JPH03192221A - 光アクティブモジュール - 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、高出力光送信モジュール、高感度光受信モジ
ュール、さらには高出力、高感度な光送受信モジュール
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、光フアイバ通信用デバイスとして、発光素子の出
力光をピッグテール光ファイバに結合させた光送信モジ
ュール（第８図参照）や、ピッグテール光フアイバ内へ
入射した光信号を受光素子に導く光受信モジュール（第
９図参照）やさらには発光素子、受光素子、光合分波器
、ピッグテール光ファイバからなる双方向伝送用光モジ
ュール（第１０図参照）が汎用的に用いられている。

一方、伝送距離を長くする手段として、伝送路の途中に
励起用光源、光ファイバカグラ、希土類元素添加光ファ
イバ、光フアイバカプラを挿入してなる光フアイバアン
プの研究開発も活発に行われている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の光送信モジュールは、半導体レーザの出
力パワーおよび光ファイバとの結合損失などによって出
力パワーが制限され、長距離伝送用として問題点がある
。′！した光受信モジュールも、受光素子の受信感度お
よび光ファイバとの結合損失などによって伝送距離が制
約され、それ以上の長距離伝送を困難ならしめている。

同様の理由により、双方自伝送用光モジュールも、より
長距離伝送化を図ることが困難であるという課題を有し
ている。

上記長距離伝送を可能ならしめる手段として、光フアイ
バアンプを伝送路の途中に設けることが考えられている
が、その構成は、上記伝送路に、励起用光源、光ファイ
バ力１う、希土類元素添加光ファイバ、光フアイバカプ
ラを個別に組合せたものであり、非常に大形化している
こと、個々の光部品間の結合損失が大きいこと、個々の
光部品の接続部からのフレネル反射があること、などの
問題点があった。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、高
出力光送信モジュール、高感度光受信モジュール、さら
には高出力・高感度光送受信モジュールとして機能する
光アクティブモジュールを蝿供することにある ［課題を解決するための手段］ 本発明の光アクティブモジュールは、上記目的を達成す
るために、励起光源を備えた等波路の一端に希土類元素
を添加したピッグテール光ファイバを接続した構成とし
たものであり、上記導波路は希土類元素を添加したガラ
ス導波路で４１Ｉ成されていることが好ましい。

具体的形態の第１は、上記導波路に、信号光用の発光素
子とその出力光を伝搬させる伝送路と、該伝送路に励起
光用の発光素子の出力光を結合させる結合部および励起
光用の発光素子を設け、該伝送路の出力端に希土類元素
を添加したピッグテール光ファイバを接続した光送信モ
ジュールである。

第２は、上記導波路に、受光素子とその受光素子へ信号
光を導く伝送路と、該伝送路に励起光用の発光素子の出
力光を結合させる結合部および励起光用の発光素子を設
け、該伝送路の出力端に希土類元素を添加したピッグテ
ール光ファイバを接続した光受信モジュールである。

第３は、上記導波路に、波長λ、の発光素子とその出力
光を伝搬させる第１の伝送路と、該伝送路に励起光用の
発光素子の出力光を結合させる結合部およびその励起光
用の発光素子と、該伝送路の途中に波長λ２の光信号を
分波する分波素子と、該分波した波長λ２の光信号を導
く第２の伝送路と受光素子、ならびに該第１の伝送路の
出力端に希土類元素を添加したピッグテール光ファイバ
を接続した光送受信モジュールである。

第４は、上記光アクティブモジュールにおいて、上記導
波路に、光周波数がｆｌ、ｆｔ、ｆｓおよびｆ４の光信
号が入力する入力部と、該入力した光信号を分波する分
波器と、該各々分波された光信号を出力する出力部と、
該各々の出力部に希土類元素を添加したピッグテール光
ファイバを接続した構成の光送信モジュールである。

