JPH04128720A - 待機冗長回路付半導体レーザ増幅器 - 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、光ファイバ伝送路間に接続される光中継増幅
器の半導体レーザ増幅器に利用する。特に、高信頼度が
要求される光通信回線に適用可能な半導体レーザ増幅器
に関するものである。

〔概要〕

本発明は待機冗長回路付半導体レーザ増幅器において、 ２個の半導体レーザ増幅領域を微小なチップとして一体
化した半導体レーザ増幅素子とこのアレー型半導体増幅
素子の入出射側にそれぞれ１個ずつ結合レンズとを配置
し、光スイッチによって光路を切換えることにより、 小形化ができ、部品数も少なく経済的で、かつ待機冗長
回路を有し信頼性が高くなるようにしたものである。

〔従来の技術〕

第４図は半導体レーザ増幅器の構成図である。

第５図は従来例の待機冗長回路付半導体レーザ増幅器の
構成図である。

半導体レーザ増幅器は、光を電気に変換せずに、光のま
まで直接増幅できる機能を有する。この半導体レーザ増
幅器に使われる半導体レーザ増幅素子は、一般の半導体
レーザ素子と同様に電流注入によるレーザ活性層の利得
機構を利用したもので、発振しきい値以下でバイアスさ
せ、外部からの注入光に対する光増幅作用を得るもので
ある。小形、高利得、ＯＥ　Ｉ　Ｃ（ｏｐｔｏ−ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅ＋ｊｃｉｒｃｕｉ
ｔｓ　、光電子集積回路）化等多くの利点を有すること
から、近年、実用化に向けて盛んに研究開発が行われる
ようになった。また、半導体増幅素子から成る半導体レ
ーザ増幅器の使用形態は、一般に光受信器の直前に接続
される光中継増幅器や、光ファイバ伝送路の中間に接続
される光中継増幅器等に分類される。本発明は、このう
ち光中継増幅器に使われる半導体レーザ増幅器に関する
ものであり、その概略図を第４図に示す。この半導体レ
ーザ増幅器は、共振形または進行波形と呼ばれる半導体
レーザ増幅素子１８と、この半導体レーザ増幅素子１８
に光ファイバ端末部９からの入射光を取入れる結合用レ
ンズ１９と、半導体レーザ増幅素子１８によって増幅さ
れた出射光を光ファイバ端末部１０に入射させる結合用
レンズ２０等をパッケージ部２１に収納した構成となっ
ている。

−例として「進行波形半導体増幅モジュールの試作」　
（昭和６３年電子情報通信学会秋季全大Ｃ−２３３）が
あり、この例も光中継増幅器等への応用を考えているも
のである。なお、第４図では、電気端子やアイソレータ
等を省略している。

従来、待機冗長回路付半導体レーザ増幅器は、第５図に
示すように、気密パッケージ部３１の内部に、半導体レ
ーザ増幅素子１８Ａ　、　１８Ｂと、その前後に位置し
た結合用レンズ１９Ａ　、　１９Ｂ　、　２ＯＡ　、　
２０Ｂとを一組とした２組が、光軸に対し並列に配置さ
れ、この２組のうち１組を選択するＩＸ２の光路切換ス
イッチ２７．２８が、光入射側と出射側に各々位置する
ことにより、光ファイバ端末部９から光ファイバ端末部
１０へ光が結合される構造になっている。たとえば、半
導体レーザ増幅素子１８Ａを使用中に、この半導体レー
ザ増幅素子１８Ａが故障した場合に、１×２の光路切換
スイッチ２７．２８を動作させることにより、光路を結
合用レンズ１９Ｂ。

