JP4471919B2 - Optical communication system and semiconductor optical amplifier - Google Patents

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Description

本発明は、伝送路であるところの市中に敷設した伝送ファイバ中を伝送される光信号を、線形中継器または端局装置から離して設置された無給電の半導体光増幅部により光増幅する光通信システム、または、光ファイバを用いたホームネットワーク中および光集積回路中に設置した無給電の半導体光増幅部で光信号を光増幅する光通信システムに関する。   The present invention optically amplifies an optical signal transmitted through a transmission fiber laid in a city as a transmission path by a non-feed semiconductor optical amplifier installed away from a linear repeater or a terminal device. The present invention relates to an optical communication system or an optical communication system in which an optical signal is optically amplified by a non-powered semiconductor optical amplifier installed in a home network and an optical integrated circuit using an optical fiber.

従来技術の第一構成として、波長多重の光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の遠隔励起システムの構成例を図19に示す(例えば、非特許文献1または2参照)。この遠隔励起システムでは、送信器1内の送信回路10から信号光を送出し、その信号光は、3つの市中に敷設した伝送ファイバ(伝送ファイバ♯1、伝送ファイバ♯2、伝送ファイバ♯3)を経由して受信器2内の受信回路20で受信される。   As a first configuration of the prior art, FIG. 19 shows a configuration example of a conventional remote pumping system used in a wavelength division multiplexing optical fiber communication system (see, for example, Non-Patent Document 1 or 2). In this remote excitation system, signal light is transmitted from the transmission circuit 10 in the transmitter 1, and the signal light is transmitted through three transmission fibers (transmission fiber # 1, transmission fiber # 2, transmission fiber # 3). ) Through the receiver circuit 20 in the receiver 2.

伝送ファイバ♯1と伝送ファイバ♯2、および伝送ファイバ♯2と伝送ファイバ♯3の間には、エルビウム添加ファイバ(EDF)が設置されている。それらのEDFを、それぞれEDF−FおよびEDF−Rとする。   An erbium-doped fiber (EDF) is installed between the transmission fiber # 1 and the transmission fiber # 2, and between the transmission fiber # 2 and the transmission fiber # 3. Let these EDF be EDF-F and EDF-R, respectively.

送信器1および受信器2内には、遠隔励起用の励起光源12、22が設置され、その励起光源12、22からの励起光と信号光は、合波器11、21を用いて合波される。送信器1、受信器2および励起光源12、22は、電源に接続されて給電されている。   In the transmitter 1 and the receiver 2, pumping light sources 12 and 22 for remote pumping are installed, and pumping light and signal light from the pumping light sources 12 and 22 are multiplexed using the multiplexers 11 and 21, respectively. Is done. The transmitter 1, the receiver 2, and the excitation light sources 12 and 22 are connected to a power source and are supplied with power.

送信器1および受信器2に接続した励起光源12、22を、それぞれ前段励起光源および後段励起光源と呼ぶことにする。また、それらの励起光源12、22からの励起光をそれぞれ前方励起光および後方励起光と呼ぶことにする。前方励起光は伝送ファイバ♯1を通過後、EDF−Fを励起し、また、後方励起光は伝送ファイバ♯3を通過後、EDF−Rを励起する。   The excitation light sources 12 and 22 connected to the transmitter 1 and the receiver 2 will be referred to as a front-stage excitation light source and a rear-stage excitation light source, respectively. The excitation light from these excitation light sources 12 and 22 will be referred to as forward excitation light and backward excitation light, respectively. The forward pumping light pumps the EDF-F after passing through the transmission fiber # 1, and the backward pumping light pumps the EDF-R after passing through the transmission fiber # 3.

前記信号光の波長はC帯(1.55μm帯)の波長、励起光の波長は、エルビウム添加ファイバ(EDF)の励起に適した、1.48μm近傍の光である。送信器1を出た信号光は、伝送ファイバ♯1で減衰した後、EDF−Fで増幅され、さらに、伝送ファイバ♯2で減衰した後、EDF−Rで増幅され、伝送ファイバ♯3を通過後、受信器2に達する。したがって、伝送ファイバ♯1、伝送ファイバ♯2、伝送ファイバ♯3を合わせた距離を、途中で給電することなく無中継で伝送することができる。   The wavelength of the signal light is a wavelength in the C band (1.55 μm band), and the wavelength of the pumping light is light in the vicinity of 1.48 μm suitable for pumping an erbium-doped fiber (EDF). The signal light emitted from the transmitter 1 is attenuated by the transmission fiber # 1, then amplified by EDF-F, further attenuated by the transmission fiber # 2, amplified by EDF-R, and passes through the transmission fiber # 3. Later, the receiver 2 is reached. Therefore, the combined distance of the transmission fiber # 1, the transmission fiber # 2, and the transmission fiber # 3 can be transmitted without relaying without supplying power in the middle.

遠隔励起されたEDFを用いない中継系に比べ、無中継距離すなわち中継間隔が大幅に伸長される点が、本遠隔励起の利点である。ただし、前方励起光源とEDF−F、または後方励起光源とEDF−Rのいずれか一方のみを用いた構成を採用することもできる。   The advantage of this remote excitation is that the non-relay distance, that is, the relay interval, is greatly extended compared to a relay system that does not use remotely excited EDF. However, a configuration using only one of the front excitation light source and the EDF-F, or the rear excitation light source and the EDF-R may be employed.

次に、従来技術の第二構成として、光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の半導体光増幅器の構成例を図20に示す。この半導体光増幅器では、図の左側の光ファイバF1から出射した信号光は、光ファイバF1と増幅媒質である半導体素子30との間に設置したレンズL1で集光され、半導体素子30の活性層31に入射する。また、活性層31を伝播して出射した信号光は、半導体素子30と信号光出射側の光ファイバF2との間に設置されたレンズL2により、信号光出射側の光ファイバF2に集光される。   Next, as a second configuration of the prior art, a configuration example of a conventional semiconductor optical amplifier used in an optical fiber communication system is shown in FIG. In this semiconductor optical amplifier, the signal light emitted from the optical fiber F1 on the left side of the drawing is condensed by the lens L1 disposed between the optical fiber F1 and the semiconductor element 30 that is an amplification medium, and is an active layer of the semiconductor element 30. 31 is incident. Further, the signal light propagating through the active layer 31 is condensed on the optical fiber F2 on the signal light emission side by the lens L2 installed between the semiconductor element 30 and the optical fiber F2 on the signal light emission side. The

半導体素子30は、活性層31の両側にクラッド層32、そのクラッド層32の両側に基板33、その基板33の両側に電極34を有する。その電極34には電源35が接続され、その電源35により、半導体素子30が電流駆動される。   The semiconductor element 30 has a clad layer 32 on both sides of the active layer 31, a substrate 33 on both sides of the clad layer 32, and electrodes 34 on both sides of the substrate 33. A power source 35 is connected to the electrode 34, and the semiconductor element 30 is current-driven by the power source 35.

K.Aida et al.,IEEE Proceedings,vol.137,Pt.J,No4,pp.225−229,1990K. Aida et al. , IEEE Proceedings, vol. 137, Pt. J, No4, pp. 225-229, 1990 N.Ohkawa et al.,IEICE Trans.Commun.,Vol.E81−B,pp.586−596,1998N. Ohkawa et al. , IEICE Trans. Commun. , Vol. E81-B, pp. 586-596, 1998

図19に示す従来技術の第一構成である遠隔励起システムでは、信号光の波長域はEDFの利得帯域であるC帯(1530〜1560nm)に限定されてしまうという欠点がある。したがって、一般に、C帯以外の波長である1600nmや1500nmの信号光の光増幅を行うことができない。   In the remote excitation system which is the first configuration of the prior art shown in FIG. 19, the wavelength range of the signal light is limited to the C band (1530 to 1560 nm) which is the EDF gain band. Therefore, generally, optical amplification of signal light of 1600 nm or 1500 nm, which is a wavelength other than the C band, cannot be performed.

