JPH04295808A - 光結合器 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
に光学的にアイソレートされた光結合装置に関する。
用いられるものの一つであり、実際あらゆる光通信シス
テム中で用いられているものである。光結合器の利用に
おいて最近の研究で関心を持たれていることは、ファイ
バ増幅器に関するものである。ファイバ増幅器の使用の
際には、通信信号光とポンプ光の両方が増幅媒質に結合
される必要があり、増幅媒質自身も光伝送路に結合され
ねばならない。ファイバ増幅器を効果的に利用するため
には、増幅利得媒質に最大限のポンプ光を結合し、シス
テム内で生じる多重反射光を抑制しなくてはならない。 M.Z.Iqbalらによる、IEEE Photon
ics Technology Letters, V
ol.1,No.10,October 1989,
pp.334−6に掲載の、”An 11 Gbit/
s, 151km Transmission Exp
eriment Employing a 1480n
m Pumped Erbium−Doped In−
Line Fiber Amplifier”には、エ
ルビウムドープファイバ増幅器を用いたシステムの性能
が、信号対自然放出光ビート雑音と、増幅媒質内での反
射光誘起レーザ発振によって劣化することが示されてい
る。Iqbalらは、一対のアイソレータを用いた数ギ
ガビット通信システムを提案しており、その中では、送
信機出力端に第1のアイソレータが、増幅器入力端に第
2のアイソレータが挿入されている。このようなアイソ
レータによってシステムの性能は改善されるが、同時に
システムが大きく複雑なものになってしまう。
ctronics Letters, Vol.25,
No.20,September 1989,pp.1
393−4に掲載の、”Impact of Mult
iple Reflection Noise in
Gbit/s Lightwave Systems
with Optical Fibre Amplif
iers”には、アイソレータを一つだけ用いた手法が
示されている。Gimlettらは、逆方向にポンプさ
れたファイバ増幅器を提案し、光アイソレータを増幅器
入力端に挿入している。ポンプ光をファイバ増幅器に導
くために、ダイクロイック結合器が用いられている。前
述のIqbalらの構成と同様、Gimlettらの光
アイソレータ及びポンプ光結合器は別々の、物理的に分
離したデバイスである。
器等の利用に際し、アイソレートされた光結合装置が必
要とされる。
器の利用の際に適した、光学的にアイソレートされた結
合装置に関する。
は、第1のコリメートレンズ(第1の光信号を受ける)
、及び第2のコリメートレンズを有し、それらの間に波
長選択デバイスが配置されている。波長選択デバイスは
、結合器に入射された光のうち、第1の光信号の波長の
光を反射し、第2の光信号の波長の光を透過させる。光
アイソレータは結合器内に含まれ、信号路の波長選択デ
バイスと第2のコリメートレンズとの間に配置される。 アイソレータを用いることによって、第2の信号の反射
光が、送信デバイスへの戻り光となり、その性能を劣化
させることを防ぐ。
た結合器が、送信機とファイバ増幅器との間の伝送路に
挿入される。結合器は、送信機からの通信信号光の結合
器への伝送を妨げる事なく、ポンプ光を増幅器へ導くた
めに用いられる。この実施例では、通信信号光とポンプ
光が増幅器内を同方向に伝搬するため、”同方向”ファ
イバ増幅器と呼ばれる。
、ファイバ増幅器の後の伝送路に挿入することもできる
。この場合、結合器で入射されたポンプ光を反射してフ
ァイバ増幅器に導き、通信信号光とは逆方向に伝搬させ
る。通信信号光の増幅のためには、通信信号光とポンプ
光が同時に増幅器内に存在すれば良いので、ポンプ光の
伝搬方向は増幅器の性能には影響しない。この実施例で
は、通信信号光に対してポンプ光が増幅器内を逆方向に
伝搬するため、”逆方向”ファイバ増幅器と呼ばれる。
よるアイソレートされた結合器を、ファイバ増幅器の両