１９Ａに切換え、待機していた別の半導体レーザ増幅素
子１８Ｂを用いる待機冗長系を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような従来例の待機冗長回路付半導体レー
ザ増幅器では、半導体レーザ増幅素子は、１００ｍＡ〜
１５０ｍＡの大きい電流の注入を必要とし、半導体レー
ザ素子に比べて２倍〜３倍の電流を流すことになる。半
導体レーザ増幅素子は、注入電流が大きく、発熱量が半
導体レーザ増幅素子部で増加するために、半導体レーザ
素子に比べて素子の劣化を起こし易くなる。また、半導
体レーザ増幅素子は開発途上にあり、信頼性が不明であ
る。

したがって、このような高い信頼性が確立されていない
半導体レーザ増幅素子を使用した半導体レーザ増幅器を
、光ファイバ伝送路の光中継増幅器に使用する場合には
、信頼性の面で問題点が多く、その伝送路が、基幹回線
や海底回線などの極めて高い信頼度が要求される通信回
線の場合には特に問題点があった。

また、従来の待機冗長系回路付半導体レーザ増幅器は、
結合用レンズと半導体レーザ増幅素子との組を２組と、
２個の１×２の光路切換えスイッチとをパッケージ部内
部に収納しているためにパッケージ部が大きくなり、小
型化ができない問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するもので、小形化ができ
、部品数も少なく経済的で、かつ待機冗長回路を有し信
頼性の高い待機冗長回路付半導体レーザ増幅器換を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、２個の半導体レーザ増幅素子と、この２個の
半導体レーザ増幅素子の入射側および出射側に配置され
た結合用レンズと、入射側の光ファイバ端末部からこの
入射側の結合用レンズに入射する光位置を変える入射側
光スイッチと、出射側の光ファイバ端末部に出射する上
記出射側の結合レンズの光位置を変える出射側の光スイ
ッチとを備えた待機冗長回路付半導体レーザ増幅器にお
いて、上記２個の半導体レーザ増幅素子は２個の半導体
レーザ増幅領域が１チップ化された半導体レーザ素子で
構成され、上記入射側および出射側の結合レンズはそれ
ぞれ１個の結合レンズで構成され、上記入射側および出
射側の光スイッチは上記２個の半導体レーザ増幅領域の
内の１個を選択する光スイッチで構成されたことを特徴
とする。

また、本発明は、上記２個の半導体レーザ増幅素子は２
個の半導体レーザ増幅領域が１チップ化されたアレー型
半導体レーザ増幅素子であることができる。

さらに、本発明は、上記入射側および出射側の結合レン
ズはそれぞれ１個の集束性ロッドレンズであることがで
きる。

また、本発明は、上記入射側および出射側の光スイッチ
は上記２個の半導体レーザ増幅素子の内の１個を選択す
るメカニカルスイッチであることができる。

Ｃ作用〕 入射側および出射側の光スイッチは入射側および出射側
にそれぞれ１個ずつ設けられた結合レンズを経由し１チ
ップ化された半導体レーザ増幅素子の２個の半導体レー
ザ増幅領域の内の１個を選択して入射側光端末側から出
射側の光端束部に光信号を伝える。

また、２個の半導体レーザ増幅素子は２個の半導体レー
ザ増幅領域が１チップ化されたアレー型半導体レーザ増
幅素子であることが望ましい。

さらに、入射側および出射側の結合レンズはそれぞれ１
個の集束性ロッドレンズであることが望ましい。

また、入射側および出射側の光スイッチは２個の半導体
レーザ増幅素子の内の１個を選択するメカニカルスイッ
チであることが望ましい。

以上により小型化ができ、部品数も少なく経済的で、か
つ待機冗長回路を有し信頼性を高くできる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して説明する。第１
図は本発明一実施例待機冗長回路付半導体レーザ増幅器
の構成図である。第１図において、待機冗長回路付半導
体レーザ増幅器は、２個の半導体レーザ増幅素子と、こ
の２個の半導体レーザ増幅素子の入射側および出射側に
配置された結合用レンズと、入射側の光ファイバ端末部
９からこの入射側の結合用レンズに入射する光位置を変
える入射側光スイッチと、出射側の光ファイバ端末部１
０に出射する上記出射側の結合レンズの光位置を変える
出射側の光スイッチとを備える。