また、従来技術の遠隔励起システムでは、遠隔励起モジュールに入射する励起光の所要パワーがEDFの励起効率で決まり、およそ10〜20mW以上の値に限られるという欠点がある。   Further, the remote pumping system of the prior art has a drawback that the required power of the pumping light incident on the remote pumping module is determined by the pumping efficiency of the EDF and is limited to a value of about 10 to 20 mW or more.

さらに、従来技術の遠隔励起システムでは、伝送ファイバが分散シフトファイバの場合には、伝送ファイバのゼロ分散波長と励起光波長との差(A)がL帯の信号光波長とゼロ分散波長との差(B)に近い値を示し、伝送ファイバ中で、励起光から信号光への強度雑音の転移が生じるという欠点がある。   Furthermore, in the remote pumping system of the prior art, when the transmission fiber is a dispersion shifted fiber, the difference (A) between the zero dispersion wavelength and the pumping light wavelength of the transmission fiber is the difference between the L-band signal light wavelength and the zero dispersion wavelength. A value close to the difference (B) is shown, and there is a disadvantage that a transfer of intensity noise from the excitation light to the signal light occurs in the transmission fiber.

また、伝送ファイバがノンゼロ分散シフトファイバの場合には、伝送ファイバの励起光波長がゼロ分散波長に近く、伝送ファイバ中での励起光の非線形効果によりシステム性能劣化が生じるという欠点がある。   Further, when the transmission fiber is a non-zero dispersion shifted fiber, there is a disadvantage that the pumping light wavelength of the transmission fiber is close to the zero dispersion wavelength and the system performance is deteriorated due to the nonlinear effect of the pumping light in the transmission fiber.

さらに、図20の従来技術の第二構成である半導体光増幅器では、給電が必要であり、光ファイバネットワーク中の任意の位置に設置できない。また、給電のための電気配線が必要であるという欠点がある。   Furthermore, the semiconductor optical amplifier that is the second configuration of the prior art in FIG. 20 requires power supply and cannot be installed at any position in the optical fiber network. In addition, there is a drawback that electrical wiring for power supply is necessary.

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、遠隔励起モジュールの利得帯域および励起効率が限られる、励起光から信号光への強度雑音の転移が生じる、励起光の非線形効果によりシステム性能劣化が生じる、半導体光増幅部に給電が必要であり、光ファイバネットワーク中の任意の位置に設置できない、給電のための電気配線が必要であるといった従来技術の問題点を解決することができる光通信システムおよび半導体光増幅部を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such a background, and the nonlinearity of the excitation light that causes the transfer of intensity noise from the excitation light to the signal light, which limits the gain bandwidth and excitation efficiency of the remote excitation module. Solves the problems of the prior art, such as system performance degradation due to the effect, the need to feed power to the semiconductor optical amplifying unit, cannot be installed at any position in the optical fiber network, and the need for electrical wiring for feeding It is an object of the present invention to provide an optical communication system and a semiconductor optical amplifying unit that can be used.

本発明は、光通信システムであって、本発明の特徴とするところは、信号光を出力する出力手段と、この信号光を入力する入力手段と、この入力手段および前記出力手段との間に設置された伝送ファイバの間に挿入され、遠隔励起される半導体素子を含む半導体光増幅部とを備え、前記出力手段または前記入力手段の少なくとも一方には、前記半導体素子を励起する励起光源と、この励起光源からの励起光と信号光とを合波する合波器とを備えたところにある。   The present invention is an optical communication system, and is characterized in that an output means for outputting signal light, an input means for inputting the signal light, and between the input means and the output means. A semiconductor optical amplifier including a semiconductor element inserted between installed transmission fibers and remotely pumped, and at least one of the output means or the input means, an excitation light source for exciting the semiconductor element; There is a multiplexer that combines the excitation light from the excitation light source and the signal light.

このように本発明の光通信システムでは、遠隔励起される半導体素子を含む半導体光増幅部を用いることにより、伝送ファイバの途中では、無給電で光増幅することができる。   As described above, in the optical communication system of the present invention, by using the semiconductor optical amplifier including the semiconductor element that is remotely pumped, it is possible to perform optical amplification without feeding in the middle of the transmission fiber.

この際に、前記励起光の波長を、前記信号光波長の80〜280nm短波長側に設定することにより、そうしない場合と比較して小さな所要励起光パワーによって光増幅することができる。   At this time, by setting the wavelength of the pumping light on the short wavelength side of 80 to 280 nm of the signal light wavelength, it is possible to optically amplify with a required pumping light power smaller than that in the case where it does not.

また、前記半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有することにより、励起効率を向上させることができる。   In addition, since the semiconductor element has a quantum well structure or a quantum dot structure, excitation efficiency can be improved.

また、前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−10dBm以下になるように前記信号光を強度変調する手段を備えることにより、半導体素子中の非線形効果を抑圧することができる。   Further, by providing means for intensity-modulating the signal light so that the signal light output power per channel in the wavelength division multiplexing system from the semiconductor element becomes −10 dBm or less, the nonlinear effect in the semiconductor element can be suppressed. it can.

あるいは、前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−5dBm以下になるように前記信号光を位相変調または周波数変調する手段を備えることによっても、半導体素子中の非線形効果を抑圧することができる。   Alternatively, by providing means for phase-modulating or frequency-modulating the signal light so that the signal light output power per channel in the wavelength division multiplexing system from the semiconductor element is −5 dBm or less, the nonlinear effect in the semiconductor element can be reduced. Can be suppressed.

また、前記励起光波長を、前記伝送ファイバのゼロ分散波長の短波長側に設置することにより、励起光から信号光への相対強度雑音の転移を回避することができる。または、伝送ファイバ中での励起光の非線形効果を回避することができる。   Further, by setting the pumping light wavelength on the short wavelength side of the zero dispersion wavelength of the transmission fiber, it is possible to avoid the transfer of relative intensity noise from the pumping light to the signal light. Or the nonlinear effect of the excitation light in a transmission fiber can be avoided.

本発明の光通信システムの具体的な構成例として、前記半導体光増幅部の前段に設置され、前記信号光と励起光とを分波する分波器と、この分波器に接続された分岐器と、この分岐器の第一の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第一の合波器と、前記分岐器の第二の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第二の合波器とを備え、前記第一の合波器から出射された励起光および前記第二の合波器から出射された励起光が前記半導体光増幅部に入射するように構成することができる。   As a specific configuration example of the optical communication system of the present invention, a demultiplexer installed before the semiconductor optical amplifier and demultiplexing the signal light and the pumping light, and a branch connected to the demultiplexer Connected to the first output port of the branching device, and to combine the signal light and the pumping light, and to the second output port of the branching device, A second multiplexer that multiplexes the excitation light, and the pump light emitted from the first multiplexer and the excitation light emitted from the second multiplexer are the semiconductor optical amplification unit It can comprise so that it may inject into.

これによれば、一つの励起光源を用いて前方励起および後方励起の双方向励起を実現することができ、同じ励起光パワーにおいて片方向励起に比べ、高い利得を得ることができる。   According to this, bidirectional pumping of forward pumping and backward pumping can be realized using a single pumping light source, and a higher gain can be obtained compared to unidirectional pumping at the same pumping light power.

