JP5857517B2

JP5857517B2 - 光増幅装置

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Publication number: JP5857517B2
Application number: JP2011176178A
Authority: JP
Inventors: 剛二中川; 木下　進; 進木下
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: US8896914B2; US20130038925A1; EP2565999A2; JP2013041882A

Description

本発明は、反射戻り光による共振動作を光アイソレータの使用により低減する光増幅装置に関する。

一般に光増幅装置では、増幅した信号光の一部が出力側の光路上で反射され、該反射戻り光により共振動作が発生する可能性がある。このような反射戻り光による共振動作を低減させるための技術として、光増幅装置の入力端または出力端の付近に光アイソレータを配置した構成がよく知られている。

ここで、上記光増幅装置における共振動作と光アイソレータの機能について図１を参照しながら簡単に説明しておく。図１の上段に示すように、信号光Ｌｓが一方向に進む光路上に２つの反射点Ｒ１，Ｒ２が存在すると、信号光Ｌｓの一部が下流側の反射点Ｒ２で反射され、該反射戻り光Ｌｒが上記光路を信号光Ｌｓとは逆方向に伝播する。この反射戻り光Ｌｒは、上流側の反射点Ｒ１で再び反射されて上記光路を信号光Ｌｓと同方向に伝播するようになり、反射点Ｒ２に到達した反射戻り光Ｌｒのうちの透過成分が、元の信号光Ｌｓに対するクロストーク光Ｌｘｔとなる。

上記反射点Ｒ１，Ｒ２の間の光路上に、図１の中段に示すように光増幅装置（ＡＭＰ）が配置されていると、該光増幅装置によって信号光Ｌｓが増幅されるのと同時に、反射戻り光Ｌｒが往復で２回増幅されることになる。なお、図中の矢印線の太さは、該当する光の強度を表している。このように光増幅装置の前後に反射点Ｒ１，Ｒ２が存在する場合、該反射点間の共振構造によってクロストーク光Ｌｘｔの強度が増大するようになるため、光増幅装置から出力される信号光Ｌｓの品質が劣化してしまう可能性がある。

上記のようなクロストーク光Ｌｘｔの強度増大を抑えるためには、図１の下段に示すように反射点Ｒ１，Ｒ２の間の光路上（図の例では光増幅装置の信号出力側）に光アイソレータ（ＩＳＯ）を挿入するのが有効である。この光アイソレータは、信号光Ｌｓの進行方向に対して、同一方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断する特性を持つ。このような構成では、信号光Ｌｓが光増幅装置で増幅された後に光アイソレータに与えられ、該光アイソレータを通過した信号光Ｌｓの一部が反射点Ｒ２で反射される。当該反射戻り光Ｌｒは、信号光Ｌｓとは逆方向に光アイソレータに与えられるので、その殆どの成分が光アイソレータで遮断される。したがって、光増幅装置を通って反射点Ｒ１に到達する反射戻り光Ｌｒが実質的になくなるため、前述したクロストーク光Ｌｘｔの強度増大が効果的に抑えられるようになる。なお、ここでは光増幅装置の信号出力側に光アイソレータを配置する一例を示したが、光増幅装置の信号入力側に光アイソレータを配置しても同様の効果を得ることが可能である。

上記のような光増幅装置における光アイソレータの適用に関連した従来技術として、例えば特許文献１には、レーザ光を発生する光モジュールについて、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の光軸上に第１および第２の光アイソレータを配置した構成が開示されている。この光モジュールにおける第１の光アイソレータは、半導体レーザ素子の発光波長と同じ波長の光を遮断するように、遮光特性における中心波長が設定されている。また、第２の光アイソレータは、半導体レーザ素子の発光波長よりも短波長の光を遮断するように、遮光特性における中心波長が設定されている。このような構成では、光モジュールから光ファイバに出力されたレーザ光（例えば１．５５μｍ帯の信号光）の反射戻り光が第１の光アイソレータで遮断されると共に、半導体レーザ素子の発光波長よりも短い波
長の外部雑音光（例えば１．４８μｍ帯の励起光）が第２の光アイソレータで遮断される。これにより、レーザ光の反射戻り光および外部雑音光による半導体レーザ素子への影響（半導体レーザ素子内部のレーザ発振の擾乱等）を抑えることができる。

特開２００５−１９６３９号公報

ところで、一般的な光アイソレータは、遮断方向の光に対するアイソレーションが−３０ｄＢ程度であり、該アイソレーションの値は光の波長に依存して変化することが知られている。なお、光アイソレータのアイソレーションは、その値をＩ［ｄＢ］とし、光アイソレータに対して遮断方向に入出力される光のパワーをＰｉｎ，Ｐｏｕｔ［Ｗ］として、Ｉ＝１０・ｌｏｇ（Ｐｏ／Ｐｉ）で定義される。

