配置されている。励起光源部３０は、上記所望の励起光波長λｐ１〜λｐｎにそれぞれ対応した光を発生する励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎを有し、各励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎから出射される光が対応するチルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐｎに所定の入射角度θ0で入射される。
チルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐｎの具体的な構成としては、例えば図１７（Ａ）に示すように、光ファイバ１のコア部分（屈折率１．４７）に形成することで、コアを伝搬する信号光Ｌｓとのオーバラップが大きくなるようにしてもよい。また、例えば図１７（Ｂ）に示すように、光ファイバ１のクラッド部分（屈折率１．４６）までチルト型ＦＢＧを形成することで、各励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎから出射される光の各チルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐｎに対する照射位置のトレランスが大きくなるようにしてもよい。なお、光ファイバ１がダブルクラッド構造を有する場合には、図１７（Ｃ）に示すように、内側のクラッド部分（屈折率１．４６）までチルト型ＦＢＧを形成するのが好ましい。図１７（Ｂ）（Ｃ）に示したように、光ファイバ１のコアおよびクラッドの各部分にチルト型ＦＢＧを形成する場合、各励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎとしてはマルチモードの高出力品を適用し、励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎがクラッド部分も伝搬するようにしてもよい。
上記のような構成の光増幅器では、各励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎから出射される光が各チルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐｎでそれぞれ反射されて光ファイバ１内に結合され、さらに、各々の一部が各低反射ＦＢＧ４−ｐ１〜４−ｐｎで反射されてそれまで伝搬してきた光路を逆方向にそれぞれ戻される。これにより、各低反射ＦＢＧ４−ｐ１〜４−ｐｎと各励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎとの間で各波長λｐ１〜λｐｎの光が共振して各々の励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎが対応する波長で発振する。そして、各低反射ＦＢＧ４−ｐ１〜４−ｐｎを透過した各波長λｐ１〜λｐｎの励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎがここでは信号光Ｌｓとは逆方向に伝搬する後方励起光として増幅媒体１０に供給される。励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎの供給を受けた増幅媒体１０では、通過する信号光Ｌｓの光増幅が行われるようになる。
このように本光増幅器によれば、ＦＢＧの有する優れた特性（急峻な狭帯域反射波長特性、主信号系に対する低損失）を利用することで、複数の波長の励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎが非常に簡略な構成により増幅媒体１０に繋がる光ファイバ１上に合波されるようになるため、光増幅器における励起光合波系の部品点数を削減することができると共に、高い結合効率で励起光Ｌｐ１〜Ｌｐｎを増幅媒体１０に供給することができる。具体的に、例えば図１８に示すような従来の光増幅器における励起光合波系の構成と比較した場合、誘電体多層膜等を用いて構成される合波器や偏波合成器が不要になり、構成部品としてはチルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０を形成した光ファイバ１だけとなるので部品点数を大幅に削減できる。また、従来の構成では合波器や偏波合成器を繋ぐためにスプライス箇所が多数存在していたが、これらのスプライス箇所もなくなるため励起光に生じる損失を非常に小さくすることができる。
なお、上記の光増幅器では、チルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０を形成した光ファイバ１を増幅媒体１０に接続するようにしているが、増幅媒体１０に対してチルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０を直接形成することも可能であり、この場合には励起光合波系の部品数を実質的に零とすることができる（励起光源部は含めず）。
また、励起光波長λｐ１〜λｐｎに対応させて複数の励起光源３−ｐ１〜３−ｐｎを個別に設けるようにしたが、例えば図１９に示すように、各々の励起光源について共通の機能を有する部品をアレイ集積部品として構成することも可能である（ここでは、ＬＤアレイ３Ａおよびレンズアレイ３Ｂとしている。ただし、（ＬＤ＋レンズ）アレイであってよい）。このようなアレイ集積部品を用いることで、光増幅器の部品点数およびアセンブリコストのさらなる削減を図ることが可能である。