あるいは、前記信号光および励起光を第一のポートから入力するサーキュレータと、このサーキュレータの第二のポートに接続された偏波ビームスプリッタと、この偏波ビームスプリッタと前記半導体光増幅部とを結ぶファイバリングとを備え、このファイバリングの一つのアームのみを90度回転させて、前記半導体光増幅部に接続した構成とすることができる。   Alternatively, a circulator for inputting the signal light and the pumping light from the first port, a polarization beam splitter connected to the second port of the circulator, and connecting the polarization beam splitter and the semiconductor optical amplification unit A fiber ring, and only one arm of the fiber ring is rotated 90 degrees to be connected to the semiconductor optical amplifier.

これによっても、一つの励起光源を用いて前方励起および後方励起の双方向励起を実現することができ、同じ励起光パワーにおいて片方向励起に比べ、高い利得を得ることができる。   Also by this, it is possible to realize bidirectional pumping of forward pumping and backward pumping using one pumping light source, and it is possible to obtain a higher gain than unidirectional pumping at the same pumping light power.

また、前記半導体素子は、活性層およびクラッド層を有することによって実現できる。これによれば、例えば、半導体素子と光ファイバの接続をレンズ無しで行うことができる。すなわち、活性層の厚さを、光ファイバのコアの厚さとほぼ同じに設定し、かつ、光ファイバのコアとクラッドとの屈折率差を、半導体素子の活性層とクラッドの屈折率差とほぼ同じにして、光ファイバ中を伝播する信号光のモード径を、半導体素子中を伝播する信号光のモード径とほぼ同じにし、さらに、光ファイバと半導体素子とのギャップは、例えば、1μmと小さくし、両者の結合損失を低くし、また、光ファイバおよび半導体素子の端面を無反射コートすることにより、レンズを用いた光学系を省略でき、光通信システムの簡略化および低価格化を図ることができる。   The semiconductor element can be realized by having an active layer and a cladding layer. According to this, for example, the semiconductor element and the optical fiber can be connected without a lens. That is, the thickness of the active layer is set to be substantially the same as the thickness of the core of the optical fiber, and the refractive index difference between the core and the cladding of the optical fiber is substantially equal to the refractive index difference between the active layer and the cladding of the semiconductor element. In the same manner, the mode diameter of the signal light propagating in the optical fiber is made substantially the same as the mode diameter of the signal light propagating in the semiconductor element, and the gap between the optical fiber and the semiconductor element is as small as 1 μm, for example. In addition, by reducing the coupling loss between the two, and by coating the end faces of the optical fiber and the semiconductor element without reflection, the optical system using the lens can be omitted, and the optical communication system can be simplified and reduced in price. Can do.

また、前記半導体素子の前記クラッド層を、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層とすることにより、クラッド層の絶縁性が高まり、活性層で発生したキャリアの前記クラッド層への漏洩を低減することができ、前記半導体素子の利得を向上させることができる。   Further, by making the cladding layer of the semiconductor element a non-doped cladding layer or a semi-insulating cladding layer doped with an impurity containing iron, the insulation of the cladding layer is increased, and the cladding of carriers generated in the active layer is increased. Leakage to the layer can be reduced, and the gain of the semiconductor element can be improved.

また、前記半導体光増幅部が絶縁性熱伝導体に密着するように構成することにより、前記半導体素子で発生した熱を、前記絶縁性熱伝導体を通して放散することができる。前記熱は、活性層中で励起光が吸収される過程で発生するので、前記熱を放散させることにより、励起光の活性層への吸収効率を高め、前記半導体素子の利得を向上させることができる。   In addition, by configuring the semiconductor optical amplifier to be in close contact with the insulating heat conductor, the heat generated in the semiconductor element can be dissipated through the insulating heat conductor. Since the heat is generated in the process where the excitation light is absorbed in the active layer, it is possible to increase the absorption efficiency of the excitation light into the active layer and improve the gain of the semiconductor element by dissipating the heat. it can.

また、前記入力手段がN個設けられ、前記半導体光増幅部とN個の前記入力手段とを1対Nに結合する分岐手段が設けられた構成とすることもできる。   Further, N input means may be provided, and a branching means for connecting the semiconductor optical amplifier and the N input means in a one-to-N manner may be provided.

これによれば、一つの半導体増幅部からの出力信号光を複数の受信器等に分配することができ、1対N通信についても本発明を適用することができる。   According to this, output signal light from one semiconductor amplifying unit can be distributed to a plurality of receivers and the like, and the present invention can be applied to 1-to-N communication.

また、本発明を、本発明の光通信システムに適用される半導体光増幅部の発明としての観点から捉えることもできる。例えば、本発明の半導体光増幅部は、当該半導体光増幅部を構成する半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有することを特徴とする。また、前記半導体素子は、例えば、活性層およびクラッド層を有する。また、前記クラッド層は、例えば、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層である。また、本発明の半導体光増幅部は、絶縁性熱伝導体に密着されて構成することができる。   The present invention can also be understood from the viewpoint of the invention of a semiconductor optical amplifier applied to the optical communication system of the present invention. For example, the semiconductor optical amplifier of the present invention is characterized in that the semiconductor element constituting the semiconductor optical amplifier has a quantum well structure or a quantum dot structure. The semiconductor element has, for example, an active layer and a cladding layer. The cladding layer is, for example, a non-doped cladding layer or a semi-insulating cladding layer doped with an impurity containing iron. In addition, the semiconductor optical amplifier of the present invention can be configured in close contact with an insulating heat conductor.

本発明によれば、遠隔励起モジュールの利得帯域および励起効率が限られる、励起光から信号光への強度雑音の転移が生じる、励起光の非線形効果によりシステム性能劣化が生じる、半導体光増幅部に給電が必要であり、光ファイバネットワーク中の任意の位置に設置できない、給電のための電気配線が必要であるといった従来技術の問題点を解決することができる。   According to the present invention, the gain band and pumping efficiency of the remote pumping module are limited, the intensity noise is transferred from pumping light to signal light, and the system performance is degraded due to the nonlinear effect of pumping light. It is possible to solve the problems of the prior art that power supply is necessary, cannot be installed at an arbitrary position in the optical fiber network, and electrical wiring for power supply is necessary.

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第一実施例)
本発明第一実施例の光通信システムを図1および図2を参照して説明する。図1は第一実施例の光通信システムを線形中継器により実現した例を示す図である。図2は第一実施例の光通信システムを送信器および受信器により実現した例を示す図である。
(First Example)
An optical communication system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an example in which the optical communication system of the first embodiment is realized by a linear repeater. FIG. 2 is a diagram showing an example in which the optical communication system of the first embodiment is realized by a transmitter and a receiver.

すなわち、従来技術では、遠隔励起の利得媒質としてEDFを用いているが、本実施例では、遠隔励起の利得媒質として半導体素子を用いている。それらは、図1では、前方励起および後方励起に対するそれぞれの半導体光増幅部−Fおよび半導体増幅部−Bの中に設置してある。   That is, in the prior art, an EDF is used as a gain medium for remote excitation, but in this embodiment, a semiconductor element is used as a gain medium for remote excitation. In FIG. 1, they are installed in the respective semiconductor optical amplifiers -F and -B for forward pumping and backward pumping.