ここで本発明の特徴とするところは、上記２個の半導体
レーザ増幅素子は２個の半導体レーザ増幅領域１．２が
１チップ化されたアレー型半導体レーザ増幅素子４で構
成され、上記入射側および出射側の結合レンズはそれぞ
れ１個の集束性ロッドレンズ５．６で構成され、上記入
射側および出射側の光スイッチは上記２個の半導体レー
ザ増幅領域１．２の内の１個を選択するメカニカルスイ
ッチ７．８で構成されたことにある。

また、アレー型半導体レーザ増幅素子４は、第一の半導
体レーザ増幅領域１と第二の半導体増幅領域２と、その
間に両者の電気的分離を目的とした絶縁層３とから形成
されている。アレー型半導体レーザ増幅素子４の縦×横
の長さは、およそ５００μｍ　Ｘ　３００μｍであり、
半導体レーザ増幅領域間の距離は約２５０μｍである。

このような構成の待機冗長回路付半導体レーザ増幅器の
動作について説明する。第２図は本発明の待機冗長回路
付半導体レーザ増幅器の光学系を示す図である。第３図
は待機冗長回路付半導体レーザ増幅器の動作系を示す図
である。

まず、本実施例の光学系について説明する。第２図にお
いて、実線で示す第一の光路１２は半導体レーザ増幅領
域１に結合する系を示し、また、点線で示す第二の光路
１３は第一の半導体レーザ増幅領域２に結合する系を表
している。入射側の光ファイバ先端１４からの出射光は
、コリメートされており、集束性ロッドレンズ５を通し
て、アレー型半導体レーザ増幅素子４に集光される。第
一の光路１２を選択する場合には、第２図に示すように
、入射側の光ファイバ先端１４を、集束性ロッドレンズ
５の中心軸に対して下側に変位させているため、集束性
ロッドレンズ５によって光が集光される位置は、集束性
ロッドレンズ５の中心軸に対して上側になり、半導体レ
ーザ増幅領域１に光が結合されることになる。半導体レ
ーザ増幅領域１で増幅された光は、集束性ロッドレンズ
６でコリメートされ、出射側の光ファイバ先端１５に結
合される。

第二の光路１３を選択する場合には、第２図に点線で示
す位置に、光ファイバ先端１４．１５を移動させる必要
がある。

光路を切換えるために、ここでは、光ファイバ先端１４
．１５を微小移動可能なメカニカルスイッチ７．８を光
ファイバ端末部９．１０の先端に取付けている。メカニ
カルスイッチ７．８は、２個の電磁石１６から成り、電
磁石１６に流す電流をどちらか一方に流すことによって
、金属１７で覆っている光ファイバ先端１４．１５を２
個の電磁石１６のうちどちらかに引付けることになり、
光ファイバ先端１４．１５を微小移動させることができ
、第一の光路１２と第二の光路１３との間の切換えが可
能になっている。

なお、第２図では第一の半導体レーザ増幅領域１を使用
している場合で、メカニカルスイッチ７．８が第一の光
路１２を選択している状態を表している。

次に、冗長系での信頼性向上に関して説明する。

まず、第一の半導体レーザ増幅領域１のみを動作させ、
もう１個の第二の半導体レーザ増幅領域２は、通電せず
、待機させておく。使用中の第一の半導体レーデ増幅領
域１が故障した場合に、ただちに、メカニカルスイッチ
７．８を動作させ、光軸を第二の光路１３に合わせ、待
機中の第二の半導体レーザ増幅領域２の使用に切換える
。このメカニカルスイッチ７．８を含めたアレー型半導
体レーザ増幅素子４の動作系は待機冗長回路を成してい
る。