次に、上記のような光増幅器の実施形態に関する具体例として、希土類添加ファイバ増幅器に本発明を適用した場合について説明する。
図２０は、本発明を適用した希土類添加ファイバ増幅器の構成例を示す図である。
図２０の希土類添加ファイバ増幅器は、増幅媒体１０として、希土類元素を光ファイバに添加した希土類添加ファイバを備える。この希土類添加ファイバ１０には、信号光入力端の近傍にチルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０が形成されており、励起光源部３０の励起光源３−ｐ１，３−ｐ２から出射される励起光Ｌｐ１，Ｌｐ２がチルト型ＦＢＧ２−ｐ１，２−ｐ２に照射されることで前方励起光として与えられる。また、希土類添加ファイバ１０の信号光入出力端には光アイソレータ５１，５２が接続されており、さらに、希土類添加ファイバ１０に入力される信号光Ｌｓをモニタするための入力モニタ５３および希土類添加ファイバ１０から出力される信号光Ｌｓをモニタするための出力モニタ５４も設けられている。
ただし、本発明を適用した希土類添加ファイバ増幅器の構成は上記の一例に限定されるものではない。例えば、光増幅器の利得波長特性を等化する手段として公知の光フィルタをチルト型ＦＢＧ等で構成する場合には、その利得等化用のチルト型ＦＢＧと上記の励起光合波用のチルト型ＦＢＧとを同一のファイバ上に形成して、部品点数の削減を図ることが可能である。また、上記入力モニタ５３および出力モニタ５４に用いられるモニタ用カプラをチルト型ＦＢＧで構成して励起光合波用チルト型ＦＢＧと同一のファイバ上に形成するのも部品点数の削減に有効である。
このような構成の希土類添加ファイバ増幅器では、チルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０が信号光Ｌｓの波長帯域および励起光波長λｐ１，λｐ２に対して図２１に例示したような透過波長特性を有するように設計されることで、各励起光源３−ｐ１，３−ｐ２から出射される励起光Ｌｐ１，Ｌｐ２が簡略な構成により高い結合効率で安定して希土類添加ファイバ１０に供給される。この励起光Ｌｐ１，Ｌｐ２の供給により、希土類添加ファイバ１０内の希土類元素が励起状態となり、希土類添加ファイバ１０に入力される信号光Ｌｓの光増幅が行われる。また、希土類添加ファイバ１０に入出力される信号光Ｌｓの状態が入力モニタ５３および出力モニタ５４でモニタされ、各々のモニタ結果に基づいて各励起光源３−ｐ１，３−ｐ２の駆動制御等が行われる。
上記の希土類添加ファイバ増幅器においては、希土類添加ファイバ１０自体にチルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０を形成しているので、励起光合波系の部品と増幅媒体とが共通化され、より少ない部品点数で励起光の合波を行うことが可能である。また、ここでは希土類添加ファイバ１０の信号光入力端の近傍にチルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０を形成するようにしたが、希土類添加ファイバ１０の長手方向における任意の位置にチルト型ＦＢＧ部２０および低反射ＦＢＧ部４０を形成することが可能である。これは、従来のシングルモード励起法の主流であるエンド（end）励起法（増幅媒体の両端のうちのいずれかまたはその両方の位置から励起光を注入する励起方法）だけでなく、増幅媒体の途中から励起光を注入する励起方法（以下、サイド（side）励起法と呼ぶことにする）を容易に適用することが可能になるため、希土類添加ファイバ増幅器の設計の自由度を広げることができる。
図２２および図２３は、サイド励起法を適用した希土類添加ファイバ増幅器の具体例を示した図である。図２２では、希土類添加ファイバの長手方向前半部分にチルト型ＦＢＧ２−ｐ１，２−ｐ２および低反射ＦＢＧ４−ｐ１，４−ｐ２が形成され、前方励起光Ｌｐ１，Ｌｐ２がサイド励起法により注入されると共に、後半部分にチルト型ＦＢＧ２−ｐ３，２−ｐ４および低反射ＦＢＧ４−ｐ３，４−ｐ４が形成され、後方励起光Ｌｐ３，Ｌｐ４がサイド励起法により注入される。また、図２３では、希土類添加ファイバの長手方向前半部分にチルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐ４が形成され、後半部分に低反射ＦＢＧ４−ｐ１〜４−ｐ４が形成され、前方励起光Ｌｐ１〜Ｌｐ４がサイド励起法により注入される。
上記のようなサイド励起法を適用すれば、希土類添加ファイバ内で光増幅を生じさせる長手方向の位置を自由に設定することが可能であるため、入力励起光パワー対出力信号光パワーで表される出力効率が最も高くなるように励起光の注入位置を設計できるという効果が得られる。
次に、上述したような本発明による光増幅器において励起光を増設する場合の応用例について説明する。
図２４〜図２６は、上記光増幅器における励起光の増設に対応した構成例をそれぞれ示す図である。