図２は、一般的な光アイソレータにおけるアイソレーションの波長特性の一例を実線で示したものである。図示のようにアイソレーションの波長特性Ｉは、通常、所要の波長でアイソレーションの値が最小になるピークが存在する。このため、光アイソレータによって実質的に遮断することのできる光の波長帯域（以下、「アイソレーション帯域」とする）は、上記アイソレーションの値が最小になるピーク波長を中心とした一定の範囲に限られることになる。例えば、光アイソレータの性能として−３０ｄＢ以下のアイソレーションが要求される場合、図２中に示す波長の範囲ＩＢがアイソレーション帯域となる。

上記のような光アイソレータのアイソレーション帯域に対して、光増幅装置の利得帯域が狭い場合には、単一の光アイソレータを使用して（光学特性が同じ複数の光アイソレータを使用する場合も含む）、前述の図１下段に示したようにクロストーク光の強度増大を抑えることが可能である。しかしながら、光増幅装置が上記図２の波線に示したような利得波長特性Ｇを持ち、その利得帯域ＧＢが光アイソレータのアイソレーション帯域ＩＢよりも広くなると、該利得帯域ＧＢ内に分布する反射戻り光のうちのアイソレーション帯域ＩＢ外に該当する成分の遮断が不足するようになるため、単一の光アイソレータによりクロストーク光の強度増大を抑えることが難しくなってしまうという課題ある。この課題は、例えば、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）等のように広い利得帯域を持つことが知られている光増幅装置において顕著である。

上記の課題に対して、前述したレーザ光を発生する光モジュールにおいて第１および第２の光アイソレータを使用した構成を、広い利得帯域を持つ光増幅装置に応用した場合を考えると、光モジュールにおける半導体レーザ素子の発光波長は光増幅装置の利得帯域に相当するので、第１の光アイソレータは利得帯域内の一部の波長の光を遮断することが可能である。しかし、第２の光アイソレータは利得帯域外の波長の光を遮断することになるため、第１の光アイソレータで遮断できなかった利得帯域内の残りの波長の光（クロストーク光）の強度増大を抑えることが困難である。つまり、光アイソレータを使用した共振動作の低減に関する従来技術では、広帯域の信号光を一括増幅可能な広い利得帯域を持つ光増幅装置について、該信号光の反射戻り光によって発生する共振動作を有効に低減することができなかった。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光の反射戻り光に起因する共振動作を確実に低減できる広い利得帯域を持った光増幅装置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、本発明による光増幅装置の一態様は、入力光ファイバおよび出力光ファイバと、前記入力光ファイバからの信号光が一端に与えられ、該信号光を光増幅媒体に導き、該光増幅媒体で増幅した前記信号光を他端から前記出力光ファイバに出力する光学系と、を備える。前記光学系は、前記光増幅媒体を介して配置された第１の光アイソレータおよび第２の光アイソレータを含む。前記第１および第２の光アイソレータは、前記信号光の進行方向に対して、同一方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断することがそれぞれ可能で、前記逆方向に伝播する光に対するアイソレーションの中心波長が互いに異なる。

上記のような光増幅装置によれば、光増幅媒体の利得帯域が単一の光アイソレータのアイソレーション帯域より広い場合であっても、アイソレーションの中心波長が互いに異なる第１および第２の光アイソレータを組み合わせることで、上記利得帯域よりも広い連続したアイソレーション帯域を実現できるようになるため、信号光の反射戻り光によって発生する共振動作を確実に低減することが可能になる。

光増幅装置における共振動作と光アイソレータの機能を説明する図である。一般的な光アイソレータにおけるアイソレーションの波長特性を説明する図である。本発明による光増幅装置の一実施形態における全体構成を示す平面図である。上記実施形態における第１および第２光アイソレータについてのアイソレーションの波長特性を説明する図である。上記実施形態における光増幅ユニットを拡大して示した図である。上記実施形態における第１および第２光アイソレータとして好適な偏光無依存型光アイソレータの構成例を示す図である。図６の偏光無依存型光アイソレータの動作を説明する図である。上記実施形態において第１および第２光アイソレータに偏光無依存型光アイソレータを使用した場合の望ましい配置を示す図である。上記実施形態に関連した他の構成例を示す平面図である。上記実施形態に関連した別の構成例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図３は、本発明による光増幅装置の一実施形態における全体構成を示す平面図である。
図３において、本実施形態の光増幅装置１は、例えば、複数の光学部品を収容するパッケージ１１と、パッケージ１１の一端に接続され、光増幅の対象となる信号光Ｌｓをパッケージ１１の内部に導く入力光ファイバ１２と、パッケージ１１の他端に接続され、パッケージ１１内の光学系で増幅された信号光Ｌｓが出力される出力光ファイバ１３と、を備える。