また、励起光源波長は、従来技術では1.48μmであるが、本実施例では1.43μmである。さらに、信号光波長は、従来技術では1.55μmであるが、本実施例では1.58μmである。伝送ファイバ♯1、♯2、♯3は、本実施例では、上流の線形中継器4−1と下流の線形中継器4−2との間に設置されている。   The excitation light source wavelength is 1.48 μm in the prior art, but is 1.43 μm in this embodiment. Further, the signal light wavelength is 1.55 μm in the prior art, but is 1.58 μm in the present embodiment. In this embodiment, the transmission fibers # 1, # 2, and # 3 are installed between the upstream linear repeater 4-1 and the downstream linear repeater 4-2.

また、図2に示すように、線形中継器4−1は送信器1でもよく、また、線形中継器4−2は受信器2でもよい。なお、図2の例では、半導体光増幅部−Bを設置せず、また、受信器2には、後方励起のための励起光源および合波器は備えていない。これは送信器1と受信器2との距離が比較的短い場合を想定した例であり、送信器1と受信器2との距離が比較的長い場合には、図1の例と同様に、半導体光増幅部−Bを設置し、受信器2に後方励起のための励起光源および合波器を設置してもよい。   Further, as shown in FIG. 2, the linear repeater 4-1 may be the transmitter 1, and the linear repeater 4-2 may be the receiver 2. In the example of FIG. 2, the semiconductor optical amplification unit -B is not installed, and the receiver 2 is not provided with an excitation light source and a multiplexer for backward excitation. This is an example in which the distance between the transmitter 1 and the receiver 2 is relatively short. When the distance between the transmitter 1 and the receiver 2 is relatively long, as in the example of FIG. The semiconductor optical amplification unit-B may be installed, and the receiver 2 may be provided with an excitation light source and a multiplexer for backward excitation.

光増幅用の半導体素子は、よく知られているように、その半導体組成および組成比を変えることにより、任意の波長の信号光を増幅することができる。半導体組成の例としては、InGaAsPなどがある。例えば、図1の場合とは別の組成比の半導体光増幅素子を用いて1.35μmの励起光で、1.50μmの信号光を増幅することができる。上記のように、従来技術で問題であった、利得帯域が限られるという欠点が、本実施例により解決されている。   As is well known, a semiconductor element for optical amplification can amplify signal light of an arbitrary wavelength by changing its semiconductor composition and composition ratio. Examples of the semiconductor composition include InGaAsP. For example, a 1.50 μm signal light can be amplified with a 1.35 μm excitation light using a semiconductor optical amplifier having a composition ratio different from that in FIG. As described above, this embodiment solves the disadvantage that the gain band is limited, which has been a problem in the prior art.

また、これまでは、半導体素子は、電流駆動の素子として用いられ、遠隔励起システムで用いられることは無かった。   In the past, semiconductor devices have been used as current-driven devices and have not been used in remote excitation systems.

図3は、第一実施例における半導体光増幅部の構成を示している。図3に示す半導体光増幅部50は、図20に示した従来技術の半導体素子30と異なり、電流駆動に必要な部品である電極34、電源35等を有しない。また、励起光源55から出射した励起光は、合波器54により信号光と合波され、信号光と共に、光ファイバF1を伝播した後、半導体光増幅部50に入射する。   FIG. 3 shows the configuration of the semiconductor optical amplifier in the first embodiment. The semiconductor optical amplifier 50 shown in FIG. 3 does not include the electrode 34, the power source 35, and the like, which are parts necessary for current driving, unlike the semiconductor device 30 of the prior art shown in FIG. Further, the excitation light emitted from the excitation light source 55 is combined with the signal light by the multiplexer 54, propagates along with the signal light through the optical fiber F <b> 1, and then enters the semiconductor optical amplifier 50.

このとき、合波器54と半導体光増幅部50との距離は、典型的には数mから数10kmである。すなわち、図1の遠隔励起システムの場合には、伝送ファイバ♯1、♯2、♯3の長さは、いずれも数10kmである。また、光ファイバを用いたホームネットワーク中に半導体光増幅部50を設置する場合には、光ファイバ長は数m〜数10m程度である。ただし、光集積回路中に半導体光増幅部50を設置する場合のように、光ファイバ長が数mm〜数10cm程度である場合もある。   At this time, the distance between the multiplexer 54 and the semiconductor optical amplifier 50 is typically several meters to several tens km. That is, in the case of the remote excitation system of FIG. 1, the lengths of the transmission fibers # 1, # 2, and # 3 are all tens of kilometers. When the semiconductor optical amplifier 50 is installed in a home network using optical fibers, the optical fiber length is about several meters to several tens of meters. However, there are cases where the optical fiber length is about several millimeters to several tens of centimeters, as in the case where the semiconductor optical amplifier 50 is installed in the optical integrated circuit.

図11は、図3に示した半導体光増幅部50の利得および雑音指数特性の測定結果例を示している。このとき、信号光波長は1550nm、励起光波長は1470nmである。ただし、励起光パワーは、光ファイバ出力値、すなわち半導体光増幅部入力値である。励起光パワーが100mW、200mWのとき、利得はそれぞれ約2.5dB、約5.0dBである。また、雑音指数は、励起光パワーが100mW以上の領域でほぼ一定値に落ち着いており、約9.2dBである。   FIG. 11 shows an example of measurement results of the gain and noise figure characteristics of the semiconductor optical amplifier 50 shown in FIG. At this time, the signal light wavelength is 1550 nm and the excitation light wavelength is 1470 nm. However, the pumping light power is an optical fiber output value, that is, a semiconductor optical amplifier input value. When the pumping light power is 100 mW and 200 mW, the gains are about 2.5 dB and about 5.0 dB, respectively. Further, the noise figure is approximately 9.2 dB, which is almost constant in the region where the pumping light power is 100 mW or more.

ただし、この測定に用いた半導体光増幅部50としての半導体素子は、その導波路パラメータなどが最適化されておらず、同じ利得を得るための所要励起光パワーは、最適化されたものに比べ、数倍ほど大きな値になっている。   However, the semiconductor element as the semiconductor optical amplification unit 50 used for this measurement is not optimized for the waveguide parameters, and the required pumping light power for obtaining the same gain is compared with the optimized one. The value is several times larger.

一方、図12は、図3に示した半導体光増幅部50の利得の励起光波長依存性の測定結果例を示している。このとき、信号光波長は1570nm、励起光波長は1430nm、1470nmおよび1490nmである。それらの励起光波長範囲(1430〜1490nm)では、利得の励起光波長依存性が小さいことがわかった。   On the other hand, FIG. 12 shows a measurement result example of the pumping light wavelength dependence of the gain of the semiconductor optical amplifier 50 shown in FIG. At this time, the signal light wavelength is 1570 nm, and the excitation light wavelengths are 1430 nm, 1470 nm, and 1490 nm. It was found that the dependence of the gain on the pumping light wavelength is small in the pumping light wavelength range (1430 to 1490 nm).

図14は、半導体光増幅部50としての半導体素子の導波路パラメータを最適化した場合の利得10dBを得るための所要励起光パワースペクトルを示している。このとき、信号光波長は1580nmである。励起光波長1300〜1500nmにおける所要励起光パワーは、波長依存性が小さく、約20〜30mWである。   FIG. 14 shows a required excitation light power spectrum for obtaining a gain of 10 dB when the waveguide parameter of the semiconductor element as the semiconductor optical amplifier 50 is optimized. At this time, the signal light wavelength is 1580 nm. The required pumping light power at the pumping light wavelength of 1300 to 1500 nm has a small wavelength dependency and is about 20 to 30 mW.

