JPH022532A - 光増幅モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光伝送路中において、光信号の直接増幅を行う
光増幅モノニールに関するものである。

（従来の技術） 半導体光増幅素子（以下「増幅素子」という）は、この
増幅素子の接合面と平行に電界が偏波している光（以下
「ＴＥ波」という）が入射した時には、この入射光の増
幅率は大きく、接合面と垂直に電界が偏波している光（
以下「ＴＭ波」という）が入射した時には、増幅率は小
さいという性質を有する。入射光の偏波方向により増幅
率が影響されない偏波非依存型半導体光増幅モノニール
について、例えばＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ　Ｖｏｌ−２３＋Ａ２５．Ｐ１３８７−１３８８に
開示される技術があシ、第４図、第５図に示す。

即ち第４図は、２個の増幅素子１１．１２を、増幅素子
の接合面の方向（以下、「最適偏波方向」という）が互
いに直交するように直列に配置し、これらの間を偏波保
存ファイバ２にも接続したものである。

また第５図は２個の増幅素子１１．１２を最適偏波方向
が直交するように並列に配置したものである。入力され
た信号光は第１の偏光ビームスプリ、り３１により入射
面に平行な偏波であるＰ波と、入射面に垂直な偏波であ
るＳ波とに分離される。このＰ波は、偏波保存ファイバ
２ノにて増幅素子ＩＩに導かれ、増幅素子１１にて増幅
され、偏波保存ファイバ２２にて第２の偏光ビームスグ
リツタ３２に導かれる。また前記Ｓ波は、偏波保存ファ
イバ２３、増幅素子１２、偏波保存ファイバ２４を経て
第２の偏光ビームスプリッタ３２に導かれる。この偏光
ビームスグリツタ３２において、Ｐ波とＳ波とが合成さ
れる。

第４図の構成において、増幅素子１１と増幅素子Ｊ２の
特性が等しく１例えば増幅素子１１の最適偏波方向をＸ
軸、増幅素子１２の最適偏波方向をｙ１１１＋とし、増
幅素子１ノは入力される信号光のＸ軸成分を、増幅素子
ノ２はこの信号光のｙ軸成分を、それぞれ増幅すると考
えれば、入力される光信号がどの方向に偏波していても
一定の増幅率が得られる。

第５図の構成では、入力された光信号はＰ波とＳ波とに
分離される。例えば増幅素子１１の最適偏波方向を入力
信号光のＰ波と一致させ、増幅素子ノ２の最適偏波方向
を入力信号光のＳ波と一致させておけば、それぞれの増
幅素子にとってＴＥ波が入射することとなる。増幅素子
１１と１２の特性が等しければ、入力信号光の偏波方向
にかかわらず一定の増幅率が得られる。

このような構成において、偏波保存ファイバは先球ファ
イバが用いられておシ、この先球ファイバは増幅素子、
偏光ビームスグリツタと１０μｍ程度の距離をおいて空
間結合されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし５以上のような構成であると、増幅素子よシ発す
る自然放出光が先球光ファイバに入射し、このファイバ
の先球端面、及びこのファイバの反対側端面にて反射し
、再び増幅素子に入射する。

こうした入射光は、増幅素子で増幅され、増幅素子の反
対側面より出射し、再度先球ファイバにて反射し、増幅
素子に入射することになる。このように、増幅素子よシ
発する自然放出光が、増幅素子の両側に位置する先球フ
ァイバの端面の間で往復することになり、増幅素子が自
己発振してしまうという問題があった。またこのような
状態では、光信号が電気信号に変換されたときに雑音が
増加するという問題があった。

本発明は、増幅素子よシ発する自然放出光が偏波保存フ
ァイバ端面にて反射し、増幅素子へ再入射することによ
って増幅素子が自己発振してしまうという問題と、電気
信号中の雑音が増加するという問題を除去し、自然放出
光が増幅素子へ再入射することを有効に防止できる光増
幅モノー−ルを提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段） 本発明は、入力された信号光を、互いに垂直な方向の偏
波に分離する手段と、これらの偏波の各々を増幅する手
段と、増幅されたそれぞれの偏波を合成し、出力信号と
する手段とを有する、光増幅モジー−ルにおいて、前記
信号光を平行光とする手段を有し、前記増幅手段の入力
側に、前記偏波のそれぞれを前記増幅手段に光学結合す
る手段と、前記増幅手段の出力側に、前記増幅手段より
出力された前記偏波を平行光とする手段と、前記入力側
及び出力側において、平行光たる前記それぞれの偏波の
光軸上にアイソレータを設けた光増幅モジュールとした
ものである。

