JPH04156432A

JPH04156432A - 半導体レーザ光増幅器

Info

Publication number: JPH04156432A
Application number: JP27939890A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tamura; 安昭田村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1992-05-28

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、光信号を直接増幅する偏波無依存型の半導体
レーザ光増＠器に関するものである。

（従来の技術）半導体レーザを用いた光増幅器のうち進行波型光増幅器
はファブリペロ−型光増幅器に比して増幅可能な光信号
波長帯域が広く、捷た低雑音であるため、将来の光通信
産業分野への幅広い応用が期待されている。

この進行波型、光増幅器は半導体レーザ素子の入出力端
面を無反射処理することにより光増幅機能を得ているも
ので、半導体レーザ素子端面の片端面に注入された光信
号は素子内で徐々に増幅され、他端面に出力として現わ
れる。

しかし、この種の半導体デバイスは、その増幅特性に入
力信号光の偏波依存性をもっており、任意の偏波面に対
して一様の増幅度をもたないので、増幅器の適用範囲が
狭く々る。このため、実際の適用に於ては偏波無依存性
をもった増幅器が強く望まれていた。

第２図はこの問題を解決するために提案された従来の半
導体光増幅器の一例である（　ＥＬＥＣ’ｌ’ＲＯＮＩ
Ｃ８Ｌ訂Ｔ照Ｓ　　２４　Ｃ１７）　（１９８８−８）
　Ｐ、１０７５−１０７６）。この半導体光増幅器は、
半導体レーザ素子１１０片側に光カプラｌθを５他の側
に非相反偏波回転素子１４と反射鏡１５をそれぞれ配置
し、信号光の往復路に９０°の偏波回転を与えることで
その光増幅度の偏波無依存化を実現したものである。な
お、１ノは評価用治具として使う偏波制御器、１３は半
導体レーザ素子１２から非相反偏波回転素子１４に出射
される信号光を平行ビームに変換し、非相反偏波回転素
子１４から出射される信号光を半導体レーザ素子１２に
結合させるレンズである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記構成の半導体光増幅器では光増幅度
の偏波無依存化は果されてｔ・るものの次のような欠点
があった。

（ａ）信号光の入出力の結合方法として光力グラを使用
しているため、入出力の結合において本質的に過剰損失
が発生し、理想的な場合でも６　ｄＢの損失は免れない
。

（ｂ）　　半導体レーザ素子の片面には非相反偏波回転
素子を介して反射鏡が配置されているため、自己発振が
起シやすく、特性が不安定になる。

これを避けるためには半導体レーザ素子の端面における
無反射化をより完全に施す必要があるが、技術的に難し
い。

ｔｃ＋　　半導体レーザ素子内には往路、復路の両光信
号がある遅延時間をもってそれぞれ存在し、その遅延時
間は半導体レーザ素子端面と反射鏡とを往復する光通過
時間によって決定される。したがって、入力信号光が大
のとき、すなわち半導体光増幅器が飽和領域にて動作す
るとき、出力信号光にパターン効果が大きく発生してし
捷う。

（ｄ）　　構成上、非相反偏波回転子を使用するので構
成が複雑になり、コストも高くなる。捷だ形状も犬にな
る。

本発明は、以上に述べた欠点を除するためになされたも
のであって、入出力結合系による過剰損失の発生の除去
、増幅特性の安定化、構成の小形・簡易化および低価格
化を可能とする偏波無依存型の半導体レーザ光増幅器を
提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段）本発明は上記目的を達成するため、入力用光ファイパと
出力用光ファイバと第１のレンズと第２の１／ンズと複
屈折性平行平板と半導体レーザ素子とからなり、前記複
屈折性結晶平行平板はｉ１ＭＪ記入力用光ファイバから
の光を互いに偏波面が直交する２つの平行光に分離し、
前記第１のレンズは前記２つの平行光を前記半導体レー
ザ素子の端面に結合し、前記半導体レーザ素子はその接
合面が前記第１のレンズからの２つの平行光を含む面に
対して４５°傾けた面内に含１れるように配置されてい
て前記２つの平行光を増幅し、前記第２のレンズは前記
半導体レーザ素子からの光を前記出力用光ファイバに結
合するようにしたものである。