すなわち、1.5μm帯の信号光に対し、信号光波長と励起光波長の差を、80〜280nmとすれば、小さな所要励起光パワーが得られるという利点がある。ただし、前記信号光波長と励起光波長の差は、半導体光増幅素子の組成等により若干異なる。   That is, if the difference between the signal light wavelength and the pumping light wavelength is 80 to 280 nm with respect to 1.5 μm band signal light, there is an advantage that a small required pumping light power can be obtained. However, the difference between the signal light wavelength and the excitation light wavelength is slightly different depending on the composition of the semiconductor optical amplification element.

図15は、本実施例における半導体素子の励起効率特性について、その半導体素子構造依存性を示している。バルク、量子井戸、量子ドットの順に励起効率が向上していることがわかった。遠隔励起システムにおいては、所要励起光パワーが低いほど、システム性能が向上するので、特に、励起効率の高い量子井戸および量子ドット構造の半導体素子を用いるとよいことがわかる。   FIG. 15 shows the semiconductor element structure dependency of the excitation efficiency characteristics of the semiconductor element in this example. It was found that the excitation efficiency improved in the order of bulk, quantum well, and quantum dot. In the remote pumping system, the lower the required pumping light power, the better the system performance. Therefore, it can be seen that it is particularly preferable to use a semiconductor device having a quantum well and quantum dot structure with high pumping efficiency.

また、図16は本実施例の光通信システムにおける半導体光増幅素子中の非線形効果によるシステム性能劣化特性を示している。波長多重システムを考えた場合に、半導体素子中の非線形効果は、主に半導体素子出力のチャネル当りの信号光パワーで決まる。前記非線形効果は4光波混合や交差利得変調(Cross gain modulation)などである。   FIG. 16 shows system performance degradation characteristics due to nonlinear effects in the semiconductor optical amplifier in the optical communication system of the present embodiment. When a wavelength multiplexing system is considered, the nonlinear effect in the semiconductor element is mainly determined by the signal light power per channel of the semiconductor element output. Non-linear effects include four-wave mixing, cross gain modulation, and the like.

図16に示したように、受信感度を与える信号光パワーの劣化量(パワーペナルティ)は、前記チャネル当りの信号光パワーに依存し、前記出力信号光パワーが−10dBm以下のときにかなり小さな値となることがわかった。   As shown in FIG. 16, the degradation amount (power penalty) of the signal light power giving the reception sensitivity depends on the signal light power per channel, and is a considerably small value when the output signal light power is -10 dBm or less. I found out that

遠隔励起システム(これをAとする)では、市中に敷設した伝送路の途中で光増幅を行うため、半導体光増幅部出力を線形中継光増幅器を用いたシステム(これをBとする)に比べ、顕著に低く設定できる。例えば、システムBにおける出力信号光パワーの典型値は0dBm程度であるが、システムAにおけるそれは、−10dBm以下に設定できる。したがって、システムBで顕著であった前記システム性能劣化を、システムAにおける前記出力信号光パワー設定により回避できる。   In the remote pumping system (referred to as A), optical amplification is performed in the middle of a transmission line laid in the city. Therefore, the output of the semiconductor optical amplifier is changed to a system using a linear repeater optical amplifier (referred to as B). In comparison, it can be set significantly lower. For example, the typical value of the output signal light power in the system B is about 0 dBm, but it can be set to -10 dBm or less in the system A. Therefore, the system performance deterioration that is remarkable in the system B can be avoided by the output signal light power setting in the system A.

上記は、信号光が強度変調されている場合であるが、信号光の位相変調または周波数変調を用いることにより、半導体光増幅素子中での非線形効果を抑圧できる。このとき、前記パワーペナルティーは、前記出力信号光パワーが−5dBm以下のときにかなり小さい値となることがわかった。   The above is a case where the signal light is intensity-modulated, but nonlinear effects in the semiconductor optical amplifier can be suppressed by using phase modulation or frequency modulation of the signal light. At this time, it was found that the power penalty was considerably small when the output signal light power was −5 dBm or less.

さらに、図17は本実施例の光ファイバ通信システムにおける信号光波長、励起光波長および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示している。ただし、伝送ファイバが分散シフトファイバ(DSF)の場合である。ゼロ分散波長は1550nm近傍、信号光波長は1580nm帯(1570〜1600nm)である。励起光波長は従来技術では1480nm、本実施例では1430nmである。ただし、従来技術においてはL帯用の遠隔励起EDFを用いる。   Furthermore, FIG. 17 shows the relationship between the signal light wavelength, the pumping light wavelength, and the zero dispersion wavelength of the transmission fiber in the optical fiber communication system of the present embodiment. However, this is the case where the transmission fiber is a dispersion shifted fiber (DSF). The zero dispersion wavelength is in the vicinity of 1550 nm, and the signal light wavelength is in the 1580 nm band (1570 to 1600 nm). The excitation light wavelength is 1480 nm in the prior art and 1430 nm in this embodiment. However, in the prior art, a remote excitation EDF for L band is used.

従来技術では、信号光波長とゼロ分散波長との差10〜50nmが、ゼロ分散波長と励起光波長の差70nmに近く、励起光から信号光への相対強度雑音の、伝送ファイバ中での転移が起こり、システム性能劣化を招く。一方、本実施例では、信号光波長とゼロ分散波長との差10〜50nmが、ゼロ分散波長と励起光波長との差130nmより十分小さく、上記相対強度雑音の転移によるシステム性能劣化を回避できる。   In the prior art, the difference between the signal light wavelength and the zero dispersion wavelength of 10 to 50 nm is close to the difference between the zero dispersion wavelength and the excitation light wavelength of 70 nm, and the relative intensity noise from the excitation light to the signal light is transferred in the transmission fiber. Occurs, causing system performance degradation. On the other hand, in this embodiment, the difference of 10 to 50 nm between the signal light wavelength and the zero dispersion wavelength is sufficiently smaller than the difference of 130 nm between the zero dispersion wavelength and the excitation light wavelength, and the system performance deterioration due to the transfer of the relative intensity noise can be avoided. .

また、図18は、伝送ファイバがノンゼロ分散シフトファイバ(NZ−DSF)の場合の、信号光波長、励起光波長、および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示している。ただし、伝送ファイバがノンゼロ分散シフトファイバ(NZ−DSF)の場合である。ゼロ分散波長は1470nm近傍、信号光波長は1550nmである。励起光波長は従来技術では1480nm、本実施例では1400nmである。   FIG. 18 shows the relationship between the signal light wavelength, the pumping light wavelength, and the zero dispersion wavelength of the transmission fiber when the transmission fiber is a non-zero dispersion shifted fiber (NZ-DSF). However, this is a case where the transmission fiber is a non-zero dispersion shifted fiber (NZ-DSF). The zero dispersion wavelength is around 1470 nm, and the signal light wavelength is 1550 nm. The excitation light wavelength is 1480 nm in the prior art and 1400 nm in this embodiment.

すなわち、従来技術では、ゼロ分散波長が励起光波長の近傍にある。したがって、励起光が伝送ファイバ中で非線形効果を起こし、信号光の伝送特性劣化を誘起する。一方、本実施例では、励起光波長の1400nmは、ゼロ分散波長の1470nmから70nmと、十分離れており、上記励起光の非線形効果、ひいては信号光の伝送特性劣化を回避できる。   That is, in the prior art, the zero dispersion wavelength is in the vicinity of the excitation light wavelength. Therefore, the pumping light causes a nonlinear effect in the transmission fiber and induces a deterioration in the transmission characteristics of the signal light. On the other hand, in the present embodiment, the pumping light wavelength of 1400 nm is sufficiently far from the zero dispersion wavelength of 1470 nm to 70 nm, so that the nonlinear effect of the pumping light and hence the deterioration of the transmission characteristics of the signal light can be avoided.