上記パッケージ１１内の光学系は、信号光Ｌｓの入力側から出力側に向けて順に配置された、第１入力レンズ１４、第１光アイソレータ１５、光増幅ユニット１６、第２光アイソレータ１７および第１出力レンズ１８を含む。なお、図３に示した構成は、パッケージ１１内の各光学部品の配置が分かるように、パッケージ１１の上蓋の図示を省略すると共に、パッケージ１１のファイバ接続部分を断面図で示したものになっている。

第１入力レンズ１４は、入力光ファイバ１２の信号光出射端の近くに配置されている。この第１入力レンズ１４は、入力光ファイバ１２から出射される信号光Ｌｓを平行光に変換（コリメート）して第１光アイソレータ１５に与える。

第１光アイソレータ１５は、第１入力レンズ１４を通過した信号光Ｌｓの進行方向に対して、同一方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断する。この第１光アイソレータ１５は、例えば図４の細実線Ｉ１に示すようなアイソレーションの波長特性を有している。具体的に、第１光アイソレータ１５におけるアイソレーションの波長特性Ｉ１は、アイソレーションの値が最小になるピーク波長λ１が、光増幅装置１の利得波長特性Ｇ（波線）において最大利得から３ｄＢ低下する帯域（利得帯域）ＧＢ内に含まれるように設定されている。また、第１光アイソレータ１５のアイソレーション帯域ＩＢ１、すなわち、単一の光アイソレータ１５によって実質的に遮断することのできる光の波長帯域は、上記利得帯域ＧＢよりも狭くなっている。なお、上記第１光アイソレータ１５は、後で詳しく説明する偏光無依存型の構成のものを適用するのが好ましい。

光増幅ユニット１６は、例えば図５の拡大図に示すように、ステム２０上に固定された第２入力レンズ２１、キャリア２２および第２出力レンズ２３、並びに、キャリア２２上に実装されたＳＯＡ素子２４およびサーミスタ２５を含む。

ステム２０は、第１光アイソレータ１５を通過した信号光Ｌｓが、第２入力レンズ２１、キャリア２２上のＳＯＡ素子２４、第２出力レンズ２３を順に通って、第２光アイソレータ１７に導かれるように、第２入力レンズ２１、キャリア２２および第２出力レンズ２３を所定の位置に固定する。このステム２０は、ペルチェ素子等の温度制御デバイス１９（図３）を介してパッケージ１１内に実装されている。

第２入力レンズ２１は、第１光アイソレータ１５からの信号光Ｌｓを集光して、キャリア２２上のＳＯＡ素子２４における一方の端面に結合させる。キャリア２２は、例えば、基板材料の表面に、ＳＯＡ素子２４およびサーミスタ２５を所定位置に配置するための金（Ａｕ）パターンが形成された構造を有する。第２出力レンズ２３は、ＳＯＡ素子２４の他方の端面から出射される信号光Ｌｓをコリメートして第２光アイソレータ１５に与える。

ＳＯＡ素子２４は、第２入力レンズ２１からの信号光Ｌｓの波長帯を包含する利得帯域ＧＢを有し、図示しない駆動回路から出力される駆動電流に応じて、一方の端面に与えられる信号光Ｌｓを増幅して他方の端面から第２出力レンズ２３に出力する。このＳＯＡ素子２４は、キャリア２２のＡｕパターンに合わせてキャリア２２の略中央に実装され、ここでは図５に示したように、第２入力レンズ２１に対向する一方の端面の法線方向が、第２入力レンズ２１からの出力光の光軸方向に対して若干傾くように配置されている。このようなＳＯＡ素子２４の配置により、一方の端面での反射光が第２入力レンズ２１に戻ることが回避されると共に、第２出力レンズ２３に対向する他方の端面での反射光が第２出力レンズ２３に戻ることが回避される。上記ＳＯＡ素子２４の上面および下面には電極がそれぞれ形成されており、上面の電極はワイヤボンディングによりキャリア２２の電極パターン２２Ａを介してパッケージ１１の複数の電極端子１１Ａ（図３）のうちの１つに接続されている。また、下面の電極はキャリア２２の電極パターン２２Ｂを介してパッケージ１１の複数の電極端子１１Ａのうちの他の１つに接続されている。

サーミスタ２５は、キャリア２２のＡｕパターンに合わせてＳＯＡ素子２４近傍に実装され、ＳＯＡ素子２４の動作温度を検出する。このサーミスタ２５の検出結果は、温度制御デバイス１９（図３）によるＳＯＡ素子２４の温度制御などに利用される。