図２４〜図２６の構成例では、増設を行う前の励起光合波系として、増幅媒体１０上にチルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐ３および低反射ＦＢＧ４−ｐ１〜４−ｐ３が形成され、チルト型ＦＢＧ２−ｐ１〜２−ｐ３に励起光Ｌｐ１〜Ｌｐ３を照射する励起光源３−ｐ１〜３−ｐ３が設けられている。このような励起光合波系を備えた光増幅器について、例えば、波長λｐ４，λｐ５の励起光Ｌｐ４，Ｌｐ５の増設を行う場合、図２４の構成例では、増幅媒体１０とは別の光ファイバ上に形成したチルト型ＦＢＧ２−ｐ４，２−ｐ５および低反射ＦＢＧ４−ｐ４，４−ｐ５と、励起光源３−ｐ４〜３−ｐ５とを有する増設部８１を用意し、その増設部８１の光ファイバの両端が増幅媒体１０上に融着スプライスや光コネクタ等により接続される。また、図２５の構成例では、予め励起光の増設を予測してチルト型ＦＢＧ２−ｐ４，２−ｐ５および低反射ＦＢＧ４−ｐ４，４−ｐ５を増幅媒体１０上に形成しておき、励起光源３−ｐ４〜３−ｐ５を有する増設部８２が増設時に所定の位置へ装着される。さらに、図２６の構成例では、増幅媒体１０上に励起光増設用の光合波器８３を予め設けておき、前述した図２４の場合と同様の構成をもつ増設部８１の光ファイバ一端が、融着スプライスや光コネクタ等により光合波器８３の合波ポートに接続される。
上記のように本発明を適用したユニット形態の増設部を用いて励起光の増設を行うようにすることで、光増幅器に光出力増加や信号帯域拡張のアップグレード機能をもたせることができ、かつ、光増幅器の初期導入コストの低減を図ることが可能になる。従来の光増幅器における励起光の増設方法では、励起光の波長数の増加に伴って励起光を合波する誘電体多層膜などを増加させる必要があり、また、最終形態を満たす合波器が初期導入時から既に挿入されている必要もあるので、その分、励起光の挿入損失が増加する。一方、上記のような本発明の増設方法では、アップグレードに必要な波長の励起光源を必要に応じて付加していくという簡易な方法となるので、初期導入コストを効果的に低減させることができる。
例えば、希土類添加ファイバ増幅器の１つであるエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）では、励起波長の候補として、６６０ｎｍ，８２０ｎｍ，９８０ｎｍ，１４８０ｎｍがある。本発明においては、所望の励起波長に応じてチルト型ＦＢＧおよび低反射ＦＢＧの反射波長特性を設計することで、任意の励起波長に対応することが可能であると共に、低反射ＦＢＧの反射波長特性を狭帯域に設計することで、複数の波長の励起光を用いるときの励起光の波長多重数を増やすことが可能になり、励起光源の個数を増やすことができる。このような励起光源の個数の増加によるメリットとしては、例えば図２７に示すように励起光源単体の出力パワーの低減による光増幅器の信頼性向上、即ち、励起光源部の冗長構成が可能になることなどが挙げられる。また、ラマン増幅器の場合には、励起光源の個数の増加により出力光の波長平坦性を向上させることが可能になる。
上記のような本発明による効果についてさらに具体的に説明すると、例えば、増幅媒体１０としてエルビウムドープファイバを適用した場合においては、ＤＶＤやＣＤ−Ｒなどの用途に使用される一般民生用の安価な半導体レーザ（発振波長が０．５μｍ帯、０．６μｍ帯または０．８μｍ帯）を励起光源として利用することが考えられる。しかしながら、一般民生用半導体レーザでは通信用途として信頼性が劣る。励起光源の信頼性を向上させる方法の１つとして冗長構成方法がある。この冗長構成方法は、励起光源単体では信頼性が劣るが多数の励起光源を適用することで所定のレベルまで信頼性を向上させる方法であり、励起光源数と信頼性は図２８（Ａ）に示すように比例関係となる。従来の光増幅器において冗長構成を採用した場合、たとえ励起光源の単価が安価であっても、冗長構成とするための励起光合波系の部品コストやアセンブリコストが高価になってしまい、図２８（Ｂ）に示すように光増幅器全体としてのコストダウンは期待できない。また、励起光源の数が増えるに伴って、励起光合波系の挿入損失増加により励起光源単体の出力パワー増加を招くことにもなる。一方、本発明の光増幅器では上述したように励起光源の数に対するコスト増加の割合が低いため、上記のような従来の課題に対して本発明は有効である。
図２９は、一般民生用半導体レーザを励起光源として用いて光増幅器の低コスト化を図るとき、本発明の励起光合波系を適用して励起光源の冗長構成を実現することにより、通信用途として信頼性を確保できるようにした具体例である。この具体例では、２つの励起光源が１つのカセットに収められ、複数のカセットにより冗長構成が形成される。そして、現用カセットの動作状態および信号光の出力状態がモニタされ、そのモニタ結果を基に励起光源の劣化が検出されて、次のカセットへの切り替えが保守管理部により自立制御される。これにより、通信用途として信頼性を確保した超低コストのＥＤＦＡが実現可能になる。
なお、上述した本発明による光増幅器の実施形態に関する説明では、１つの励起光源から出射される光がチルト型ＦＢＧに直接照射される構成を例示したが、上述の図１４や図１５に示したような２つの光源から出射される偏波状態の異なる光を偏波合成器等を用いて合成する構成を、光増幅器の励起光合波系として適用することも勿論可能である。具体的に、双方向励起の希土類添加ファイバ増幅器に適用した場合の一例を図３０に、また、分布ラマン増幅器に適用した場合の一例を図３１に示しておく。
次に、上述したような本発明による光増幅器に関して、初期導入コストの一層の低減および増幅帯域の拡大を図るようにした応用例を説明する。