ｊだ、本発明は、入力用光ファイバと出力用光ファイバ
と第１のレンズと第２のレンズと第３のレンズと第４の
レンズと複屈折性結晶平行平板と半導体レーザ素子とか
らなり、前記第１のレンズは前記入力用光ファイバから
の光を平行光に変換し、前記複屈折性結晶平行平板は前
記平行光を互いに偏波面が直交する２つの平行光に分離
し、前記第２のレンズは前記２つの平行光を前記半導体
レーザ素子の端面に結合し、前記半導体レーザ素子はそ
の接合面がｉ′ｌＩ記第２のレンズからの２つの平行光
を含む面に対して・１５°傾けた面内に含まれるように
配置されていて前記２つの平行光を増幅し、前記第３の
レンズは前記半導体レーザ素子からの光を犯行光に変換
し、前記第４のレンズは前記平行光を前記出力用光ファ
イバに結合するように１−だものである。

また、本発明は前記各半導体レーザ光増幅器の出力側に
複屈折性結晶平行平板を追加したものである。

（作用）複屈折性結晶平行平板はその光軸方向と光入射方向とが
一致しないように形成されているので、入射光は互いに
偏波面が直交する２つの平行光に分離され、半導体レー
ザ素子の端面に結合される。

この半導体レーザ素子は、その接合面が前記２つの平行
光を含む面に対し４５°傾けた面内に含捷れるように配
置されている。従って、前記２つの平行光は、それぞれ
半分の成分は前記接合面に平行な偏波面に対する光増幅
度で増幅され、残り半分の成分は前記接合面に垂直な偏
波面に対する光増幅度で増幅されることとなるので、結
局入力用光ファイバからの光はその偏波面に関係なく一
定の光増幅度で増幅され、出力用光ファイバから出力さ
れる。

また、）Ｙ、アイソレータを用いれば、外部からの光反
射による戻り光を吸収し、動作を安定化することができ
る。

また、人、出力側両方に複屈折性結晶モ行モ板を設けれ
ば、偏波無依存性の双方向伝送月光増幅器として機能さ
せることができる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。第
１図において、半導体レーザ素子１の入射側には入射側
ファイバ６からの出射光を半導体レーザ素子１の入射端
面７に結合するための結合用レンＸ’　２＋−’７が配
置され、半導体レーザ素子ｌの出射側には出射光を出射
側ファイバ９の端面に結合するだめの結合用レンズ４．
５が配置されて℃・る。

丑だ結合用レンズ３，２との間には゛Ｖ゛行平行形板形
状屈折性結晶板８が次に述べる角度方向に配置されてい
る。すなわち、複屈折性結晶板８の平板面ば、その平板
面に対する垂線が複屈折性結晶の光軸と一致しない方向
になるように研磨されており、該複屈折ｆ１結晶板８は
、上記垂直方向に任意の偏波面をもつ光を入射させた１
時に形成されろ異常光線と常光線とを含む面が半導体レ
ーザ素子ノの接合面と４５°交差するように配置されて
いる。

第３図は上述した複屈折性結晶板と」！導体レーザ素子
接合面との相対角度配ヱＩ゛の関係を示す図である。同
図にお℃・て、複屈折性結晶板８（−」、ぞ（つ結晶軸
１６が複屈折性結晶板への入射光〕７の方向と一３′ケ
しないように配置されている。従って、前記入射光１７
は任意の偏波面をもつとき２つの直交した偏波にそれぞ
れ分割される。すなわち、常光線１８と異常丸線Ｊ９と
に分割される。こねらの２つの光線ｌｓ、Ｊ９を含む而
２０（′ｆ、、複屈折性結晶板８の後方に配置されて（
・る半導体レーザ（ｌＯ）素子ｌの接合面２１と４５°交差するように複屈折性結
晶板８と半導体レーザ素子１とが配置されている。

次に、上記構成を有する本実施例に係る半導体レーザ光
増幅器の偏波無依存効果を順を追って説明する。

まず、第１図に於て、入射側ファイバ６から出射された
任意の偏波面をもつ光は結合用レンズ３によシ平行ビー
ムに変換され、複屈折性結晶板８に入射する。ここで、
入射光、複屈折性結晶板８゜結晶の光軸などの相対位置
関係は第３図により説明した如くなっているので、入射
光は互いに直交した偏波面をもつ２つの光ビームに分割
され、しかも、この２つの光ビームは互いに平行に出射
する。たとえば、複屈折性結晶板として方解石、ルチル
結晶を用いた場合、複屈折性結晶板の光軸方向と入射光
の入射方向とが大略４５°傾いて２つのビーム間隔が最
大に離れた状態になっても、この２つのビーム間隔（は
複屈折性結晶の厚みの大略１／１０であることは衆知の
如くである。たとえば、複屈折性結晶の厚みが０．１．
　ｍｍの場合には、上記のビーム間隔は０．０１胴とな
る。