第２光アイソレータ１７（図３）は、光増幅ユニット１６の第２出力レンズ２３を通過した信号光Ｌｓの進行方向に対して、同一方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断する。この第２光アイソレータ１７は、前述の図４の細実線Ｉ２に示したような
アイソレーションの波長特性を有している。具体的に、第２光アイソレータ１５におけるアイソレーションの波長特性Ｉ２は、アイソレーションの値が最小になるピーク波長λ２が、光増幅装置１の利得帯域ＧＢ内に含まれ、かつ、前述した第１光アイソレータ１５のピーク波長λ１とは異なる（λ１≠λ２）ように設定されている。図４の例では、利得帯域ＧＢ内の短波長側にピーク波長λ１が設定され、長波長側にピーク波長λ２が設定されている。上記第２光アイソレータ１７のアイソレーション帯域ＩＢ２は、前述した第１光アイソレータ１５のアイソレーション帯域ＩＢ１と同様に、光増幅装置１の利得帯域ＧＢよりも狭くなっている。しかし、第１および第２光アイソレータ１５，１７の各ピーク波長λ１，λ２を、光増幅装置１の利得帯域ＧＢに応じて適切に設定することにより、第１および第２光アイソレータ１５，１７を組み合わせて得られるアイソレーションの波長特性は図４の太実線Ｉ１２に示すような形状となり、当該アイソレーション帯域ＩＢ１２はＳＯＡ素子２４の利得帯域ＧＢよりも広くなる。なお、上記第２光アイソレータ１７についても、後で詳しく説明する偏光無依存型の構成のものを適用するのが好ましい。

上記第１および第２光アイソレータ１５，１７の各ピーク波長λ１，λ２の設定方法としては、例えば、上述の図１に示した場合と同様にして光増幅装置１の上流側の反射点Ｒ１および下流側の反射点Ｒ２を想定し、該各反射点Ｒ１，Ｒ２での反射減衰量をｒ１，ｒ２、第１および第２光アイソレータ１５，１７におけるアイソレーションの値をＩ１，Ｉ２、並びに、ＳＯＡ素子２４の利得をＧとして、次の（１）式に示す性能評価値Ｍを定義しておく。
Ｍ＝Ｇ・｛（Ｉ１・ｒ１）・（Ｉ２・ｒ２）｝^１／２ …（１）
そして、上記性能評価値Ｍが利得帯域ＧＢに亘って所要の値（例えば−１５〜−２０ｄＢ）を満たすようになる、第１および第２光アイソレータ１５，１７の各ピーク波長λ１，λ２の設定を、個々の光アイソレータ１５，１７についての特性データを用いて計算等により求めることが可能である。

第１出力レンズ１８は、出力光ファイバ１３の信号光入射端の近くに配置されている。この第１出力レンズ１８は、第２光アイソレータ１７を通過した信号光Ｌｓを集光して、出力光ファイバ１３の信号光入射端に結合させる。

次に、本実施形態の光増幅装置１における動作について説明する。
上記のような構成の光増幅装置１では、入力光ファイバ１２からパッケージ１１の内部に導かれた信号光Ｌｓが、第１入力レンズ１４でコリメートされた後に、第１光アイソレータ１５に与えられる。第１光アイソレータ１５では、第１入力レンズ１４からの信号光Ｌｓが透過されて光増幅ユニット１６に送られる。

光増幅ユニット１６では、第１光アイソレータ１５を通過した信号光Ｌｓが第２入力レンズ２１で集光されてＳＯＡ素子２４の一方の端面に与えられる。ＳＯＡ素子２４には、パッケージ１１の電極端子１１Ａよりキャリア２２の電極パターン２２Ａ，２２Ｂを介して駆動電流が供給されている。これにより、ＳＯＡ素子２４では、駆動電流に応じた利得で信号光Ｌｓが増幅され、該信号光ＬｓがＳＯＡ素子２４の他方の端面から第２出力レンズ２３に出力される。第２出力レンズ２３では、ＳＯＡ素子２４からの信号光Ｌｓがコリメートされて第２光アイソレータ１７に与えられる。

第２光アイソレータ１７では、第２出力レンズ２３からの信号光Ｌｓが透過されて第１出力レンズ１８に送られる。第１出力レンズ１８では、第２光アイソレータ１７を通過した信号光Ｌｓが集光されて出力光ファイバ１３の一端に結合される。