一般に、大容量波長多重光通信システムに適用する光増幅器に関しては、単バンドにおける増幅帯域の拡大を如何に低コストに実現するかということが課題となる。例えば、希土類添加ファイバ増幅器やラマン増幅器等については、ある特定の帯域において大きな利得ピークを有し、励起光パワーが余分な利得に過剰に消費されることに起因したコストアップという課題がある。これに対して、従来、過剰な利得分を抑圧する手段を設けることにより、所要の励起光パワーの低減を図る技術が提案されている（例えば、特開平３−２６３８８９号公報や特開平６−３４２１７５号公報参照）。しかし、このような従来の技術では、過剰な利得分を抑圧する手段が信号帯域の背景損失を増加させる要因となり得るため、増幅効率の低下および雑音指数の劣化という課題が残されている。
そこで、以下では、上記のような光増幅器の増幅帯域拡大に向けた課題を解決するのに有効な技術について説明し、それと上述したような本発明による励起光合波系の構成を組み合わせることで、さらなる初期導入コストの低減を図るようにする。
まず、所要の励起光パワーを低減させる手段として、信号帯域内の一部の帯域について過剰な利得分を選択的に抑圧する抑圧手段を増幅媒体の長手方向に分布的に備えるようにする。この抑圧手段の特徴としては、比較的大きな利得を有する波長帯域を選択して過剰な利得分を抑圧することとし、例えば信号帯域の３０％程の半値幅を有した単純な形状（例えば．ガウシアン等）の波長特性を備えるものとする。また、抑圧手段を増幅媒体の長手方向に形成する方法については、形成位置を密にせず例えばほぼ等間隔の配置を基本とし、増幅媒体全長の１割程度の間隔で抑圧手段を形成するようにする。
上記のように増幅媒体長手方向への抑圧手段の形成位置を密にせずほぼ等間隔の配置を基本とすることにより、増幅効率および雑音指数の改善という分布的抑圧法の利点が得られるようになる。また、抑圧手段の形成箇所を減らした構成（増幅媒体全長の１割程度の間隔で抑圧手段を形成）とし、各々の抑圧手段の抑圧量を比較的多くすることで、雑音指数の劣化を抑えながら増幅効率のさらなる改善を図ることができるようになる。ただし、抑圧手段の形成箇所を減らしすぎたり、形成位置を密にしたりすると、当然のことながら過剰に成長しきった光がある固定位置で集中的に抑圧され、上記のような分布的抑圧法の利点が損なわれて、所要の励起光パワーが増大してしまうことになる。
増幅媒体長手方向への抑圧手段の形成状態について具体的に検討すると、例えば、全長が２６．１３ｍの増幅媒体に対して抑圧手段としてのＦＢＧを一定の間隔で形成した場合、所要の励起光パワーの改善量は、図３２に例示するように、増幅媒体の入力端から初段のＦＢＧまでの距離（各段のＦＢＧの形成間隔に対応）に応じて変化する。図３２のような関係においては、ＦＢＧを２．６３ｍの間隔で増幅媒体上の９箇所に配置した場合に、所要の励起光パワーの改善量が最大になることが分かる。図３３は、上記の場合における増幅媒体上のＦＢＧの配置のイメージを示したものである。
増幅媒体長手方向への抑圧手段（ここではＦＢＧ）の形成方法としては、製造コストを下げることが可能な方法を適用するのが望ましい。具体的には、例えば、大きな径をもつ部材に増幅媒体（例えば、希土類添加ファイバやラマン増幅用ファイバ等）を巻きつけ、ＦＢＧ形成のために紫外線を照射するタイミングにあわせて、上記部材の回転速度および回転タイミングを制御する方法を適用してもよい。また、例えば、ＦＢＧの形成数に応じて増幅媒体を部材に巻きつけ、ＦＢＧの形成位置が一箇所に揃うように上記部材の径を決めるようにして、一回の紫外線照射によって多数のＦＢＧを形成することのできる方法を適用してもよい。
さらに、上記のような増幅媒体長手方向へのＦＢＧの形成に加えて、信号帯域外における特定の帯域の自然放出光を選択的に抑圧する手段（例えば、選択的な吸収特性を有する材料を増幅媒体に添加するなど）も同一の増幅媒体の長手方向に分布的に形成するようにしてもよい。これにより、例えば図３４に示すように信号帯域外で発生する雑音光も効果的に抑圧されるようになるため、さらに大きな雑音指数の低減効果と励起効率の向上効果が得られるようになる。
したがって、上記のような所要の励起光パワーを低減させる技術と、上述のチルト型ＦＢＧ等を利用した励起光合波系とを組み合わせることにより、初期導入コストをより一層低減させた光増幅器を実現することが可能になる。このような光増幅器の具体例として、図３５には、上述の図２５に示した構成を適用した分布ラマン増幅器と、所要の励起光パワーの低減を図った希土類添加ファイバ増幅器とを直列に接続したハイブリッド構成の光増幅器を示しておく。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１）光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する光合波方法であって、
前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングに、前記光ファイバの外部より与えられる前記第２の光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より自由空間を介して照射し、
該第１のファイバブラッググレーティングで反射した前記第２の光を前記光ファイバの中に結合させることを特徴とする光合波方法。
（付記２）光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する光合波方法であって、
前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングに、光源から出射される前記第２の光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より照射し、