第３図において、信頼性工学では、このような待機冗長
方式を採ることによって、アレー型半導体レーザ増幅素
子の動作系での信頼度は、Ｒ（ｔ）＝　ｅ−？ｔ１＋Ｒ
，７λｔ）で、また、平均寿命は、 ＭＴＴＦ＝（１＋Ｒｓ’）／λ で表されることが知られている。λは第一の半導体レー
ザ増幅領域１と第二の半導体レーザ増幅領域２の各１個
当たりの故障率であり、半導体レーザ増幅素子の単体の
故障率と等しい。Ｒ８はメカニカルスイッチの１個当た
りの信頼度である。従来の半導体レーザ増幅器で、単体
として使用している半導体レーザ増幅素子の動作系での
信頼動作は、 Ｒ（ｔ）＝ｅ−” であり、平均寿命は、 ＭＴＴＦ＝１／λ となり、この従来例と比べて、本発明のアレー型半導体
レーザ増幅素子の動作系での信頼度Ｒ（ｔ）は、 高くなり、また、平均寿命ＭＴＴＦも Ｒシ／λ 長（なる。このように、待機冗長方式を取入れることに
より、アレー型半導体レーザ増幅素子の動作系での信頼
度が高くなるとともに、その結果、半導体レーザ増幅器
全体の信頼性が向上することになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、小型化ができ、部品数
も少なく経済的で、かつ待機冗長回路を有し信頼性を高
くできる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例待機冗長回路付半導体レーザ増
幅器の構成図。 第２図は本発明の待機冗長回路付半導体レーザ増幅器の
光学系を示す図。 第３図は本発明の待機冗長回路付半導体レーザ増幅器の
動作系を示す図。 第４図は半導体レーザ増幅器の構成図。 第５図は従来例の待機冗長回路付半導体レーザ増幅器の
構成図。 １．２・・・半導体レーザ増幅領域、３・・・絶縁層、
４・・・アレー型半導体レーザ増幅素子、５．６・・・
集束性ロッドレンズ、７．８・・・メカニカルスイッチ
、９、ｌＯ・・・光ファイバ端末部、１１．３１・・・
気密パッケージ部、１２・・・第一の光路、１３・・・
第二の光路、１４．１５・・・光ファイバ先端、１６・
・・電磁石、１７・・・金属、１８．１８＾、１８Ｂ・
・・半導体レーザ増幅素子、１９．１９Ａ、１９Ｂ　、
　２ＯＡ　、　２０Ｂ・・・結合用レンズ、２１・・・
パッケージ部、２７．２８・・・１×２の光路切換スイ
ッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２個の半導体レーザ増幅素子と、この２個の半導体
   レーザ増幅素子の入射側および出射側に配置された結合
   用レンズと、入射側の光ファイバ端末部からこの入射側
   の結合用レンズに入射する光位置を変える入射側光スイ
   ッチと、出射側の光ファイバ端末部に出射する上記出射
   側の結合レンズの光位置を変える出射側の光スイッチと
   を備えた待機冗長回路付半導体レーザ増幅器において、
   上記２個の半導体レーザ増幅素子は２個の半導体レーザ
   増幅領域が１チップ化された半導体レーザ増幅素子で構
   成され、上記入射側および出射側の結合レンズはそれぞ
   れ１個の結合レンズで構成され、上記入射側および出射
   側の光スイッチは上記２個の半導体レーザ増幅領域の内
   の１個を選択する光スイッチで構成された ことを特徴とする待機冗長回路付半導体レーザ増幅器。 ２、上記２個の半導体レーザ増幅素子は２個の半導体レ
   ーザ増幅領域が１チップ化されたアレー型半導体レーザ
   増幅素子である請求項１記載の待機冗長回路付半導体レ
   ーザ増幅器。 ３、上記入射側および出射側の結合レンズはそれぞれ１
   個の集束性ロッドレンズである請求項１記載の待機冗長
   回路付半導体レーザ増幅器。 ４、上記入射側および出射側の光スイッチは上記２個の
   半導体レーザ増幅素子の内の１個を選択するメカニカル
   スイッチである請求項１記載の待機冗長回路付半導体レ
   ーザ増幅器。