上記のようにしてパッケージ１１内の光学系を順方向に伝播して増幅された信号光Ｌｓは、出力光ファイバ１３の他端に光コネクタ等を介して接続された光伝送路に送出される
。このとき、上記光コネクタの接続端面や光伝送路上に存在する反射点において信号光Ｌｓの一部が反射され、該反射光が光増幅装置１に戻される。この反射戻り光Ｌｒは、出力光ファイバ１３内からパッケージ１１の内部に導かれ、パッケージ１１内の光学系を信号光Ｌｓとは逆方向に伝播することになる。

具体的に、パッケージ１１の内部に導かれた反射戻り光Ｌｒは、第１出力レンズ１８でコリメートされた後に、第２光アイソレータ１７に与えられる。第２光アイソレータ１７では、反射戻り光Ｌｒのうちで第２光アイソレータ１７のピーク波長λ２付近にある長波長側の成分が遮断される一方、短波長側の成分は第２光アイソレータ１７を透過して光増幅ユニット１６に送られる。光増幅ユニット１６では、反射戻り光Ｌｒの短波長側の成分が前述した信号光Ｌｓとは逆方向の経路を辿ることで、信号光Ｌｓの場合と同様にして増幅される。しかしながら、光増幅ユニット１６で増幅された反射戻り光Ｌｒの短波長側の成分は、第１光アイソレータ１５に与えられて遮断されることになる。つまり、パッケージ１１内の光学系を信号光Ｌｓとは逆方向に伝播する反射戻り光Ｌｒは、前述の図４に示した第１および第２光アイソレータ１５，１７の組み合わせによるアイソレーションの波長特性Ｉ１２に従って殆どの成分が遮断される。このため、入力光ファイバ１２に到達する反射戻り光Ｌｒは実質的に無くなる。

したがって、光増幅装置１は、単一の光アイソレータのアイソレーション帯域よりも広い利得帯域ＧＢを有していても、信号光Ｌｓの反射戻り光Ｌｒによって発生する共振動作を確実に低減することができる。これにより、光増幅装置１は、上述の図１中段に示したようなクロストーク光Ｌｘｔの強度増大を効果的に抑えることが可能である。また、光増幅装置１は、第１光アイソレータ１５を第１入力レンズ１４と光増幅ユニット１６の間に配置し、第２光アイソレータ１７を光増幅ユニット１６と第１出力レンズ１４の間に配置しているので、光学特性の異なる２つの光アイソレータを組み合わせることによってパッケージ１１のファイバ接続部分が従来構成より長くなるようなこともなく、小型の装置構成を実現できる。このように、帯域内の反射戻り光をすべて遮断する必要はなく、反射戻り光による共振が抑制できれば良いという観点に着目して本発明の構成は考えられている。

次に、上記のような光増幅装置１における第１および第２光アイソレータ１５，１７として好適な偏光無依存型光アイソレータの構成例について説明する。
図６は、上記偏光無依存型光アイソレータの構成例を示す斜視図である。この光アイソレータ３０は、複屈折結晶を用いた１組のクサビ板３１，３２と、該各クサビ板３１，３２の間に配置されたファラデー回転子３３と、を含む。各クサビ板３１，３２は、クサビ形の斜めに傾いた面の傾斜角が互いに同じ角度となるように複屈折結晶が成形されており、各々の光学軸Ａ１，Ａ２が相対的に４５度回転した状態で、ファラデー回転子３３を挟んで対称に配置されている。図６の例では、各光学軸Ａ１，Ａ２が垂直方向を基準に±２２．５度傾けられている。ファラデー回転子３３は、入射される光の偏光面を４５度回転させて出射する光学特性を有する。

図７は、上記偏光無依存型光アイソレータ３０の動作を説明する図であって、上段が順方向の光の経路を示し、下段が逆方向の光の経路を示している。
まず、図７上段の順方向について、光アイソレータ３０の左方に位置する光ファイバ４１から出射した順方向の光は、レンズ４２でコリメートされた後に、光アイソレータ３０のクサビ板３１に入射する。該クサビ板３１では、順方向の入射光が屈折して常光Ｏと異常光Ｅに分離される。該常光Ｏおよび異常光Ｅの進行方向は僅かな角度だけ異なる。クサビ板３１を通過した常光Ｏおよび異常光Ｅは、ファラデー回転子３３により偏光面が４５度だけそれぞれ回転された後に、クサビ板３２に入射して屈折する。このとき、クサビ板３１において常光Ｏおよび異常光Ｅであった各偏光は、クサビ板３２においてもそれぞれ
常光Ｏおよび異常光Ｅとなるため、クサビ板３１で受けた屈折がクサビ板３２で打ち消されるようになる。その結果、クサビ板３２を通過した常光Ｏおよび異常光Ｅの進行方向は平行になり、当該各偏光は光アイソレータ３０の右方に位置するレンズ４３で集光されて、光ファイバ４４の端面に結合される。