端に一対配置することができる。この実施例では、通信
信号光に対して同方向及び逆方向のポンプ光がファイバ
増幅器内を伝搬するため、”ダブルポンプ”ファイバ増
幅器と呼ばれる。このような構成では、ファイバ増幅器
に入射されるポンプ光パワーを増加させることができる
。
信号光対を一つの光信号路に多重するために、アイソレ
ートされた光結合器を用いることができる。この場合、
前述のポンプ光を、伝送させるべき第2の通信信号光に
置き換えれば良い。本発明の長所は、アイソレータを結
合器内に設けることによって、反射光が送信機に戻り光
として結合することを防止する点である。
イバを有する種々のアイソレートされた光結合器と共に
、ファイバ増幅器に関連する多数の実施例が含まれる。 この種々の実施例は単なる一例であって、本発明はさら
に、例えば集積光導波路や、光基板内の光増幅利得媒質
のような集積化された構成に対して適用することができ
る。さらに、本発明によるアイソレートされた結合器は
ファイバ増幅器を有する構成での利用のみに限られるこ
とはない。このような結合器の他への応用は種々あり、
高ビットレート信号対を共通の信号路に多重化すること
もでき、その際にアイソレートされた結合器によって、
信号光の反射光が戻り光となってレーザ送信光源に入射
することを防ぐことができる。そのようなシステムの具
体例は、図4に関連して説明される。
結合器10を用いたファイバ増幅器構成の一実施例を示
す。アイソレートされた結合器10は、同方向ファイバ
増幅器、つまり通信信号光とポンプ光がファイバ増幅器
内を同方向に伝搬するファイバ増幅器に用いている。前
述のように本発明によるアイソレートされた結合器は、
詳細は図2に関連して述べられる通り、逆方向結合器と
しても用いることができる。アイソレートされた結合器
10は図示されるように、送信デバイス30とファイバ
増幅器32との間の光信号路に配置される。結合器10
には、送信機30からの通信信号光M及びポンプ光源3
4からのポンプ光Pが入力される。従って結合器10は
、通信信号光及びポンプ光の両者共に、単一の出力ファ
イバを介してファイバ増幅器32へ導く役割を果たす。 この同方向伝搬の実施例では、信号M及びPはファイバ
増幅器32内を同方向に伝搬する。
のコリメートレンズ12及び第2のコリメートレンズ1
4が含まれる。波長選択手段16は、第1レンズ12及
び第2レンズ14との間に配置される。デバイス16は
、第1の既定波長光λP(つまりポンプ光波長)を反射
し、第2の既定波長光λM(つまり通信信号光波長)を
透過させる。
、信号路に対して送信レーザがアイソレートされる必要
がある。従って、本発明による結合器10には、第2の
レンズ14と波長選択手段16との間の通信信号光路に
配置された光アイソレータ20が含まれる。アイソレー
タ20は図示されるように、一対の複屈折板24、26
間に配置されたファラデー回転子22によって構成され
ている。このようなアイソレータの動作は良く知られて
おり、波長選択デバイス16を通り逆方向に伝搬する光
がレンズ14に入射することを防ぎ、送信デバイス30
に戻り光として結合するのを防止するようになっている
。第2レンズ14の適切な端面18に、さらに反射防止
膜28を用いて、複屈折板24の表面25からの反射光
を確実に防止することができる。
から入射され、結合器10の第2のレンズ14に結合さ
れる。通信信号光Mは、第2のレンズ14、アイソレー
タ20、デバイス16及び第1レンズ12の順に通過す
る。通信信号光Mは、その後結合器から出射し、出力フ
ァイバ40に結合する。ポンプ入射光Pは、第2の入力
ファイバ38から入射され、第1のレンズ12に結合さ
れる。ポンプ光Pはデバイス16によって反射され、再
び第1のレンズ12を通り、通信信号光と同様に結合器
から出射して出力ファイバ40に結合する。従って通信
信号光Mとポンプ光Pは同時に同方向に出力ファイバを
伝搬し、ファイバ増幅器32の入力に導かれる。ファイ
バ増幅器32は(例えばエルビウム)適切にドープされ
、ポンプ光によって誘導放出が生じ、通信信号光Mの増