該第１のファイバブラッググレーティングで反射した前記第２の光を前記光ファイバの中に結合させ、
前記第２の光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバ１の軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記光ファイバの中に結合された前記第２の光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、前記光源との間で、前記第２の光を共振させるようにしたことを特徴とする光合波方法。
（付記３）付記２に記載の光合波方法であって、
前記光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる複数の光を合波するとき、
前記複数の光に対応させて前記第１および第２のファイバブラッググレーティングをそれぞれ複数設けると共に、当該各ファイバブラッググレーティングを前記光ファイバ上に縦列配置し、
前記複数の光に対応させて複数設けた前記光源から出射される各光を前記縦列配置した第１のファイバブラッググレーティングにそれぞれ照射することを特徴とする光合波方法。
（付記４）付記２に記載の光合波方法であって、
前記光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる複数の光を合波するとき、
前記第１のファイバブラッググレーティングに対して、グレーティングピッチを光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型の構成を適用して、前記複数の光の波長を含んだ反射帯域を持たせ、
前記複数の光に対応させて前記第２のファイバブラッググレーティングを複数設けると共に、当該各ファイバブラッググレーティングを前記光ファイバ上に縦列配置し、
前記複数の光に対応させて複数設けた前記光源から出射される各光を、前記チャープ型の構成を適用した第１のファイバブラッググレーティングの集光性に応じて決まる角度の方向より前記第１のファイバブラッググレーティングに照射することを特徴とする光合波方法。
（付記５）光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する光合波器であって、
前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングを備え、
前記光ファイバの外部より与えられる前記第２の光が、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より自由空間を介して前記第１のファイバブラックグレーティングに照射され、該第１のファイバブラッググレーティングで反射した前記第２の光が前記光ファイバの中に結合されることを特徴とする光合波器。
（付記６）光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する光合波器であって、
前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングと、
前記第２の光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より前記第１のファイバブラックグレーティングに照射する光源と、
前記第２の光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバの軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記光源から前記第１のファイバブラッググレーティングに照射され前記光ファイバの中に結合された前記第２の光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、を備え、
前記第２の光が、前記第１のファイバブラッググレーティングを介して、前記光源と前記第２のファイバブラッググレーティングとの間で共振するようにしたことを特徴とする光合波器。
（付記７）付記６に記載の光合波器であって、
前記第１のファイバブラッググレーティングは、前記第２の光に対して略１００％の反射率を有し、前記第２のファイバブラッググレーティングは、前記第２の光の波長において反射率が急峻に変化する狭帯域反射スペクトル特性を持つことを特徴とする光合波器。
（付記８）付記６に記載の光合波器であって、
前記第１のファイバブラッググレーティングは、グレーティングピッチを光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型の構成を適用したことを特徴とする光合波器。
（付記９）付記６に記載の光合波器であって、
前記光源の出射ビームの電界分布と、前記第１のファイバブラッググレーティングに対して入出射される前記第２の光の電界分布とを近づけることにより、前記第２の光の結合効率を高くする手段を備えたことを特徴とする光合波器。
（付記１０）付記９に記載の光合波器であって、
前記第２の光の結合効率を高くする手段は、前記光源および前記第１のファイバブラッググレーティングの間における光学系の設計を最適化することを特徴とする光合波器。
（付記１１）付記９に記載の光合波器であって、