（作　用） 上記のような構成としたので、入力された信号光は平行
光とされる。次に、分離手段はこの平行光を入射面に対
する水平方向の偏波（以下「Ｐ波」という）と、入射面
に対する垂直方向の偏波（以下、「Ｓ波」という）とに
分離する。。これらのＰ波及びＳ波は、増幅手段に光学
結合される。この増幅手段は、入力されたＰ波及びＳ波
を直接増幅して出力する。この出力は再び平行光とされ
、合成手段に入射する。この合成手段は、入射したＰ波
及びＳ波を合成するものである。出力結合手段は、この
合成手段からの信号光を集光し、出力用光ファイバに結
合するものである。

そして前記増幅手段の入力側、及び出力側の前記Ｐ波及
びＳ波の光軸上に設けられたアイソレータは、信号光を
入力側から出力側という一方向のみに通し、逆方向には
阻止するものである。

また、前記入力側、及び出力側の少くとも一方に偏波保
存ファイバを配置したときには、この偏波保存ファイバ
は、入力された光の偏波を保存したま′−１導くもので
ある。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図を用いて説明する。

第１図は１本発明の実施例を表わす構成図である。本発
明の半導体光モジュール１００は、入力光ファイバ１０
１よシ入力される光信号を直接増幅し、出力光ファイバ
１０２よシ出力するものである。また、１０３は入力レ
ンズ、１０４は出力レンズ、１０５ｍ、１０５ｂ、１０
５ｃ、ＪＯ５ｄ、１０５ｅ。

Ｊｏ５ｆ、１０５ｇ、ノ０５ｈはコリメートレンズ、Ｊ
　０６　ａ　ｔ　Ｉ　０６　ｂは偏光ビームスシリ、り
、１０７ｈ。

Ｊ０７ｂ、Ｊ０７ｃ、１０７ｄはアイソレータ、１０８
＆＋１０８ｂは増幅素子、１０９ｈ、１０９ｂは偏波保
存ファイバである。

信号光は、入力ファイバ１０１よクモジュール１００内
に出射する。入力レンズ１０３はこの信号光を平行光と
するレンズである。１０６ａは、入力された信号光をＰ
波とＳ波とに分離する手段としての偏光ビームスプリッ
タである。偏光ビームスグリ、り１０６ａは、Ｐ波を透
過させ、Ｓ波を反射させるという特性を有しておシ、こ
の特性を利用して、信号光をＰ波とＳ波とに分離する。

入力された信号光のＰ波成分以後単に「Ｐ波」というは
、偏光ビームスプリッタ１０６ｈからアイ：／　ｖ−タ
Ｊ０７ａをａ過り、、コリメートレンズ１０５ｍに入射
する。このコリメートレンズＪｏＳａは、入射したＰ波
を集束させて増幅素子１０８ａに入射させるものである
。

この増幅素子１０８ａは入射した信号光のＰ波を直接増
幅して出射する。コリメートレンズ１０５ｂは、この出
射したＰ波を平行光とするレンズである。増幅され、平
行光とされたＰ波は、アイソレータ１０７ｂを通過し、
コリメートレンズ１０５ｃにより・偏波保存ファイバｌ
　０９ｂに結合される。この偏波保存ファイバ１０９ｂ
は、入射した光の偏波方向を保存しながら伝送するもの
である。この偏波保存ファイバを用いることで、モジュ
ール内における光の経路を曲線として設定することがで
き、設計上の自由度が増加する。また、モジール内での
光学結合の調整が容易になるという利点も有する。この
偏波保存ファイバ１０９ｂを出射したＰ波は、コリメー
タレンズ１０５ｄにより平行光線とされる。この平行光
線は、Ｐ波とＳ波とを合成する手段としての偏光ビーム
スグリ、り１０６ｂに入射する。

−４偏光ビームスプリツタＪＯ６ｍで反射した入力信号
光のＳ波成分（以下単に「Ｓ波」という）は、コリメー
トレンズ１０５ｅにより偏波保存ファイバ１０９ｍに入
射する。この偏波保存ファイバ１０９ａは、入射したＳ
波を導き、コリメートレンズｌ０５ｆに結合する。コリ
メートレンズ１０５ｆｌｄ。