(第二実施例)
第二実施例の光通信システムを図4を参照して説明する。図4は第二実施例の光通信システムの全体構成図である。図3の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体光増幅部62を双方向励起する。すなわち、励起光を半導体光増幅部62の双方向から入射させるため、以下の部品を追加している。
(Second embodiment)
The optical communication system of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an overall configuration diagram of the optical communication system of the second embodiment. The following points are mainly different from the first embodiment of FIG. That is, in this embodiment, the semiconductor optical amplifier 62 is bidirectionally excited. That is, the following components are added in order to make the excitation light enter from both sides of the semiconductor optical amplifier 62.

半導体光増幅部62に向かう励起光は、信号光上流側に設置された分波器60により信号光と分離され、分岐64に導入され、所望の分岐比、例えば1:1で分岐される。その2分岐された励起光は、半導体光増幅部62の信号光上流側に設置した合波器61および信号光下流側に設置した合波器63に導かれた後、半導体光増幅部62に入射する。   The pump light directed toward the semiconductor optical amplifier 62 is separated from the signal light by the duplexer 60 installed on the upstream side of the signal light, introduced into the branch 64, and branched at a desired branch ratio, for example, 1: 1. The bifurcated excitation light is guided to a multiplexer 61 installed on the upstream side of the signal light of the semiconductor optical amplifier 62 and a multiplexer 63 installed on the downstream side of the signal light, and then to the semiconductor optical amplifier 62. Incident.

図13は半導体光増幅部62の励起方向依存性を示している。励起光パワーが50mWの場合が片方向励起、また、励起光パワーが100mWの場合が双方向励起の場合である。ただし、前記励起光パワーはトータルのパワーである。上記双方向励起の場合の利得は、片方向励起で励起光パワーが100mWの場合の利得より十分大きく、双方向励起の場合の方が、同じ励起光パワーにおいて利得が高いことがわかった。   FIG. 13 shows the excitation direction dependence of the semiconductor optical amplifier 62. The case where the pumping light power is 50 mW is the one-way pumping, and the case where the pumping light power is 100 mW is the bi-directional pumping. However, the pumping light power is a total power. The gain in the case of bidirectional pumping is sufficiently larger than the gain in the case of unidirectional pumping and the pumping light power is 100 mW, and it has been found that the gain in the case of bidirectional pumping is higher at the same pumping light power.

したがって、本実施例は、第一実施例より同じ励起光パワーにおいて高い利得が得られるという利点を有する。   Therefore, this embodiment has an advantage that a higher gain can be obtained at the same pumping light power than the first embodiment.

(第三実施例)
第三実施例の光通信システムを図5を参照して説明する。図5は第三実施例の光通信システムの全体構成図である。図3の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体光増幅部72を双方向励起する、すなわち励起光を半導体光増幅部72の双方向から入射させるため、以下の部品を追加している。
(Third embodiment)
An optical communication system according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an overall configuration diagram of the optical communication system of the third embodiment. The following points are mainly different from the first embodiment of FIG. That is, in the present embodiment, the following components are added in order to bi-directionally excite the semiconductor optical amplifying unit 72, that is, to make the excitation light enter from both directions of the semiconductor optical amplifying unit 72.

半導体光増幅部72に向かう信号光および励起光は、サーキュレータ70により、その第一ポートから第二ポートへ導かれ、その第二ポートに接続された偏波ビームスプリッタ71に入射する。その偏波ビームスプリッタ71により、信号光はその偏波状態に応じて、偏波ビームスプリッタ71と半導体光増幅部72とを結ぶ偏波保持ファイバからなるファイバリング73中を、時計周りまたは反時計周りに伝播し、半導体光増幅部72に入射する。   The signal light and the pump light directed to the semiconductor optical amplifier 72 are guided from the first port to the second port by the circulator 70 and are incident on the polarization beam splitter 71 connected to the second port. The polarization beam splitter 71 causes the signal light to rotate clockwise or counterclockwise in a fiber ring 73 formed of a polarization maintaining fiber that connects the polarization beam splitter 71 and the semiconductor optical amplifier 72 according to the polarization state. It propagates around and enters the semiconductor optical amplifier 72.

一方、励起光は、偏波多重されており、偏波ビームスプリッタ71でそのパワーが二分され、ファイバリング73中を、時計周りまたは反時計周りに伝播し、半導体光増幅部72に入射する。ただし、ファイバリング73の一方のアームのみを90度回転させて半導体光増幅部72に接続している。   On the other hand, the excitation light is polarization multiplexed, and its power is divided into two by the polarization beam splitter 71, propagates clockwise or counterclockwise in the fiber ring 73, and enters the semiconductor optical amplifier 72. However, only one arm of the fiber ring 73 is rotated 90 degrees and connected to the semiconductor optical amplifier 72.

半導体光増幅部72で増幅された信号光は、ファイバリング73中を時計周りまたは反時計周りに伝播した後、偏波ビームスプリッタ71でサーキュレータ70方向へ出射し、サーキュレータ70の第二ポートから第三ポートへ導かれて出力側の光ファイバF2へ出射する。   The signal light amplified by the semiconductor light amplifier 72 propagates clockwise or counterclockwise in the fiber ring 73, and then is emitted toward the circulator 70 by the polarization beam splitter 71, and is output from the second port of the circulator 70. The light is guided to the three ports and emitted to the output optical fiber F2.

(第四実施例)
第四実施例の光通信システムを図6を参照して説明する。図6は第四実施例の光通信システムの全体構成図である。図3の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体素子86と光ファイバ80の接続をレンズ無しで行っている。すなわち、活性層84の厚さを、光ファイバ80のコア81の厚さとほぼ同じに設定し、かつ、光ファイバ80のコア81とクラッド82との屈折率差を、半導体素子86の活性層84とクラッド83の屈折率差とほぼ同じにして、光ファイバ80中を伝播する信号光のモード径を、半導体素子86中を伝播する信号光のモード径とほぼ同じにしている。
(Fourth embodiment)
The optical communication system of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an overall configuration diagram of the optical communication system according to the fourth embodiment. The following points are mainly different from the first embodiment of FIG. That is, in this embodiment, the semiconductor element 86 and the optical fiber 80 are connected without a lens. That is, the thickness of the active layer 84 is set to be substantially the same as the thickness of the core 81 of the optical fiber 80, and the refractive index difference between the core 81 and the cladding 82 of the optical fiber 80 is set to be the active layer 84 of the semiconductor element 86. The mode diameter of the signal light propagating through the optical fiber 80 is made substantially the same as the mode diameter of the signal light propagating through the semiconductor element 86.

光ファイバ80と半導体素子86とのギャップは、例えば、1μmと小さくし、両者の結合損失を低くする。また、光ファイバ80および半導体素子86の端面を無反射コートする。   The gap between the optical fiber 80 and the semiconductor element 86 is, for example, as small as 1 μm to reduce the coupling loss between them. Further, the end faces of the optical fiber 80 and the semiconductor element 86 are coated without reflection.

本実施例によれば、第一実施例で用いたレンズを用いた光学系を省略でき、光通信システムの簡略化および低価格化が図れるという利点がある。   According to the present embodiment, there is an advantage that the optical system using the lens used in the first embodiment can be omitted, and the optical communication system can be simplified and reduced in price.