上記第１又は第３の形態の光送信又は光送受信モジュー
ルにおいて、信号光用の発光素子とその出力光を伝搬さ
せる伝送路との間に光アイソレータを挿入することがで
きる。

また、上記した全ての形態において、導波路と希土類元
素を添加したピッグテール光ファイバとの間には光アイ
ソレータを挿入することができる。

更に、上記第２の形態の光受信モジュールにおいて、受
光素子とその受光素子へ信号光を導く伝送路との間に励
起光を抑圧する光フィルタを挿入することができる。

また上記第１又は第３の形態の光送信又は光送受信モジ
ュールにおいて、信号光を伝搬させる伝送路の途中にリ
ング共振器を設けてその信号光の一部を抽出して受光素
子で受信し、制御回路を通して信号光用発光素子にフィ
ードバックすることができる。

［作用］ 上記のように、本発明は励起光用発光素子付きの希土類
元素を添加した導波路内の伝送路出力端に希土類元素を
添加したピッグテール光ファイバを接続させて、上記伝
送路およびピッグテール光フアイバ内を該励起光用発光
素子の光信号が伝搬する構成を基本とし、更にガラス導
波路に信号光伝送用発光素子、受光素子９合分波素子、
カプラなどが少なくとも１個含まれている光アクティブ
モジュールである。

励起光用の発光素子（例えば半導体レーザ）の光信号が
希土類元素添加導波路及びこれに接続されな希土類元素
添加ピッグテールファイバ内を伝搬することにより、希
土類元素イオンに吸収され、エネルギー準位が上準位に
もち上げられる。そして、信号光（例えば発光素子とし
ての半導体レーザの光信号）が上記希土類元素添加導波
路と希土類元素添加ピッグテールファイバ内を伝搬する
につれて、上記信号光用光信号が増幅され、大出力の光
信号となる。すなわち、導波路が信号光と励起光を重畳
させて伝送させる機能と信号光を増幅させる機能を有し
、希土類元素添加ピッグテールファイバも信号光を増幅
させる機能をもつ。導波路およびピッグテールファイバ
の両方に増幅ｆｉ能をもなせることができるので、高出
力、高感度な光アクティブモジュールを実現することが
できる。

［実施例〕 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の光アクティブモジュールの第１の実施
例を示す、これは、導波路１．信号光用半導体レーザ４
．＃起光用半導体レーザ５．希土類元素添加ピッグテー
ルファイバ６から構成される光送信モジュールである。

導波＃１１は希土類元素添加コア部２と波長選択型合波
器３とを有している。励起光用半導体レーザ（たとえば
、波長１．４８μ−の半導体レーザ）５の出力光は矢印
１５のごとく波長選択型台波器３内に入射する。波長選
択型合波器３は、上記励起光用半導体レーザ５の波長の
みの励起光を結合させて、その励起光を希土類元素（た
とえば、Ｅｒイオン）添加コア部２内に導き、コア部２
内を矢印１７のごとく伝搬させるように作用する波長選
択機能をもったものである。矢印１７のごとく伝搬した
上記励起光は、希土類元素（たとえば、Ｅｒイオン）添
加ピッグテールファイバ６内を矢印１３のごとく進む。

上記励起光用半導体レーザ５の光信りが希土類元素添加
コア部２、希土類元素添加ピッグテールファイバ６内を
伝搬することにより、希土類元素イオンに吸収され、エ
ネルギー単位が上単位にもち上げられる。そして、信号
光用半導体レーザ４の信号（たとえば、波長１．５３μ
ｍの光信号）が上記希土類元素添加コア部２．希土類元
素添加ピッグテールファイバ６内を矢印１６．１７．１
３方向に伝搬するにつれて、上記信号光用光信号は増幅
され、矢印１３方向へ出ていくときには大出方の光信号
となる。すなわち、この光送信モジュールは、導波Ｆ＃
１１が信号光と励起光を重畳させて伝送させる機能と信
号光を増幅させる機能とを有し、希土類元素添加ピッグ
テールファイバ６も信号光を増幅させる機能を有するも
のである。