一方、図７下段の逆方向について、光アイソレータ３０の右方に位置する光ファイバ４４から出射した逆方向の光は、レンズ４３でコリメートされた後に、光アイソレータ３０のクサビ板３２に入射する。該クサビ板３２では、逆方向の入射光が屈折して常光Ｏと異常光Ｅに分離される。該常光Ｏおよび異常光Ｅの進行方向は僅かな角度だけ異なる。クサビ板３２を通過した常光Ｏおよび異常光Ｅは、ファラデー回転子３３により偏光面が４５度だけそれぞれ回転された後に、クサビ板３１に入射して屈折する。このとき、クサビ板３２において常光Ｏおよび異常光Ｅであった各偏光は、ファラデー回転子３３の非相反性により、クサビ板３１においては異常光Ｅ’および常光Ｏ’となる。このような状態では、各クサビ板３２，３１への入射光の偏光状態が異なるため、クサビ板３２で受けた屈折がクサビ板３１で打ち消されなくなる。したがって、クサビ板３１を通過した異常光Ｅ’および常光Ｏ’の進行方向は平行とはならず、互いが離反する方向の角度ずれが生じるため、当該各偏光は、光アイソレータ３０の左方に位置するレンズ４２を通過しても光ファイバ４１の端面には集光されなくなり、光ファイバ４１への結合が回避される。

上記のように偏光無依存型光アイソレータ３０は、入射される光の偏光状態に依存することなく、順方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断することが可能である。このような偏光無依存型光アイソレータ３０を使用して、図３に示した光増幅装置１における第１および第２光アイソレータ１５，１７を構成することにより、該光増幅装置１は任意の偏光状態の信号光Ｌｓを所要の利得で増幅できるようになる。

また、光増幅装置１の第１および第２光アイソレータ１５，１７として偏光無依存型光アイソレータ３０を使用する場合には、第１光アイソレータ１５の光学軸の方向に対して、第２光アイソレータ１７の光学軸の方向が９０度回転するように、各光アイソレータ１５，１７の相対的な配置を決めるのが望ましい。

図８は、上記第１および第２光アイソレータ１５，１７の相対的な配置を具体的に示した斜視図である。ただし、ここでは説明を分かり易くするために、光増幅装置１における第１および第２光アイソレータ１５，１７以外の構成要素の図示を省略している。図８のように、偏光無依存型光アイソレータ３０（図６）をそれぞれ使用した第１および第２光アイソレータ１５，１７は、図示を省略した光増幅ユニット１６を挟んで対向する、第１光アイソレータ１５のクサビ板３２および第２光アイソレータ１７のクサビ板３１’について、クサビ板３２の光学軸Ａ２の方向に対し、クサビ板３１’の光学軸Ａ１’の方向が９０度回転した配置となっている。

上記配置において、図８の左方から入射する順方向の光は、第１光アイソレータ１５で常光Ｏおよび異常光Ｅに分離される。これにより、図８で水平方向について平行に進む常光Ｏおよび異常光Ｅが第１光アイソレータ１５から出射される。そして、第１光アイソレータ１５を通過した常光Ｏおよび異常光Ｅは、光増幅ユニット１６で増幅された後に、第２光アイソレータ１７で常光Ｏ’および異常光Ｅ’に分離される。これにより、垂直方向について平行に進む常光Ｏ’および異常光Ｅ’が第２光アイソレータ１７から出射される。

上記のような順方向の光の変遷において、第１光アイソレータ１５から出射される常光Ｏおよび異常光Ｅは、各クサビ板３１，３２で受ける屈折率が偏光方向によって異なるため、偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）の受けることになる。し
かし、第１光アイソレータ１５の光学軸Ａ２の方向に対して、第２光アイソレータ１７の光学軸Ａ１’の方向が９０度回転されているため、上記第１光アイソレータ１５でのＰＭＤが、第２光アイソレータ１７で受けるＰＭＤにより相殺される。

つまり、光増幅装置１の第１および第２光アイソレータ１５，１７として偏光無依存型光アイソレータ３０を使用する場合に、第１光アイソレータ１５の光学軸の方向に対して、第２光アイソレータ１７の光学軸の方向を９０度回転させる配置を適用することによって、ＰＭＤの影響が低減された光増幅装置１を実現することが可能になる。

なお、上述した実施形態では、第１および第２光アイソレータ１５，１７を、パッケージ１１内の信号入力側および信号出力側の各ファイバ接続部分に分けて配置する一例を示したが、例えば、図９に示す光増幅装置１’または図１０に示す光増幅装置１”のように、パッケージ１１内の片側のファイバ接続部分に第１および第２光アイソレータ１５，１７をまとめて配置するようにしても、上述した実施形態の場合と同様の作用効果を得ることが可能である。