(第五実施例)
第五実施例の半導体素子を図7を参照して説明する。図7は第五実施例の半導体素子の構成図である。図3に示す第一実施例の半導体素子とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体素子90の外側に、絶縁性熱伝導性リング91を設置し、また、その外側に、放熱用金属リング92を設置している。ただし、絶縁性熱伝導性リング91の素材は、例えば、樹脂である。
(Fifth embodiment)
A semiconductor element of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram of the semiconductor device of the fifth embodiment. The following points are mainly different from the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. That is, in this embodiment, the insulating heat conductive ring 91 is installed outside the semiconductor element 90, and the heat dissipating metal ring 92 is installed outside the semiconductor element 90. However, the material of the insulating heat conductive ring 91 is, for example, resin.

本実施例によれば、半導体素子90で発生した熱を、前縁性熱伝導性リング91および放熱用金属リング92を通して放散できる。この熱は、励起光が、活性層中で吸収される過程で発生することがわかった。例えば、第一実施例で5dBであった利得が、本実施例により10dBに向上した。   According to the present embodiment, the heat generated in the semiconductor element 90 can be dissipated through the leading edge heat conductive ring 91 and the heat radiating metal ring 92. It was found that this heat is generated in the process in which excitation light is absorbed in the active layer. For example, the gain of 5 dB in the first embodiment is improved to 10 dB by this embodiment.

ただし、絶縁性熱伝導性リング91および放熱用金属リング92の形状は、矩形であってもよく、得られる効果は同じである。   However, the shape of the insulating heat conductive ring 91 and the metal ring 92 for heat dissipation may be rectangular, and the obtained effects are the same.

(第六実施例)
第六実施例の光通信システムを図8を参照して説明する。図8は第六実施例の光通信システムの全体構成図である。図6の第四実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、活性層101の厚さを、光ファイバ80と半導体素子103との境界に向かってテーパ状に変化させている。その結果、活性層101は、境界付近の活性層内のモード径は、光ファイバ80中のモード径とほぼ等しくなるという、スポットサイズ変換機能を有する。半導体素子103の中央付近のモード径は境界付近の活性層101内のモード径より小さい。
(Sixth embodiment)
An optical communication system according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an overall configuration diagram of the optical communication system according to the sixth embodiment. The following points are mainly different from the fourth embodiment of FIG. That is, in this embodiment, the thickness of the active layer 101 is changed in a taper shape toward the boundary between the optical fiber 80 and the semiconductor element 103. As a result, the active layer 101 has a spot size conversion function in which the mode diameter in the active layer near the boundary is substantially equal to the mode diameter in the optical fiber 80. The mode diameter near the center of the semiconductor element 103 is smaller than the mode diameter in the active layer 101 near the boundary.

本実施例によれば、光ファイバ80と半導体素子103との結合損失、および半導体素子103中の信号光伝播損失を低減できる。   According to the present embodiment, the coupling loss between the optical fiber 80 and the semiconductor element 103 and the signal light propagation loss in the semiconductor element 103 can be reduced.

(第七実施例)
第七実施例の半導体素子を図9を参照して説明する。図9は第七実施例の半導体素子の構成図である。図3の第一実施例の半導体素子86とは以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、クラッド層110の組成をノンドープ、または鉄などの不純物をドープしたものとする。この組成により、クラッド層110の絶縁性が高まり、活性層111で発生したキャリアのクラッド層110への漏洩を低減できる。例えば、第一実施例で5dBであった利得が、本実施例により7dBに向上した。
(Seventh embodiment)
The semiconductor device of the seventh embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram of the semiconductor device of the seventh embodiment. The semiconductor device 86 of the first embodiment shown in FIG. That is, in this embodiment, the composition of the clad layer 110 is non-doped or doped with impurities such as iron. With this composition, the insulation of the clad layer 110 is enhanced, and leakage of carriers generated in the active layer 111 to the clad layer 110 can be reduced. For example, the gain of 5 dB in the first embodiment is improved to 7 dB by this embodiment.

(第八実施例)
第八実施例の光通信システムを図10を参照して説明する。図10は第八実施例の光通信システムの全体構成図である。図2の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体光増幅部−Fの後段に、光ファイバ分岐5を設置し、複数の受信器2に信号光を分配している。このとき、半導体光増幅部−Fの利得は、光ファイバ分岐5の挿入損失を補償している。
(Eighth Example)
The optical communication system according to the eighth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an overall configuration diagram of the optical communication system of the eighth embodiment. The following points are mainly different from the first embodiment of FIG. That is, in this embodiment, the optical fiber branch 5 is installed in the subsequent stage of the semiconductor optical amplifier-F, and the signal light is distributed to the plurality of receivers 2. At this time, the gain of the semiconductor optical amplifier -F compensates for the insertion loss of the optical fiber branch 5.

本発明によれば、給電のための電気配線を必要とせず、従来と比較して高性能な光通信システムを容易に構築することができる。   According to the present invention, it is possible to easily construct a high-performance optical communication system as compared with the prior art without requiring electrical wiring for power supply.

第一実施例の光通信システムの全体構成図(線形中継器としての実施例)。1 is an overall configuration diagram of an optical communication system according to a first embodiment (an embodiment as a linear repeater). FIG. 第一実施例の光通信システムの全体構成図(送信器、受信器としての実施例)。1 is an overall configuration diagram of an optical communication system according to a first embodiment (embodiment as a transmitter and a receiver). FIG. 第一実施例における半導体光増幅部の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the semiconductor optical amplifier in a 1st Example. 第二実施例の光通信システムの全体構成図。The whole block diagram of the optical communication system of a 2nd Example. 第三実施例の光通信システムの全体構成図。The whole block diagram of the optical communication system of a 3rd Example. 第四実施例の光通信システムの全体構成図。The whole block diagram of the optical communication system of a 4th Example. 第五実施例の半導体光増幅部の構成図。The block diagram of the semiconductor optical amplifier part of 5th Example. 第六実施例の光通信システムの全体構成図。The whole block diagram of the optical communication system of a 6th Example. 第七実施例の半導体素子の構成図。The block diagram of the semiconductor element of 7th Example. 第八実施例の光通信システムの全体構成図。The whole block diagram of the optical communication system of an 8th Example. 半導体光増幅部の利得および雑音指数特性を示す図。The figure which shows the gain and noise figure characteristic of a semiconductor optical amplifier. 半導体光増幅部利得の励起波長依存性を示す図。The figure which shows the excitation wavelength dependence of a semiconductor optical amplifier gain. 半導体光増幅部利得の励起方向依存性を示す図。The figure which shows the excitation direction dependence of a semiconductor optical amplifier gain. 所要励起光パワーの励起光波長依存性を示す図。The figure which shows the pumping light wavelength dependence of required pumping light power. 励起効率特性を示す図。The figure which shows an excitation efficiency characteristic. 非線形効果によるシステム劣化特性を示す図。The figure which shows the system degradation characteristic by a nonlinear effect. DSFを用いたシステムにおける信号光波長、励起光波長、および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the signal light wavelength in the system using DSF, a pumping light wavelength, and the zero dispersion wavelength of a transmission fiber. ノンゼロDSFを用いたシステムにおける信号光波長、励起光波長、および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示す図。The figure which shows the relationship of the signal light wavelength in the system using nonzero DSF, a pumping light wavelength, and the zero dispersion wavelength of a transmission fiber. 従来技術の第一構成を示す図。The figure which shows the 1st structure of a prior art. 従来技術の第二構成を示す図。The figure which shows the 2nd structure of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 送信器
2 受信器
4−1、4−2 線形中継器
5 光ファイバ分岐
10 送信回路
11、21、41、43、54、61、63 合波器
12、22、42、44、55 励起光源
13 信号光源
20 受信回路
23 受光器
30、86、90、103、113 半導体素子
31、51、84、101、111 活性層
32、52、83、100、110 クラッド層
33、53、85、102、112 基板
34 電極
35 電源
40、45 アイソレータ
60 分波器
50、62、72 半導体光増幅部
64 分岐
70 サーキュレータ
71 偏波ビームスプリッタ
73 ファイバリング
80 光ファイバ
81 コア
82 クラッド
91 絶縁性熱伝導性リング
92 放熱用金属リング
L1、L2 レンズ
F1、F2 光ファイバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmitter 2 Receiver 4-1 and 4-2 Linear repeater 5 Optical fiber branch 10 Transmission circuit 11, 21, 41, 43, 54, 61, 63 Multiplexer 12, 22, 42, 44, 55 Excitation light source 13 Signal light source 20 Reception circuit 23 Light receiver 30, 86, 90, 103, 113 Semiconductor element 31, 51, 84, 101, 111 Active layer 32, 52, 83, 100, 110 Clad layer 33, 53, 85, 102, 112 Substrate 34 Electrode 35 Power supply 40, 45 Isolator 60 Demultiplexer 50, 62, 72 Semiconductor optical amplifier 64 Branch 70 Circulator 71 Polarization beam splitter 73 Fiber ring 80 Optical fiber 81 Core 82 Clad 91 Insulating heat conductive ring 92 Metal ring for heat dissipation L1, L2 Lens F1, F2 Optical fiber