第２図は、第１図の光アクティブモジュールの構成を変
形したものである。これは矢印１４方向から伝搬してき
た光信号（たとえば、波長１．５３μｌ帯の光信号）を
、希土類元素添加ピッグテールファイバ６、希土類元素
添加コア部２．波長選択型合波器３内を矢印１８．１９
のごとく伝搬して受光素子１０内へ入射させるようにし
た光受信モジュールの実施例を示したものである。この
場合も、上記光信号は励起光用半導体レーザー５の励起
光によって増幅されて受光素子ｌｏ内へ入射されるので
、受信感度を増大させることができ、結果的にスパン距
離の拡大を期待できる。

第３図は光アクティブ型双方向伝送モジュールの実施例
を示したものである。すなわち、希土類元素添加ピッグ
テールファイバ６内を、光周波数ｆ、、ｆ２の光信号（
波長λ３．λ、）を双方向に伝送させるように構成した
双方向伝送モジュールである。

まず希土類元素添加コア部１２の構成について説明する
。３ｄＢ力１う１１は励起光用半導体レーザー５の励起
光を２等分に分配して波長選択型合波器３１及び３２に
それぞれ供給するための光回路である。波長選択型合波
器３１は上記２等分された励起光の一つと送信用半導体
レーザー（光周波数ｆ、の光信号を送出する半導体レー
ザー）４の光信号を合波するための光回路である。波長
選択型合波器３２は、上記２等分された励起光のもう一
つの光信号をマツハツエンダ−型分波器８に導く機能と
、マツハツエンダ−型分波器８側より送られてきた光周
波数ｆ２の光信号を受信用受光素子１０に導く機能をも
った光回路である。上記波長選択型合波器３１及び３２
は、たとえば方向性結合器、非対称Ｙ分波回路、グレー
ディング回路などによって容易に実現することができる
。マツハツエンバー型分波器８は光信号を２等分に分配
する３ｄＢカプラ７１及び７２と、長さの異なる２つの
伝送路９１及び９２からなり、光周波数ｆ、とｆ２の光
信号を分波するもので、これはよく知られた光回路であ
る。

希土類元素添加導波路１２内を伝搬する光周波数ｆ１お
よびｆ、の光信号は、上記導波＃１１２内に光周波数ｆ
Ｐの励起光を伝搬させることによって増幅され、大信号
の送信光及び受信光となる。

第４図は光周波数多重分割伝送に用いる光アクティブ分
波器の実施例を示したものである。すなわち、導波路入
力部２１に入射した光周波数ｆｌ。

ｆ２．ｆｓ及びｆ４の信号光を増幅したがら分波し、そ
れぞれの出力部２３より希土類元素添加ピッグテールフ
ァイバ６１．６２．６３及び６４に分波させるようにし
た構成のものである。希土類元素添加導波路型分波器（
マツハツエンダ−型分波器）２２は第３図に示したマツ
ハツエンダ−型分波器８を３個組合せた構成のものであ
る。励起光用半導体レーザー５の励起光は３ｄＢカプラ
７１の一方の入力部より入射させるように構成され、そ
れぞれの３ｄＢカプラ７１，７２，７３，７４゜７５及
び７６内を伝搬するようになっている。

本発明は上記実施例に限定されない、まず希土類元素添
加導波路に接続される希土闇元素添加ピッグゾールファ
イバは一本の光フアイバ以外に、希土闇元素添加ファイ
バカプラ（入力対出力ボート数が１対ｎ、ｎ＞２あるい
はｎ対ｒＬ、ｎ対ｍ。

ｍ〉２）の入力ボートファイバのうちの一本をつないで
もよい、この場合には、導波路を出た光信号は希土類元
素添加ファイバカグラによってｎ分配（ただし、増幅作
用を伴う）される。