また、上述した実施形態では、２つの光アイソレータ１５，１７を組み合わせることにより、ＳＯＡ素子２４の利得帯域ＧＢよりも広いアイソレーション帯域ＩＢ１２を実現する場合を説明したが、より広い利得帯域に対応するために、該利得帯域内においてピーク波長を互いにずらした３つ以上の光アイソレータを組み合わせることも勿論可能である。

さらに、上述した実施形態では、光増幅媒体としてＳＯＡ素子２４を使用する一例を示したが、本発明における光増幅媒体はＳＯＡ素子に限定されるものではなく、単一の光アイソレータのアイソレーション帯域よりも広い利得帯域を持つ任意の光増幅媒体に対して、上述した実施形態と同様の構成が有効である。

以上の実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）入力光ファイバおよび出力光ファイバと、
前記入力光ファイバからの信号光が一端に与えられ、該信号光を光増幅媒体に導き、該光増幅媒体で増幅した前記信号光を他端から前記出力光ファイバに出力する光学系と、を備えた光増幅装置であって、
前記光学系は、前記光増幅媒体を介して配置された第１の光アイソレータおよび第２の光アイソレータを含み、
前記第１および第２の光アイソレータは、前記信号光の進行方向に対して、同一方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断することがそれぞれ可能で、前記逆方向に伝播する光に対するアイソレーションの中心波長が互いに異なることを特徴とする光増幅装置。

（付記２）付記１に記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、前記逆方向に伝播する光に対するアイソレーションの波長特性について、アイソレーションの値が最小になるピーク波長が前記光増幅媒体の利得帯域内にそれぞれ含まれ、かつ、該各ピーク波長が互いに異なると共に、個々の光アイソレータのアイソレーション帯域が前記光増幅媒体の利得帯域よりも狭いことを特徴とする光増幅装置。

（付記３）付記２に記載の光増幅装置であって、
前記第１の光アイソレータは、前記光増幅媒体の利得帯域内の短波長側に前記ピーク波長を有し、
前記第２の光アイソレータは、前記光増幅媒体の利得帯域内の長波長側に前記ピーク波
長を有し、
前記第１および第２の光アイソレータの各ピーク波長は、該第１および第２の光アイソレータの組み合わせにより得られるアイソレーション帯域が前記光増幅媒体の利得帯域よりも広くなるように設定されていることを特徴とする光増幅装置。

（付記４）付記１〜３のいずれか１つに記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、偏光無依存型光アイソレータであることを特徴とする光増幅装置。

（付記５）付記４に記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、複屈折結晶を用いた１組のクサビ板および該各クサビ板の間に配置されたファラデー回転子をそれぞれ有し、前記第１の光アイソレータの１組のクサビ板のうちの前記第２の光アイソレータ側に位置するクサビ板の光学軸の方向に対して、前記第２の光アイソレータの１組のクサビ板のうちの前記第１の光アイソレータ側に位置するクサビ板の光学軸の方向が９０度回転するように、前記第１および第２の光アイソレータの相対的な配置が決められていることを特徴とする光増幅装置。

（付記６）付記１〜５のいずれか１つに記載の光増幅装置であって、
前記光増幅媒体は、半導体光増幅（ＳＯＡ）素子であることを特徴とする光増幅装置。

（付記７）付記１〜６のいずれか１つに記載の光増幅装置であって、
前記光学系は、前記入力光ファイバからの信号光をコリメートする入力レンズと、前記光増幅媒体を有し、前記入力レンズからの信号光が与えられる光増幅ユニットと、該光増幅ユニットから出力される信号光を前記出力光ファイバの端面に結合させる出力レンズと、を含み、前記第１および第２の光アイソレータが、前記入力レンズおよび前記出力レンズの間の信号光の経路上に配置されることを特徴とする光増幅装置。

（付記８）付記７に記載の光増幅装置であって、
前記第１の光アイソレータは、前記入力レンズおよび前記光増幅ユニットの間の信号光の経路上に配置され、
前記第２の光アイソレータは、前記光増幅ユニットおよび前記出力レンズの間の信号光の経路上に配置されることを特徴とする光増幅装置。

（付記９）付記７に記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、前記入力レンズおよび前記光増幅ユニットの間の信号光の経路上に配置されることを特徴とする光増幅装置。

（付記１０）付記７に記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、前記光増幅ユニットおよび前記出力レンズの間の信号光の経路上に配置されることを特徴とする光増幅装置。