幅が行われる。本発明による実施例の長所は前述のよう
に、波長選択デバイス16が狭帯域バンドパスフィルタ
として働き、不要な光が結合器を介して増幅器へ入射す
ることを防ぐことにある。従って、増幅器32の自然放
出光雑音を大幅に減少できる。
改善を図るために、反射防止(AR)手段がアイソレー
トされた結合器10に含まれる。図1はその一例を示し
、第1のARコート42が第1のレンズ12の適切な端
面44に施される。図1に示されるように、第2のAR
コート46が第2のレンズ14の適切な端面48に施さ
れる。さらに、レンズ12の端面47にコーティングし
てもよい。あるいは、適切にコートされた透明板あるい
はウェッジ等の種々の反射防止手段を、内部反射を抑制
するためにアイソレートされた結合器10に用いること
ができる。
るポンプ光の向きには依存しないので、本発明によるア
イソレートされた結合器を逆方向伝搬の構成にすること
もできる。そのような結合器の構成を図2に示す。この
構成では、結合器50に第1のコリメートレンズ52及
び第2のコリメートレンズ54が含まれ、それらの間に
波長選択デバイス56が配置されている。図1の波長選
択デバイス16の場合と同様に、デバイス56は、ポン
プ光Pの波長λPの光を反射し、通信信号光Mの波長λ
Mの光を透過させる。図中の波長選択デバイス56は、
第1のレンズ52の適切な端面53に直接コーティング
されている。波長選択デバイスは、図1のような別のデ
バイスあるいは図2のようなコーティングに限られるこ
とはなく、種々の手法が考えられる。
56と第2のコリメートレンズとの間の光信号路に配置
された、光アイソレータ58が含まれる。結合器10に
おけるアイソレータ20のように、結合器50のアイソ
レータ58によって通信信号光の反射光を最小限に抑え
る。ここでは、アイソレータ58は単にブロックで示さ
れ、矢印の太線の方向が伝搬可能な方向を示している。 アイソレータ58は図1のアイソレータ20と同様の構
成にしても良く、あるいは必要な波長の光をアイソレー
トできる他の構成にしても良い。ARコート60は図示
されるように、アイソレータ58と第2のレンズ54と
の間に配置され、レンズ54の表面55からの反射光を
防止する。
の光ファイバを介して、結合器50の第1のレンズ52
に入射される。ポンプ光はその後コーティング56で反
射され、再び第1のレンズ52を通り結合器50から出
射し、第2のファイバ66に入射する。ファイバ66は
ファイバ増幅器32に結合される。送信機30からの通
信信号光Mはファイバ68を介してファイバ増幅器32
に入射され、通信信号光とポンプ光の両方が同時にファ
イバ増幅器内32を伝搬するようにする。この結合器5
0では、通信信号光Mとポンプ光Pがファイバ増幅器3
2内を逆方向に伝搬するため、逆方向結合器である。フ
ァイバ増幅器32からファイバ66を介して出射した、
増幅された通信信号光Mはその後、波長選択デバイス5
6が通信信号光の波長λMに対して透明であるため、結
合器50をそのまま通過する。図2に示された逆方向伝
搬の構成の長所は、波長選択コーティング56によって
、ポンプ光の出力信号路への伝搬を確実に防止できる点
である。
、図2の逆方向伝搬結合器50には、結合器50内の内
部反射を最小限に抑えるために、追加のARデバイスを
含むことがある。さらに、本発明による結合効率を最大
限とするために、特に出力ファイバから結合器へのアラ
イメント構成について考慮されねばならない。
きなポンプ光パワーが増幅器に必要とされる構成もある
。この場合、同方向及び逆方向伝搬のポンプ光源を両方
用いるダブルポンプ光構成を用いることができる。図3
に、本発明による一対のアイソレートされた光結合器を
用いたシステムの実施例を示す。図1及び図2のシステ
ムを組み合わせた構成とし、送信機30とファイバ増幅
器32との間の信号路に第1の同方向伝搬のアイソレー
トされた結合器10が配置されている。光源34からの
ポンプ光Pは結合器10に入射され、通信信号光Mとポ
ンプ光Pがファイバ増幅器32内を同時に伝搬するよう
にする。逆方向伝搬のアイソレートされた結合器50は