前記第２の光の結合効率を高くする手段は、前記第１のファイバブラッググレーティングのパラメータ設計を最適化することを特徴とする光合波器。
（付記１２）付記６に記載の光合波器であって、
前記光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる複数の光を合波するとき、
前記第１および第２のファイバブラッググレーティングが前記複数の光に対応させてそれぞれ複数設けられ、当該各ファイバブラッググレーティングが前記光ファイバ上に縦列配置され、
前記光源が前記複数の光に対応させて複数設けられ、当該各光源から出射される光が前記縦列配置された第１のファイバブラッググレーティングにそれぞれ照射されることを特徴とする光合波器。
（付記１３）付記６に記載の光合波器であって、
前記光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる複数の光を合波するとき、
前記第１のファイバブラッググレーティングは、グレーティングピッチを光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型の構成を適用することで、前記複数の光の波長を含んだ反射帯域を有し、
前記第２のファイバブラッググレーティングが前記複数の光に対応させて複数設けられ、当該各ファイバブラッググレーティングが前記光ファイバ上に縦列配置され、
前記光源が前記複数の光に対応させて複数設けられ、当該各光源が前記チャープ型の構成を適用した第１のファイバブラッググレーティングの集光性に応じて決まる位置にそれぞれ配置されたことを特徴とする光合波器。
（付記１４）付記６に記載の光合波器であって、
前記光源は、偏波状態の異なる複数の光を偏波合成して得た光を前記第１のファイバブラッググレーティングに照射することを特徴とするを光合波器。
（付記１５）増幅媒体に励起光を供給することで該増幅媒体を伝搬する信号光の光増幅を行う光増幅器であって、
前記信号光を透過し、かつ、前記励起光を反射する透過波長特性を有し、前記増幅媒体に接続される光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングを備え、
前記光ファイバの外部より与えられる前記励起光が、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記励起光の波長に応じて決まる角度の方向より自由空間を介して前記第１のファイバブラックグレーティングに照射され、該第１のファイバブラッググレーティングで反射した前記励起光が前記光ファイバの中に結合されて前記増幅媒体に供給されることを特徴とする光増幅器。
（付記１６）増幅媒体に励起光を供給することで該増幅媒体を伝搬する信号光の光増幅を行う光増幅器であって、
前記信号光を透過し、かつ、前記励起光を反射する透過波長特性を有し、前記増幅媒体に接続される光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングと、
前記励起光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より前記第１のファイバブラックグレーティングに照射する励起光源と、
前記励起光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバの軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記励起光源から出射され前記第１のファイバブラッググレーティングに照射され前記光ファイバの中に結合された前記励起光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、を備え、
前記励起光が、前記第１のファイバブラッググレーティングを介して、前記励起光源と前記第２のファイバブラッググレーティングとの間で共振するようにしたことを特徴とする光増幅器。
（付記１７）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記第１のファイバブラッググレーティングは、前記励起光に対して略１００％の反射率を有し、前記第２のファイバブラッググレーティングは、前記励起光の波長において反射率が急峻に変化する狭帯域反射スペクトル特性を持つことを特徴とする光増幅器。
（付記１８）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記第１のファイバブラッググレーティングは、グレーティングピッチを光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型の構成を適用したことを特徴とする光増幅器。
（付記１９）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記励起光源の出射ビームの電界分布と、前記第１のファイバブラッググレーティングに対して入出射される前記励起光の電界分布とを近づけることにより、前記励起光の結合効率を高くする手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
（付記２０）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記増幅媒体に対して波長の異なる複数の励起光を供給するとき、
前記第１および第２のファイバブラッググレーティングが前記複数の励起光に対応させてそれぞれ複数設けられ、当該各ファイバブラッググレーティングが前記光ファイバ上に縦列配置され、