このＳ波を平行光とする。平行光とされたＳ波は、アイ
ソレータ１０７ｃを通過し、コリメートレンズＪ　、０
５　ｇに入射する。

このコリメートレンズ１０５ｇは、Ｓ波を集束させて増
幅素子ＪＯ８ｂに入射させたものである。増幅素子１０
８ｂは入射したＳ波を直接増幅して出射する。コリメー
トレンズ１０５ｈは、この出射したＳ波を平行光とする
レンズである。増幅され平行光とされたＳ波は、アイソ
レータ７０７ｄを通過し偏光ビームスシリツタ１０６ｂ
に入射する。

このように、偏光ビームスプリッタ１０６ａによυ分離
されたＰ波とＳ波は、それぞれ別の経路を伝わシ、その
途中にある増幅素子１０８ａ、１０８ｂにて増幅され、
偏光ビームスグリツタＪＯ６ｂに入射することとなる。

この偏光ビームスプリッタ１０６ｂは入射したＰ波及び
Ｓ波を合成して出射する。出力レンズ１０４はこの出射
した合成波を出力光ファイバノ０２に結合するレンズで
ある。

ここで、光がアイソレータを世過するとき、光の偏波方
向が４５°傾くという性質がある。よって増幅素子１０
８ａ、ＪＯ８ｂは、この偏波方向の旋回に対応し、前記
Ｐ波、Ｓ波をそれぞれＴＥ波として入射するようにその
配置が調整されている必要がある。

以上のような構成としたので、増幅素子１０８ｍ＋１０
８ｂと各党ファイバ、即ち入力光ファイバ１０１、出力
光ファイバ１０２、あるいは偏波保存ファイバ１０９ａ
、１０９ｂとの間の光学結合を、平行光による遠距離結
合とすることが可能になる。このだめこの遠距離結合の
平行光の光軸上に、それぞれアイソレータＪ０７ｔｈ、
１０７ｂ＊１０７ｃ、１０７ｄを配置することができる
。

以上の構成により、増幅素子から発した自然放出光がひ
き起こす増幅素子の自己発振を防止する原理について以
下に説明する。

本実施例によれば、増幅素子と、この増幅素子の入力側
、出力側に”配置される光ファイバとの間は、すべて平
行光による遠距離結合とされており、この結合空間にア
イソレータが配置されている。

例えば増幅素子１０８ａを例にとると、この増幅素子１
０８ａから発生し、入力光ファイ−ＺＩＯＩの方向へ向
かう自然放出光はコリメータレンズ１０５ａにより平行
光となシ、アイソレータ１０７ａに到達する。ところが
この自然放出光は、アイソレータ１０７ｍにとって逆方
向に向かうものであり、このアイソレータ１０７ｍによ
って阻止される。従って、この自然放出光は入力光ファ
イバ１０１の端面に届くことはない。

次に、増幅素子１０８ｍから発生し、出力方向へ向かう
自然放出光は、コリメートレンズ１０５ｂにより平行光
どなり、アイソレータ１０７ｂに到達する。この自然放
出光はアイソレータ１０７ｂにとっての順方向に向かう
ものであるので、このアイソレータＪＯ７ｂを通過し、
コリメータレンズノ０５゜を経て偏波保存ファイバ１０
９ｂに到達する。従ってこの偏波保存ファイバ１０９ｂ
の端面にて反射が生じてしまう。しかし、この反射光が
コリメートレンズｔｏｓｃを経てアイソレータ１０７ｂ
に戻ったときには、この反射光はアイソレータ１０７ｂ
にとって逆方向に進むものであるため、この時点でこの
自然放出光は阻止される。このように増幅素子から発生
する自然放出光は増幅素子からどちらの方向に向かうも
のであっても、増幅素子に戻ることがない。従って増幅
素子の自己発振を防止できるのである。淘、増幅素子の
入出力側双方にコリメータレンズが配置されているが、
これらのレンズによる反射光は、増幅素子に再入射して
しまうことになる。しかし、このような反射光は、増幅
素子の機能に影響を及ぼすおそれは少ない。たとえば直
径０．８　ｍ、屈折率１．８の球レンズを用いた場合に
は、増幅素子とレンズとの間の距離は４５μｍ程度であ
る。これは、増幅素子と光ファイバとが直接結合してい
る場合と比較して充分大きな数値であシ、このレンズ面
からの反射による増幅素子の自己発振は認められていな
い。ただし、これらのコリメータレンズには、表面に無
反射コーティングがされていることが望ましい。