Claims (14)

信号光を出力する出力手段と、この信号光を入力する入力手段と、この入力手段および前記出力手段との間に設置された伝送ファイバの間に挿入され、励起光により遠隔励起されることによって前記信号光を増幅する半導体素子を含む半導体光増幅部とを備え、
前記出力手段または前記入力手段の少なくとも一方には、前記励起光を発生する励起光源と、この励起光源からの励起光と信号光とを合波する合波器とを備え、
前記半導体素子の外側に絶縁性熱伝導性リングを密着して設置し、該絶縁性熱伝導性リングの外側に放熱用金属リングを密着して設置した
ことを特徴とする光通信システム。
And output means for outputting a signal light, input means for inputting the signal light, is inserted between the installed transmission fiber between the input means and the output means, the Rukoto remotely excited by the excitation light A semiconductor optical amplifier including a semiconductor element for amplifying the signal light ,
At least one of the output means or the input means includes an excitation light source that generates the excitation light, and a multiplexer that combines the excitation light and the signal light from the excitation light source,
An optical communication system, wherein an insulating heat conductive ring is closely attached to the outside of the semiconductor element, and a heat radiating metal ring is closely attached to the outside of the insulating heat conductive ring.
前記励起光の波長を、前記信号光波長の80〜280nm短波長側に設定した請求項1記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 1, wherein a wavelength of the pumping light is set to a short wavelength side of 80 to 280 nm of the signal light wavelength. 前記半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有する請求項1記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 1, wherein the semiconductor element has a quantum well structure or a quantum dot structure. 前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−10dBm以下になるように前記信号光を強度変調する手段を備えた請求項1記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 1, further comprising means for intensity-modulating the signal light so that a signal light output power per channel in the wavelength division multiplexing system from the semiconductor element is -10 dBm or less. 前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−5dBm以下になるように前記信号光を位相変調または周波数変調する手段を備えた請求項1記載の光通信システム。   2. The optical communication system according to claim 1, further comprising means for phase-modulating or frequency-modulating the signal light so that signal light output power per channel in the wavelength division multiplexing system from the semiconductor element is -5 dBm or less. 前記励起光波長を、前記伝送ファイバのゼロ分散波長の短波長側に設置する請求項1記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 1, wherein the excitation light wavelength is installed on a short wavelength side of a zero dispersion wavelength of the transmission fiber. 前記半導体光増幅部の前段に設置され、前記信号光と励起光とを分波する分波器と、この分波器に接続された分岐器と、この分岐器の第一の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第一の合波器と、前記分岐器の第二の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第二の合波器とを備え、
前記第一の合波器から出射された励起光および前記第二の合波器から出射された励起光が前記半導体光増幅部に入射する
請求項1記載の光通信システム。
Installed in the previous stage of the semiconductor optical amplifier, a demultiplexer for demultiplexing the signal light and the excitation light, a branching unit connected to the demultiplexing unit, and a first output port of the branching unit A first multiplexer that combines the signal light and the excitation light, and a second multiplexer that is connected to the second output port of the branching device and combines the signal light and the excitation light. With
The optical communication system according to claim 1, wherein the excitation light emitted from the first multiplexer and the excitation light emitted from the second multiplexer are incident on the semiconductor optical amplifier.
前記信号光および励起光を第一のポートから入力するサーキュレータと、このサーキュレータの第二のポートに接続された偏波ビームスプリッタと、この偏波ビームスプリッタと前記半導体光増幅部とを結ぶファイバリングとを備え、
このファイバリングの一つのアームのみを90度回転させて、前記半導体光増幅部に接続した
請求項1記載の光通信システム。
A circulator that inputs the signal light and pump light from the first port, a polarization beam splitter connected to the second port of the circulator, and a fiber ring that connects the polarization beam splitter and the semiconductor optical amplifier And
The optical communication system according to claim 1, wherein only one arm of the fiber ring is rotated by 90 degrees and connected to the semiconductor optical amplifier.
前記半導体素子は、活性層およびクラッド層を有する請求項1記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 1, wherein the semiconductor element has an active layer and a cladding layer. 前記クラッド層は、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層である請求項9記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 9, wherein the cladding layer is a non-doped cladding layer or a semi-insulating cladding layer doped with an impurity containing iron. 前記入力手段がN個設けられ、
前記半導体光増幅部とN個の前記入力手段とを1対Nに結合する分岐手段が設けられた
請求項1記載の光通信システム。
N input means are provided,
The optical communication system according to claim 1, further comprising a branching unit that couples the semiconductor optical amplifying unit and the N input units in a one-to-N manner.
請求項1ないし11のいずれかに記載の光通信システムに適用される半導体光増幅部であって、
当該半導体光増幅部を構成する半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有し、励起光により遠隔励起されることによって前記信号光を増幅し、
前記半導体素子の外側に絶縁性熱伝導リングを密着して設置し、該絶縁性熱伝導性リングの外側に放熱用金属リングを密着して設置した
ことを特徴とする半導体光増幅部。
A semiconductor optical amplifier applied to the optical communication system according to any one of claims 1 to 11,
The semiconductor element constituting the semiconductor optical amplification unit has a quantum well structure or a quantum dot structure, and is amplified remotely by excitation light to amplify the signal light,
An insulating heat conducting ring is installed in close contact with the outside of the semiconductor element, and a heat dissipating metal ring is installed in close contact with the outside of the insulating heat conducting ring.
前記半導体素子は、活性層およびクラッド層を有する請求項12記載の半導体光増幅部。 The semiconductor optical amplifier according to claim 12 , wherein the semiconductor element has an active layer and a cladding layer. 前記クラッド層は、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層である請求項13記載の半導体光増幅部。 14. The semiconductor optical amplifier according to claim 13 , wherein the cladding layer is a non-doped cladding layer or a semi-insulating cladding layer doped with an impurity containing iron.
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