前記励起光源が前記複数の励起光に対応させて複数設けられ、当該各励起光源から出射される励起光が前記縦列配置された第１のファイバブラッググレーティングにそれぞれ照射されることを特徴とする光増幅器。
（付記２１）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記増幅媒体に対して波長の異なる複数の励起光を供給するとき、
前記第１のファイバブラッググレーティングは、グレーティングピッチを光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型の構成を適用することで、前記複数の励起光の波長を含んだ反射帯域を有し、
前記第２のファイバブラッググレーティングが前記複数の励起光に対応させて複数設けられ、当該各ファイバブラッググレーティングが前記光ファイバ上に縦列配置され、
前記励起光源が前記複数の励起光に対応させて複数設けられ、当該各励起光源が前記チャープ型の構成を適用した第１のファイバブラッググレーティングの集光性に応じて決まる位置にそれぞれ配置されたことを特徴とする光増幅器。
（付記２２）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記励起光源は、偏波状態の異なる複数の光を偏波合成して得た励起光を前記第１のファイバブラッググレーティングに照射することを特徴とするを光増幅器。
（付記２３）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記第１および第２のファイバブラッググレーティングが、前記増幅媒体自体にそれぞれ形成されたことを特徴とする光増幅器。
（付記２４）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記増幅媒体が、エルビウムドープファイバであり、
前記励起光源は、発振波長が０．５μｍ帯、０．６μｍ帯または０．８μｍ帯の半導体レーザであることを特徴とする光増幅器。
（付記２５）付記１６に記載の光増幅器であって、
前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部の帯域について過剰な利得分を選択的に抑圧する抑圧手段を前記増幅媒体の長手方向に分布的に備えたことを特徴とする光増幅器。
（付記２６）付記２５に記載の光増幅器であって、
前記抑圧手段は、前記信号光が前記増幅媒体の長手方向に伝搬するのに伴って生じる、前記一部の帯域における信号光パワーの成長を抑えることにより、該信号光パワーの成長を抑えない場合よりも信号光波長帯域における増幅効率を高くし、かつ、雑音指数を低減することが可能な抑圧波長特性を有することを特徴とする光増幅器。
（付記２７）付記２５に記載の光増幅器であって、
前記抑圧手段は、前記信号光の波長帯域外の帯域についても信号帯域内における抑圧量に比べて大きな抑圧量を用いて選択的に抑圧することを特徴とする光増幅器。
本発明による光合波器の一実施形態を示す構成図である。 図１の光合波器に用いられるチルト型ＦＢＧの透過波長特性の一例を示す図である。 チルト型ＦＢＧにおける反射光の放射角度およびグレーティング面の斜度を説明する図である。 図１の光合波器に関連した他の構成例を示す図である。 本発明による光合波器の他の実施形態を示す構成図である。 半導体レーザから出射される光ビームについて説明する図である。 チルト型ＦＢＧに対する入出射光の電界分布について説明する図である。 図５の光合波器に用いられるチルト型ＦＢＧおよび低反射ＦＢＧの透過波長特性の一例を示す図である。 図５の光合波器に関連した他の構成例を示す図である。 図５の光合波器の変形例を示す構成図である。 図５の光合波器の他の変形例を示す構成図である。 図１１の合波器に用いられるチルト型ＦＢＧの透過波長特性の一例を示す図である。 図５の光合波器の別の変形例を示す構成図である。 本発明の光合波器において合波光を出射する光源の構成例を示す図である。 本発明の光合波器において合波光を出射する光源の他の構成例を示す図である。 本発明による光増幅器の一実施形態を示す構成図である。 図１６の光増幅器に用いられるチルト型ＦＢＧの具体的な構成を示す図である。 従来の光増幅器における励起光合波系の構成例を示す図である。 図１６の光増幅器に用いられる光源をアレイ集積部品とした一例を示す図である。 本発明を適用した希土類添加ファイバ増幅器の構成例を示す図である。 図２０の希土類添加ファイバ増幅器におけるチルト型ＦＢＧ部および低反射ＦＢＧ部の透過波長特性の一例を示す図である。 図２０の希土類添加ファイバ増幅器にサイド励起法を適用した具体例を示す図である。 図２０の希土類添加ファイバ増幅器にサイド励起法を適用した他の具体例を示す図である。 本発明の光増幅器における励起光の増設に対応した構成例を示す図である。 本発明の光増幅器における励起光の増設に対応した他の構成例を示す図である。 本発明の光増幅器における励起光の増設に対応した別の構成例を示す図である。 光増幅器における励起光源単体の出力パワーの低減による信頼性向上とコストダウンの効果を説明する図である。 光増幅器における励起光源数と信頼性およびコストとの関係を説明する図である。 本発明を適用して励起光源の冗長構成を実現した具体例を示す図である。 図１４の構成を双方向励起の希土類添加ファイバ増幅器に適用した場合の一例を示す図である。 図１５の構成を分布ラマン増幅器に適用した場合の一例を示す図である。 本発明の光増幅器について過剰な利得分を抑圧するＦＢＧを増幅媒体に一定間隔で形成した場合の励起光パワー改善量の変化を示す図である。 図３２において励起光パワー改善量が最大になるときのＦＢＧの配置イメージを示す図である。 本発明の光増幅器について信号帯域外の特定の帯域の自然放出光を選択的に抑圧する手段を設けた場合の波長に対する抑圧比を示す図である。 図２５の構成を適用した分布ラマン増幅器と、単バンドの増幅帯域拡大を図った希土類添加ファイバ増幅器とを組み合わせたハイブリッド構成を示す図である。