第４図の構成において、分波器２２は２つ以上の光周波
数信号を分波する分波器、たとえば８つの光周波数信号
さらには１６．“３２．６４等のように多数の光周波数
信号を分波する分波器であってもよい、また第４図の分
波器２２の代りに光スターカブラを用いてもよい、この
場合には、導波路入力部２１より入射する光信号は、光
周波数の興なるものでも、あるいは一つの光周波数の光
信号であってもよい、すなわち、光信号を等分配する機
能をもち、２分配以上、４分配、８分配、１６分配、３
２分配、６４分配などを構成させることができる。

第４図において、光周波数ｆ＋、ｆ＊、ｆｓ。

ｆ、の光信号は希土類元素を添加したピッグテールファ
イバ６１．６２．６３．６４１１１から入射し、導波路
入力部２１側より出射させるようにしてもよい。

第３図において、受信用受光素子１０（送信用半導体レ
ーザー４）は送信用半導体レーザー（受信用受光素子）
であってもよい。

希土類元素を添加した導波路には、上記実施例で示した
合波器、３ｄＢカプラ、分波器などの他に、光フィルタ
、光スィッチ、光変調器、光アイソレータ、光リミッタ
、光双安定器、電気回路さらには金属電極、誘電体膜、
などを実装してありでもよい、また導波路構造としては
、埋込み型。す・ｙジ型、装荷型などを用いてもよい、
添加する希土類元素としては、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃｅ
、Ｈｏ。

Ｔｍなどを少なくとも１種含んだものを用いることがで
きる。また導波路としては、石英系のガラス導波路、多
成分系のガラス導波路、グラスチック系の導波路１強誘
電体材料系の導波路などを用いることができる。

さらに、第５図に示すように、信号光用半導体レーザー
４の出射側に光アイソレータ２５を挿入し、導波路、光
フアイバ側からの反射もどり光が信号光用半導体レーザ
ー４にもどってきて波長や出力変動を起こすのを抑圧す
るようにしてもよい。

また導波路１と希土類元素添加ピッグテールファイバ６
との間にも光アイソレータ（たとえば、光フアイバ型ア
イソレータ）２６を挿入し、光フアイバ６側からの反射
光を抑圧するようにすると、発振波長及び出力の安定し
た光モジュールを実現することができる。

また第６図に示すように、導波路１と受光素子１０との
間に励起光用半導体レーザーの光を抑圧する光フィルタ
２７を挿入すると、受信側の信号対雑音比を向上させる
ことができるので有効である。

さらに第７図に示すように、信号光用半導体レーザ４の
光信号の一部を抽出するリング共振器２８を設け、抽出
した光信号２９を受光素子３０で受光し、制御回路３３
を通して信号光用半導体レーザ４側にフィードバックす
ることにより信号光用半導体レーザ４の波長安定化を図
るようにしてもよい。なお、導波路１のコア部２には希
土類元素を添加したい場合も含まれる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は励起光用発光素子付きの希土類
元素を添加したガラス導波路内の伝送路出力端に希土類
元素を添加したピッグテール光フアイバ側フ゛アイバ、
上記伝送路およびピッグテール光フアイバ内を該励起光
用発光素子の光信号が伝搬する構成とし、該ガラス導波
路に信号光伝送用発光素子、受光素子、合波分波素子、
カプラなどが少なくとも１個含まれていることを特徴と
するものである。このような構成とすることにより、導
波路およびファイバの両方で増幅機能をもなせることが
できるので、高出力、高感度な光モジュールを実現する
ことができる。