、ファイバ増幅器32の出力の信号路に配置される。 光源62からのポンプ光Pは結合器50に入射され、そ
の後反射されてファイバ増幅器に導かれる。両方向のポ
ンプ光が伝搬することによって、通信信号光はさらに増
幅される。あるいは、図3の実施例において、片方のポ
ンプ光を、ポンプ光源34あるいは62が故障した場合
の予備ポンプ光と考えることもできる。
、ファイバ増幅器のポンプ光の結合以外の用途にも適用
される。図4に、別々の信号源の対を一つの出力信号路
に多重化する場合の通信構成70である。本発明による
アイソレートされた結合器72では、別々の信号源74
及び76の対と共に用いられる。第1の送信機74から
の波長λ1の第1の入力信号光T1及び第2の送信機7
6からの波長λ2の第2の入力信号光T2は、結合器7
2の別々の入力に導かれ、出力信号路78を同時に伝搬
するように結合される。図示されるように、第1の信号
T1は光ファイバ80を介して第1のコリメートレンズ
82の入力へ導かれる。第2の信号T2は光ファイバ8
4を介して結合器72の第2のコリメートレンズ86に
結合される。第2のレンズ86及び第1のレンズ82と
の間には、順番に、光アイソレータ88及び波長選択デ
バイス90が配置される。結合器72内の反射を抑制す
るために、第2のレンズ86及びアイソレータ88との
間に反射防止手段92を挿入しても良い。本発明の手法
によれば、波長選択デバイス90によって、信号T1の
波長λ1が反射され、信号T2の波長λ2が透過される
。従って、図示されるように結合器72は、両方の入力
信号光を一つの出力信号路78に結合させることができ
る。 本発明においてアイソレータ88を用いることによって
、第2の送信機76への戻り光を抑制し、特に高速レー
ザ送信機での性能劣化を防止することができる利点があ
る。
のコリメートレンズ及び第2のコリメートレンズを有し
、それらの間に波長選択デバイスが配置させ、光アイソ
レータを、信号路の波長選択デバイスと第2のコリメー
トレンズとの間に配置させることによって、ファイバ増
幅器等に適用できるアイソレートされた光結合器を提供
し、アイソレータを用いることによって、不要な反射光
が、送信デバイスへの戻り光となり、その性能を劣化さ
せることを防ぐ等の効果がある。
ポンプ光と信号光が同方向に伝搬するファイバ増幅器に
用いた実施例を示す図
ポンプ光と信号光が逆方向に伝搬するファイバ増幅器に
用いた実施例を示す図
を、ダブルポンプ光によるファイバ増幅器に用いた実施
例を示す図
一対の光入力を一つの出力伝送路に結合するためのマル
チプレクサとして用いた実施例を示す図
Claims (16)
- 【請求項1】 第1の光信号を第1の既定波長(λP
)で結合し、第2の光信号を第2の既定波長(λM)結
合し、両信号を単一の光信号路に結合する光結合器(1
0)において、同一の端面に沿って配置された第1のポ
ート及び第2のポートを有する、第1のコリメートレン
ズ(12)と、単一のポートを有し、前記第1のコリメ
ートレンズと同光軸に配置される第2のコリメートレン
ズ(14)と、前記第1のコリメートレンズ及び前記第
2のコリメートレンズとの間に配置され、第1の既定波
長光を反射し、第2の既定波長光を透過させる、波長選
択手段(16)と、前記第2のコリメートレンズ及び前
記波長選択手段との間に配置され、前記光結合器への第
2光信号の戻り光を阻止する光アイソレート手段(20
)とを有することを特徴とする光結合器。 - 【請求項2】 光アイソレート手段と第2のコリメー
トレンズとの間に、第1の反射防止手段(28)を有す
ることを特徴とする、請求項1に記載の光結合器。 - 【請求項3】 第1の反射防止手段が、第2のコリメ
ートレンズの適切な表面(18)に反射防止膜を有する
ことを特徴とする、請求項2に記載の光結合器。 - 【請求項4】 第1のコリメートレンズと、関連する
第1及び第2ポートとの間に配置された第2の反射防止
手段(42)と、第2のコリメートレンズと、関連する
単一ポートとの間に配置された、第3の反射防止手段(
46)とを有することを特徴とする、請求項2に記載の