（付記１１）入力光ファイバおよび出力光ファイバと、
前記入力光ファイバからの信号光が一端に与えられ、該信号光を光増幅媒体に導き、該光増幅媒体で増幅した前記信号光を他端から前記出力光ファイバに出力する光学系と、を備えた光増幅装置であって、
前記光学系は、前記信号光の進行方向に対して、同一方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断することが可能な複数の光アイソレータを含み、
前記複数の光アイソレータは、前記逆方向に伝播する光に対するアイソレーションの波長特性について、アイソレーションの値が最小になるピーク波長が前記光増幅媒体の利得帯域内にそれぞれ含まれ、かつ、該各ピーク波長が互いに異なると共に、個々の光アイソ
レータのアイソレーション帯域が前記光増幅媒体の利得帯域よりも狭いことを特徴とする光増幅装置。

１，１’，１”…光増幅装置
１１…パッケージ
１２…入力光ファイバ
１３…出力光ファイバ
１４…第１入力レンズ
１５…第１光アイソレータ
１６…光増幅ユニット
１７…第２光アイソレータ
１８…第１出力レンズ
１９…温度制御デバイス
２０…ステム
２１…第２入力レンズ
２２…キャリア
２３…第２出力レンズ
２４…ＳＯＡ素子
２５…サーミスタ
３０…偏光無依存型光アイソレータ
３１，３２，３１’，３２’…クサビ板
３３，３３’…ファラデー回転子
Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’…光学軸
ＧＢ…利得帯域
ＩＢ１，ＩＢ２，ＩＢ１２…アイソレーション帯域
Ｌｓ…信号光
Ｌｒ…反射戻り光
λ１，λ２…ピーク波長

Claims

入力光ファイバおよび出力光ファイバと、
前記入力光ファイバからの信号光が一端に与えられ、該信号光を光増幅媒体に導き、該光増幅媒体で増幅した前記信号光を他端から前記出力光ファイバに出力する光学系と、を備えた光増幅装置であって、
前記光学系は、前記入力光ファイバと前記光増幅媒体との間に単独で設けられた第１の光アイソレータと、前記光増幅媒体と前記出力光ファイバとの間に単独で設けられた第２の光アイソレータと、を含み、
前記第１および第２の光アイソレータは、前記信号光の進行方向に対して、同一方向に伝播する光を透過し、逆方向に伝播する光を遮断することがそれぞれ可能で、前記逆方向に伝播する光に対するアイソレーション帯域に現れるピーク波長である中心波長が互いに異なることを特徴とする光増幅装置。
請求項１に記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、前記逆方向に伝播する光に対するアイソレーションの波長特性について、アイソレーションの値が最小になるピーク波長が前記光増幅媒体の利得帯域内にそれぞれ含まれ、かつ、該各ピーク波長が互いに異なると共に、個々の光アイソレータのアイソレーション帯域が前記光増幅媒体の利得帯域よりも狭いことを特徴とする光増幅装置。
請求項２に記載の光増幅装置であって、
前記第１の光アイソレータは、前記光増幅媒体の利得帯域内の短波長側に前記ピーク波長を有し、
前記第２の光アイソレータは、前記光増幅媒体の利得帯域内の長波長側に前記ピーク波長を有し、
前記第１および第２の光アイソレータの各ピーク波長は、該第１および第２の光アイソレータの組み合わせにより得られるアイソレーション帯域が前記光増幅媒体の利得帯域よりも広くなるように設定されていることを特徴とする光増幅装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、偏光無依存型光アイソレータであることを特徴とする光増幅装置。
請求項４に記載の光増幅装置であって、
前記第１および第２の光アイソレータは、複屈折結晶を用いた１組のクサビ板および該各クサビ板の間に配置されたファラデー回転子をそれぞれ有し、前記第１の光アイソレータの１組のクサビ板のうちの前記第２の光アイソレータ側に位置するクサビ板の光学軸の方向に対して、前記第２の光アイソレータの１組のクサビ板のうちの前記第１の光アイソレータ側に位置するクサビ板の光学軸の方向が９０度回転するように、前記第１および第２の光アイソレータの相対的な配置が決められていることを特徴とする光増幅装置。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の光増幅装置であって、
前記光増幅媒体は、半導体光増幅（ＳＯＡ）素子であることを特徴とする光増幅装置。
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光増幅装置であって、
前記光学系は、前記入力光ファイバからの信号光をコリメートする入力レンズと、前記光増幅媒体を有し、前記入力レンズからの信号光が与えられる光増幅ユニットと、該光増幅ユニットから出力される信号光を前記出力光ファイバの端面に結合させる出力レンズと、を含み、前記第１および第２の光アイソレータが、前記入力レンズおよび前記出力レンズの間の信号光の経路上に配置されることを特徴とする光増幅装置。