符号の説明
１…光ファイバ
２…チルト型ＦＢＧ
２’…チルト・チャープ型ＦＢＧ
３…光源
３Ａ…半導体レーザチップ
３ａ…ＨＲミラー
３Ｂ，５…レンズ
４…低反射ＦＢＧ
６…偏波合成器
１０…増幅媒体
２０…チルト型ＦＢＧ部
３０…励起光源部
４０…低反射ＦＢＧ部
８１，８２…増設部
Ｌｓ…信号光
Ｌｐ１〜Ｌｐｎ…励起光
Ｐ…グレーティングピッチ
θ0…入射角度
θT…グレーティング面の斜度

Claims (4)

  1. 光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する光合波方法であって、
    前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングに、光源から出射される前記第２の光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より自由空間を介して照射し、
    該第１のファイバブラッググレーティングで反射した前記第２の光を前記光ファイバの中に結合させ、
    前記第２の光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバ１の軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記光ファイバの中に結合された前記第２の光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、前記光源との間で、前記第２の光を共振させるようにしたことを特徴とする光合波方法。
  2. 光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる第２の光を合波する光合波器であって、
    前記第１の光を透過し、かつ、前記第２の光を反射する透過波長特性を有し、前記光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングと、
    前記第２の光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より前記第１のファイバブラックグレーティングに照射する光源と、
    前記第２の光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバの軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記光源から前記第１のファイバブラッググレーティングに照射され前記光ファイバの中に結合された前記第２の光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、を備え、
    前記第２の光が、前記第１のファイバブラッググレーティングを介して、前記光源と前記第２のファイバブラッググレーティングとの間で共振するようにしたことを特徴とする光合波器。
  3. 請求項２に記載の光合波器であって、
    前記光ファイバを伝搬する第１の光に対して、該第１の光とは波長の異なる複数の光を合波するとき、
    前記第１および第２のファイバブラッググレーティングが前記複数の光に対応させてそれぞれ複数設けられ、当該各ファイバブラッググレーティングが前記光ファイバ上に縦列配置され、
    前記光源が前記複数の光に対応させて複数設けられ、当該各光源から出射される光が前記縦列配置された第１のファイバブラッググレーティングにそれぞれ照射されることを特徴とする光合波器。
  4. 増幅媒体に励起光を供給することで該増幅媒体を伝搬する信号光の光増幅を行う光増幅器であって、
    前記信号光を透過し、かつ、前記励起光を反射する透過波長特性を有し、前記増幅媒体に接続される光ファイバの軸方向に対してグレーティング方向を傾けて前記光ファイバ上に形成した第１のファイバブラックグレーティングと、
    前記励起光の波長成分を含んだ光を、前記第１のファイバブラッググレーティングのグレーティングピッチおよび前記第２の光の波長に応じて決まる角度の方向より前記第１のファイバブラックグレーティングに照射する励起光源と、
    前記励起光に対して前記第１のファイバブラッググレーティングの反射率よりも低い反射率を有し、前記光ファイバの軸方向に対して垂直なグレーティング面を持ち、前記励起光源から出射され前記第１のファイバブラッググレーティングに照射され前記光ファイバの中に結合された前記励起光が伝搬する側にある光ファイバ上に形成した第２のファイバブラッググレーティングと、を備え、
    前記励起光が、前記第１のファイバブラッググレーティングを介して、前記励起光源と前記第２のファイバブラッググレーティングとの間で共振するようにしたことを特徴とする光増幅器。
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