光結合器。 - 【請求項5】 第2及び第3の反射防止手段が、第1
及び第2のコリメートレンズの適切な表面にそれぞれ反
射防止膜を有することを特徴とする、請求項4に記載の
光結合器。 - 【請求項6】 第1のコリメートレンズと、関連する
第1及び第2ポートとの間に配置された第1の反射防止
手段(42)と、第2のコリメートレンズと、関連する
単一ポートとの間に配置された、第2の反射防止手段(
46)とを有することを特徴とする、請求項1に記載の
光結合器。 - 【請求項7】 第1及び第2の反射防止手段が、第1
及び第2のコリメートレンズの適切な表面にそれぞれ反
射防止膜を有することを特徴とする、請求項4に記載の
光結合器。 - 【請求項8】 第1の既定波長(λP)のポンプ光と
、第2の既定波長(λM)の通信信号光をそれぞれ関連
するファイバ増幅器に入力するための、ファイバ増幅器
のためのアイソレートされた光結合器において、ポンプ
光を受けるための第1のポートと、関連するファイバ増
幅器に結合される第2のポートを含む第1のコリメート
レンズ(12)と、前記第1のコリメートレンズと同じ
光軸上に配置された、単一のポートを含む、第2のコリ
メートレンズ(14)と、前記第1及び第2のコリメー
トレンズの間に配置され、ポンプ光を反射して、前記ポ
ンプ光が第1のコリメートレンズの第2のポートから出
射され、関連するファイバ増幅器の入力に導かれるよう
にした、波長選択手段(16)と、波長選択手段と第2
のコリメートレンズとの間に配置され、通信信号光の反
射を防ぐ、光アイソレート手段(20)とを有すること
を特徴とする、ファイバ増幅器用アイソレートされた光
結合器。 - 【請求項9】 アイソレートされた光結合器が、同方
向光結合器として用いられ、通信信号光が第2のコリメ
ートレンズの単一ポートに入射され、ポンプ光及び通信
信号光が第1のコリメートレンズの第2のポートから同
方向に出射され、関連するファイバ増幅器に同方向入力
とし導かれることを特徴とする、請求項8に記載の光結
合器。 - 【請求項10】 アイソレートされた光結合器が、逆
方向光結合器として用いられ、関連するファイバ増幅器
に結合するための、第1のコリメートレンズの第2のポ
ートによって、第1のコリメートレンズの第1のポート
に入射されたポンプ光が、波長選択手段によって反射さ
れ、第2のポートから前記の関連するファイバ増幅器に
導かれ、ポンプ光と通信信号光が、関連するファイバ増
幅器内を互いに逆方向に伝搬することを特徴とする、請
求項8に記載の光結合器。 - 【請求項11】 光アイソレート手段と第2のコリメ
ートレンズとの間に第1の反射防止手段を有することを
特徴とする、請求項8に記載の光結合器。 - 【請求項12】 第1の反射防止手段が、第2のコリ
メートレンズの適切な表面上の反射防止膜であることを
特徴とする、請求項11に記載の光結合器。 - 【請求項13】 第1のコリメートレンズと、関連す
る第1及び第2ポートとの間に配置された第2の反射防
止手段と、第2のコリメートレンズと、単一ポートとの
間に配置された、第3の反射防止手段とを有することを
特徴とする、請求項11に記載の光結合器。 - 【請求項14】 第2及び第3の反射防止手段が、第
1及び第2のコリメートレンズの適切な表面上のそれぞ
れ反射防止膜であることを特徴とする、請求項13に記
載の光結合器。 - 【請求項15】 第1のコリメートレンズと、関連す
る第1及び第2ポートとの間に配置された第1の反射防
止手段と、第2のコリメートレンズと、関連する単一ポ
ートとの間に配置された、第2の反射防止手段とを有す
ることを特徴とする、請求項8に記載の光結合器。 - 【請求項16】 第1及び第2の反射防止手段が、第
1及び第2のコリメートレンズの適切な表面上のそれぞ
れ反射防止膜であることを特徴とする、請求項15に記
載の光結合器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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