第２図、第３図は本発明の他の実施例を表わす構成図で
ある。図中、第１図と同じものについては同一の番号を
付して記す。

第２図、第３図では、偏光ビームスグリツタＪＯ６ａに
よりＰ波とＳ波とが分離された後、Ｓ波は直角プリズム
２０１ｍにて光路が直角に曲げられる。その後、コリメ
ータレンズ１０５ｅを介して偏波保存ファイバ１０９ａ
に入射する。この偏波保存ファイバ１０９ａはＵ字形に
屈曲しておシ、Ｓ波の進行方向を１８０°転換させる。

コリメータレンズ１０５１は、偏波保存ファイバ１０９
ａを出射したＳ波を平行光とするレンズである。平行光
とされたＳ波は反転プリズム２０２ａに入射する。この
反転プリズム２０２ａはこのＳ波の進行方向を１８０８
転換する。Ｓ波はこれ以後、アイソレータ１０７ｃコリ
メートレンズ１０５ｇ、増幅素子１０８ｂ、コリメート
レンズ１０５ｈ、アイソレータｌ０７ｄを経て偏光ビー
ムスプリッタ１０６ｂに入射する。一方Ｐ波は、偏光ビ
ームスプリッタ１０６ａを出射し、アイソレータ１０７
＆ｓコリメートレンズ１０５ｍ、増幅素子１ｏｓａ、コ
リメートレンズ１０５ｂ、アイソレータｌ０７ｂ、 ンズ１０５ｃ１偏波保存フアイバＪＯ９ｂ，コリメート
レンズ１０５ｄ，直角プリズム２０１ｂを経て、偏光ビ
ームスプリッタ１０６ｂに入射する。このように、偏波
保存ファイバを光の伝送に用いることでモソユール設計
上の自由度が大きくなる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明は、増幅素子と、増幅
素子の入出力側の光ファイバとの間を平行光による遠距
離結合とし、このそれぞれの平行光の光軸上にアイソレ
ータを配置するものである。

このため、増幅素子よシ発生する自然放出光の一部が光
フアイバ入射時に反射し、増幅素子に再入射することを
防止できる。従って増幅素子が自己発振してしまうこと
がなく、さらに信号光が電気信号に変換されたときに自
然放出光が原因で生ずる雑音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を表す構成図，第２図，第３
図は、本発明の他の実施例を表わす構成図であシ、第４
図，第５図は従来の偏波非依存型光増幅モジュールの構
成を示す図である。 １００・・・光増幅モノニール、１０１・・・入力元フ
ァイバ、１０２・・・出力光ファイバ、Ｊ　０　３−人
力レンズ．１０４−・・出力レンズ、１０５ａ，ｌ０５
ｂ。 Ｊ　θ　５ｃｅ１０５ｄ．１０５ｅ，　　ノ　０５ｔ，
１０５ｇ，　　ノ　ｏｓｈ・・・コリメートレンズ、１
０６ｍ，１０６ｂ・・・偏光ビームスグリツタ、１０７
ｈ．１０７ｂ，１０７ｃ．１０７ｄ・・・アイソレータ
、１　０　＆　ａ　＊　ｌ　０　８　ｂ・・・半導体光
増幅素子、１０９ａ．１０９ｂ”・偏波保存ファイバ、
２０１＆ｅ２０Ｊｂ…直角グリズム、２０２ａ，２０２
ｂ川反転グリズム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力された信号光を、互いに垂直な方向の偏波に
   分離する手段と、これらの偏波の各々を増幅する手段と 増幅された各々の偏波を合成し、出力信号光とする手段
   とを有する光増幅モジュールにおいて、前記入力信号光
   を平行光として前記分離手段に結合する手段と、 前記増幅素子それぞれの出力光を平行光として前記合成
   出段に結合する手段を有し、 前記増幅手段の入力側及び出力側の平行光の光軸上にア
   イソレータを配置したことを特徴とする、光増幅モジュ
   ール。
2. （２）前記増幅手段の入力側、出力側の少くとも一方に
   おいて、前記偏波の少くとも一方を偏波保存ファイバを
   用いて伝達し、 この偏波保存ファイバと前記増幅手段との間を平行光に
   より結合する手段を有し、 前記分離手段又は前記合成手段と前記増幅手段との間の
   平行光、及び前記偏波保存ファイバと前記増幅手段との
   間の平行光の光軸上にアイソレータを配置する、請求項
   １記載の光増幅モジュール。
3. （３）前記入力信号光を平行光とする手段、及び、平行
   光たる前記偏波を前記増幅手段又は前記偏波保存ファイ
   バに結合する手段として球レンズを用いる請求項２記載
   の光増幅モジュール。