複屈折性結晶板８から出射された上記の２つのビームは
結合用レンズ２により集光され、いずれの光も半導体レ
ーザ素子ｌの入射端面７に殆んど損失なく結合される。

ここで、２つのビームが１つの半導体レーザ素子の端面
に効率よく結合する事実は、すでにＪＯＵＲＮＡＬ　Ｏ
Ｆ　ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ　ＴＥｃＨＮｏＬＯＧＹ。

ＶＯＬ、ＬＴ−４、ＮＯ，７（１９８６−７）ノＰ、　
　８．４．１−８４５に詳しく述べられている。

すなわち、２つのシングルモードファイバ間をそれぞれ
コリメータレンズを用いて光結合する場合に、２つのビ
ームが平行である限りこれらのビーム間隔が数ＩＱμｍ
離れていても、その結合特性は殆んど劣化しないことが
実験的にも確認されている。

次に、偏波無依存効果を第４図の説明図を用いて説明す
る。

すでに説明したように、複屈折性結晶板から出射した２
つの直交した信号光、すなわちｐ偏波面２２をもつ光と
Ｓ偏波面２３をもつ光は半導体レーザ素子の入射端面７
に集光される。そして、半導体レーザ素子の接合面に平
行な面２４は、これらの光に対して４５°傾いた状態に
ある。半導体レーザ素子の入力端面７に集光される光を
８１ｎ、そのｐ偏波面成分をＳｐ　＋　ｓ偏波面成分を
Ｓ、とするとＳ、　　　＝Ｓ　　　＋ＳＩｎ　　　　　　ｐ　　　　　　８の関係が成立する。この中で、Ｓ、成分にのみ着目する
と、ｐ偏波面２２と接合面に平行な面２４とは４５°傾
いているので、Ｓ、成分のうち半分の光が接合面に平行
な偏波に対する光増幅効果を得る。

また残り半分の光は接合面に垂直な偏波に対する光増幅
効果を得る。

すなわち、接合面に平行な偏波光に対する光量・幅度を
ＧＴＥ％接合面に垂直な偏波光に対する光増幅度をＧＴ
Ｍとすれば、Ｓ、成分の光はΣＳ、（ＧＴ、＋ＧＴＭ）なる光量に増幅される。

同様にＳ　成分の光は１ＳＢ（ＧＴＥ＋ＧＴＭ）なる光量に増幅される。したがって、全体の出力光Ｓ。

ｕｔはＳｏい、＝帆（ＧＴＰ、＋ＧＴＭ）十寺Ｓ、（曙十Ｇ、
イ）一百（ｓ、＋ｓ、）（ＧＴ、＋ＧＴＭ）一フ（ＧＴ
ｚ’−ＧＴＭ）Ｓｉｎとなる。

ここに、光増幅度は半導体レーザ素子固有の、接合面に
平行な偏波光に対する増幅度ＧＴＰ、と接合面に垂直な
偏波光に対する増幅度ＧＴＭの平均値に相当し、偏波面
に対し無依存になることがわかる。

半導体レーザ素子ｌで増幅された信号光はレンズ４，５
を介して出力側ファイバ９の端面に結合される。

以上、説明したように本実施例によれは（、）　　いか
なる偏波面をもつ入力信号光に対しても光増幅度は一定
になり、使用する半導体レーデ素子そのもの光増幅度の
偏波依存性が大きくても、小さくても関係な（・。

（ｂ）　　入出力結合系に、光カノラや光ザーギュレー
タなどを使用していないので過剰損失の発生がない。

（ｃ）　　半導体レーザ素子内に光信号を往復させるこ
となく、片方向通過のみによって利得を’４４ｆｆｉ−
ている３、つまり、外部反射鏡を用いないので寄生発振
を低くおさえることができ、特性が安定になる。

（ｄ）　　構成が極めて簡易、小形となり、低価格にな
る。

等の効果を得ることができる。

第５図は本発明の第２の実施例を示す構成図であって、
（ａ）　、　ｆｂ）共に第１図に示す第１の実施例の構
成に加えて、その入出力側に光アイソレータ２５　、２
６をそれぞれ挿入したものである。