また励起光用光源が１個でもよいので、経済的、かつ効
率的である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図はそれぞれ本発明の光アクティブモジ
ュールの実施例を示した図、第８図は従来の光送信モジ
ュールの概略図、第９図は従来の光受信モジュールの概
略図、第１０図は従来の双方向伝送用光モジュールの概
略図である。 図中、ｌは導波路、２は希土類元素添加コア部（伝送路
）、３は波長選択型合波器、４は信号光用半導体レーザ
ー（発光素子）、５は励起光用半導体素子（発光素子）
、６１〜６４は希土類元素添加ピッグテールファイバ、
８はマツハツエンダ型分波器、１０は受信用受光素子、
１２は希土類元素添加導波路１，２１は導波路入力部、
２２は希土類元素添加導波路型分波器、２３は出力部、
２５は光アイソレータ、２６は光フアイバ型アイソレー
タ、２７は光フィルタ、２８はリング共振器、３０は受
光素子、３３は制御回路を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、励起光源を備えた導波路の一端に希土類元素を添加
   したピッグテール光ファイバを接続したことを特徴とす
   る光アクティブモジュール。 ２、請求項１記載の導波路が希土類元素を添加したガラ
   ス導波路で構成されていることを特徴とする光アクティ
   ブモジュール。 ３、請求項１又は２記載の光アクティブモジュールにお
   いて、前記導波路に、信号光用の発光素子とその出力光
   を伝搬させる伝送路と、該伝送路に励起光用の発光素子
   の出力光を結合させる結合部および励起光用の発光素子
   とを設け、該伝送路の出力端に希土類元素を添加したピ
   ッグテール光ファイバを接続したことを特徴とする光ア
   クティブモジュール。 ４、請求項１又は２記載の光アクティブモジュールにお
   いて、前記導波路に、受光素子とその受光素子へ信号光
   を導く伝送路と、該伝送路に励起光用の発光素子の出力
   光を結合させる結合部および励起光用の発光素子とを設
   け、該伝送路の出力端に希土類元素を添加したピッグテ
   ール光ファイバを接続したことを特徴とする光アクティ
   ブモジュール。 ５、請求項１又は２記載の光アクティブモジュールにお
   いて、前記導波路に、波長λ＿１の発光素子とその出力
   光を伝搬させる第１の伝送路と、該伝送路に励起光用の
   発光素子の出力光を結合させる結合部およびその励起光
   用の発光素子と、該伝送路の途中に波長λ＿２の光信号
   を分波する分波素子と、該分波した波長λ＿２の光信号
   を導く第２の伝送路と受光素子、ならびに該第１の伝送
   路の出力端に希土類元素を添加したピッグテール光ファ
   イバを接続したことを特徴とする光アクティブモジュー
   ル。 ６、請求項１又は２記載の光アクティブモジユールにお
   いて、前記導波路に、光周波数が ｆ＿１、ｆ＿２、ｆ＿３およびｆ＿４の光信号が入力す
   る入力部と、該入力した光信号を分波する分波器と、該
   各々分波された光信号を出力する出力部と、該各々の出
   力部に希土類元素を添加したピッグテール光ファイバを
   接続した構成としたことを特徴とする光アクティブモジ
   ュール。 ７、請求項３又は５記載の光アクティブモジールにおい
   て、信号光用の発光素子とその出力光を伝搬させる伝送
   路との間に光アイソレータを挿入したことを特徴とする
   光アクティブモジュール。 ８、請求項１、２、３、４、５、６、又は７記載の光ア
   クティブモジュールにおいて、導波路と希土類元素を添
   加したピッグテール光ファイバとの間に光アイソレータ
   を挿入したことを特徴とする光アクティブモジュール。 ９、請求項４記載の光アクティブモジュールにおいて、
   受光素子とその受光素子へ信号光を導く伝送路との間に
   励起光を抑圧する光フィルタを挿入したことを特徴とす
   る光アクティブモジュール。 １０、請求項３、５又は７記載の光アクティブモジュー
   ルにおいて、信号光を伝搬させる伝送路の途中にリング
   共振器を設けてその信号光の一部を抽出して受光素子で
   受信し、制御回路を通して信号光用発光素子にフィード
   バックしたことを特徴とする光アクティブモジュール。