JPH04418A - 光増幅器 - 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］ この発明は、光ファイバ通信系等において用いられ、入
射した信号光を増幅して出射する光増幅器に関するもの
である。

［従来の技術］ 増幅用光ファイバとして希土類ドープ光ファイバを用い
た従来の光増幅器を第３図及び第４図に基づいて説明す
る。

尚、第３図は従来の光増幅器を示す斜視図であり、第４
図は第３図に示された光増幅器の光路を説明するための
概略構成図である。

図において、（１）は光増幅器、（２）は前記の光増幅
器（１）の筐体、（３）は前記光増幅器（１）に入射さ
れる信号光、（４）は前記信号光（３）を入射させるた
め筐体（２）に設けられた入力コネクター　（５）は増
幅用光ファイバとして用いられている希土類ドープ光フ
ァイバであって、この希土類ドープ光ファイバ（５）は
励起光を有効に吸収するため、ある程度の長さが必要で
ある。例えば、希土類元素の１つであるエルビウム（元
素記号Ｅｒ）をドープした１、５μｍ帯用の光ファイバ
の場合、通常１０〜１００ｍ程度の長さが必要である。

（６）は前記希土類ドープ光ファイバ（５）の一端から
励起光を入射させて励起する励起手段である励起用レー
ザーダイオードモジュール（以下、励起用ＬＤモジュー
ルと称する）、（７）は前記励起用ＬＤモジュール（６
）を駆動するためのＬＤドライバー　（８）は前記信号
光（３）と励起光を希土類ドープ光ファイバ（５）へ入
射させるための光結合器であって、この光結合器（８）
としてはファイバ形、プリズム形等の２分岐光回路や、
ファイバ形、プリズム形等で干渉フィルタを用いた合波
器等が用いられる。

（９）は前記希土類ドープ光ファイバ（５）内で増幅さ
れた信号光（３）を取り出すために筐体（２）に設けら
れた出力コネクター　（１０）は信号光（３）の進路を
示すための矢印、（１１）は励起光ＬＤモジュールによ
り発生した励起光の進路を示すための矢印である。（１
２）は前記希土類ドープ光ファイバ（５）の励起光の出
射端に設けられ、信号光を透過し、かつ、励起光を反射
して希土類ドープ光ファイバ（５）内に戻す手段であっ
て、例えば波長特性の良い誘電体多層膜フィルタ等の干
渉フィルタが用いられる。

なお、前記戻す手段（１２）は、前記希土類ドープ光フ
ァイバ（５）の出射端に近接させ、光軸に垂直に設置さ
れている。

また、第４図において、（１３）は希土類ドープ光ファ
イバ（５）の端末、（１４）は前記光結合器（８）を構
成するレンズ、（１５）は希土類ドープ光ファイバ（５
）から出射された信号光（３）を反射し、励起光を透過
する干渉フィルタ、（１６）は増幅された信号光（３）
を受光するフォトダイオード等で構成される受信手段、
（１８）は励起用ＬＤ（１７）の出射光量をモニタする
モニタフォトダイオード（以下モニタＰＤを略す）、（
１９）はモニタＰＤ（１８）の出力が一定になるように
駆動電流を制御することによって励起用ＬＤ（１７）の
出射光量を安定化するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｌｃ　Ｐ
ｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）回路である。

尚、用いられる信号光（３）および励起光の波長、希土
類ドープ光ファイバ（５）の種類は、反転分布の原理に
従うように設定される。

また、励起光の波長は信号光（３）の波長より短く設定
されており、希土類ドープ光ファイバ（５）は、励起光
（９）を吸収することにより、内部に反転分布を生じる
ように形成されている。

次に動作、作用について説明する。

励起用ＬＤ（１７）から出射された励起光（９）を吸収
することにより、反転分布が生じている希土類ドープ光
ファイバ（５）中に、共鳴波長に対応する波長を有する
信号光（３）が入射すると、この刺激によって誘導放出
が生じ、信号光（３）と同一波長、同一位相の光が放出
される。

従って、希土類ドープ光ファイバ（５）の出射端におけ
る信号光（３）の強度は、入射端に比べ大きくなり、信
号光（３）は増幅される。

出射端（１３）には信号光（３）を反射し、かつ、励起
光を透過する干渉フィルターが設けられているため、増
幅された信号光（３）は受信手段に導き出される。

Ｃ発明が解決しようとする課１！］ 従来の光増幅器は以上のように構成されているため、周
囲温度の変化などによって光結合器の大きさが変り、励
起光の反射点である戻す手段と励起用ＬＤとの距離が微
小に変化すると、励起光の戻す手段と励起用ＬＤの反射
端面とで形成される共振器の共振特性が変化し、励起用
ＬＤの発振波長に対する透過率が変わるため、モニタＰ
Ｄの出力を一定にしても希土類ドープ光ファイバに入射
する励起光の量は変化する。希土類ドープ光ファイバの
信号光に対する利得は、入射する励起光の量に依存する
ため、上述の変化によって受信信号の利得が変動すると
いう課題があった。