この光アイソレータ２５，２６により、光増幅器の人、
出力部に存在する光コネクタなどからの光反射による戻
り光を吸収し、増幅動作を安定化させることができる。

第６図は本発明の第３の実施例を示す構成図であって、
入出力側にそれぞれ複屈折性結晶板８゜２７を設けるこ
とにより偏波無依存性の双方向伝送用光増幅器として機
能させるものである。

また、前述の第１の実施例の構成を示す第１図にお見・
て、結合レンズ３，５を省略し、入射側ファイバ６から
の光をｊＭ接接層屈折性結晶板８入射し、半導体レーザ
素子ｌからの光を結合レンズ４により出射側ファイバ９
に結合してもよい。これにより、より一層の小型化を図
ることができる。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように本発明によれは、入出力系
に光カプラや光ザーキュレータなどを使用してい々いの
で過剰損失の発生がなく、外部反射鏡を用いないので安
定な増幅特性を得ることができる。

また、上記光カプラ、光ザーキュレータ、外部反射説を
用いないので構゛成が簡易で小形となり、低価格化する
ことが可能となる。

まだ、入出力側に光アイソレータを挿入することにより
、光コネクターなどからの光反射による戻り光を吸収し
、増幅動を安定化を図ることができる。

さらに、入出力側にそれぞれ複屈折性結晶平行板を設け
ることにより、偏波無依存性の双方向伝送用光増幅器と
して機能させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第］の実施例を示す構成図、第２図は
従来の偏波無依存型半導体光増幅器の構成図、第３図は
複屈折性結晶板と半導体レーザ素子接合面との相対角度
配置を示す図、第４図は偏波無依存効果の説明図、第５
図は本発明の第２の実施例の構成図、第６図は本発明の
第３の実施例の構成図である。１・・・半導体レーザ素子、２〜５・・・結合用レンズ
、６・・入射側ファイバ、７・・・入射端面、８，２７
・・・複屈折性結晶板、９・・出射側ファイバ、２５゜
２６・光アイソレータ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力用光ファイバと出力用光ファイバと第１のレ
ンズと第２のレンズと複屈折性平行平板と半導体レーザ
素子とからなり、前記複屈折性結晶平行平板は前記入力用光ファイバから
の光を互いに偏波面が直交する２つの平行光に分離し、前記第１のレンズは前記２つの平行光を前記半導体レー
ザ素子の端面に結合し、前記半導体レーザ素子はその接合面が前記第１のレンズ
からの２つの平行光を含む面に対して４５゜傾けた面内
に含まれるように配置されていて前記２つの平行光を増
幅し、前記第２のレンズは前記半導体レーザ素子からの光を前
記出力用光ファイバに結合することを特徴とする半導体レーザ光増幅器。
（２）前記第２のレンズと前記出力用光ファイバとの間
に前記複屈折性結晶平行平板と同等の第２の複屈折性結
晶平行平板を設け、双方向性を持たせたことを特徴とす
る請求項１記載の半導体レーザ光増幅器。
（３）入力用光ファイバと出力用光ファイバと第１のレ
ンズと第２のレンズと第３のレンズと第４のレンズと複
屈折性結晶平行平板と半導体レーザ素子とからなり、前記第１のレンズは前記入力用光ファイバからの光を平
行光に変換し、前記複屈折性結晶平行平板は前記平行光を互いに偏波面
が直交する２つの平行光に分離し、前記第２のレンズは
前記２つの平行光を前記半導体レーザ素子の端面に結合
し、前記半導体レーザ素子はその接合面が前記第２のレンズ
からの２つの平行光を含む面に対して４５゜傾けた面内
に含まれるように配置されていて前記２つの平行光を増
幅し、前記第３のレンズは前記半導体レーザ素子からの光を平
行光に変換し、前記第４のレンズは前記平行光を前記出力用光ファイバ
に結合することを特徴とする半導体レーザ光増幅器。
（４）前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間と前
記第３のレンズと前記第４のレンズとの間に両方または
いずれか片方に光アイソレータを設けたことを特徴とす
る請求項３記載の半導体レーザ光増幅器。
（５）前記第３のレンズから前記第４のレンズに至る光
の径路中に前記複屈折性結晶平行平板と同等の第２の複
屈折性結晶平行平板を設け、双方向性を持たせたことを
特徴とする請求項３または請求項４記載の半導体レーザ
光増幅器。