また、通常のレーザーダイオードの共振器の光学長は約
１ｍｍ程度であり、希土類ドープ光ファイバ（５）の励
起に適した波長１μｍ帯においては、共振器のモード間
隔は約１ｎｍ程度となる一方、レーザーダイオードの活
性層自体が利得を有する帯域幅は数１０ｎｍであるため
、レーザーダイオードは多くのモードで発振が可能であ
る。

しかし、励起用ＬＤが直流電流で駆動されている場合に
は、−旦あるモードでの発振が生じると、他のモードの
発振を抑圧するメカニズムが働き、定常的には単一ある
いは少数のモードにおいてのみ発振するという課題があ
った。

発明の目的 この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たものであり、利得変動の少ない光増幅器を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る光増幅器は、励起用ＬＤの駆動電流に高
周波を重畳する回路を設けたものである。

［作用］ 上記のように構成された光増幅器では、励起用ＬＤが多
くの波長の発振モードで発振するため、戻す手段の位置
が微小に変化しても、励起用ＬＤの出射光全体に対する
透過率はほとんど変わらず、利得変動の少ない光増幅器
を実現できる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す図である。

図において（２０）は高周波電源であって、前記高周波
電源（２０）の周波数は、励起用ＬＤ　（１７）と励起
光の戻す手段（１２）との間を光が往復する時間の逆数
の整数倍の周波数に設定されている。また、（２１）は
励起用ＬＤ（１７）の駆動電流に高周波電流を重畳する
ためのバイアス回路である。

尚、その他の構成部分は先に述べた従来例の構成と同一
であるため、図中同一符号を付すると共に、その説明を
省略する。

次に、この発明に係る一実施例の動作について説明する
。

この一実施例においても、従来例の場合と同様に、励起
用ＬＤ（１７）から出射された励起光を吸収することに
より、反転分布が生じている希土類ドープ光ファイバ（
５）中に、共鳴波長に対応する波長を有する信号光（３
）が入射すると、この刺激によって誘導放出が生じ、信
号光（３）と同一波長、同一位相の光が放出される。

従って、希土類ドープ光ファイバ（５）の出射端におけ
る信号光（３）の強度は、入射端に比べ大きくなり、信
号光（３）は増幅される。

出射端（１３）には信号光（３）を反射し、かつ、励起
光を透過する干渉フィルターが設けられているため、増
幅された信号光（３）は受信手段に導き出される。

しかも、高周波電源（２０）の周波数は、励起用ＬＤ（
１７）と励起光の戻す手段（１２）との間を光が往復す
る時間の逆数の整数倍の周波数に設定されているため、
効率良く励起用ＬＤ（１７）を多モードで発振させるこ
とができる。また、励起用ＬＤの駆動電流が変調率１以
上、すなわち発振閾値電流以下に振り込んで高速に変化
している場合には、単一あるいは少数のモードにおいて
のみ発振するという弊害を除去でき、多くのモードが入
れ代わりながら発振する。更に、励起用ＬＤと励起光を
戻す手段との間を光が往復する時間の逆数の整数倍の周
波数で励起用ＬＤが変調されている場合には、自己注入
同期作用により、効率の良い変調を行うことができる。

また、希土類ドープ光ファイバ（５）の利得を高めるた
め、励起用ＬＤ（１７）の出射光が効率良く希土類ドー
プ光ファイバ（５）に入射するようレンズ（１４ａ）と
して高効率なものが用いられ、また励起用ＬＤ（１７）
の出射光量を高めるため、励起用ＬＤ（１７）の出射面
の反射率が低く設定され、更には励起光（１３）を反射
して希土類ドープ光ファイバ（５）内に戻す効率を高め
るため、励起光の戻す手段（１２）の励起光（１３）に
対する反射率が高く設定されている場合には、励起用Ｌ
Ｄ（１７）にとって戻り光割合が大きくなるため、変調
周波数を発振周波数間隔とする多くのモードが互いの位
相を揃えて発振するという外部モードロックを生じさせ
ることができる。

次に、第２図に基づいてこの一実施例における励起用Ｌ
Ｄの発振モードと、励起光の戻す手段と励起用ＬＤの反
射端面とで形成される共振器の共振特性との関係を示す
図である。

図に示すように、励起用ＬＤは多くの発振モード（２２
）で発振している。一方、励起光の戻す手段と励起用Ｌ
Ｄの反射端面とで形成される共振器（以下、外部共振器
と略す）の共振スペクトル（２３）のピッチ△λｒと発
振モード（２２）間隔△λｍとは無関係なため、多くの
発振モード（２２）全体に対する外部共振器の透過率は
外部共振器の共振スペクトル（２３）が変化しても変わ
らない。

従って、周囲温度の変化などによって光結合器（８）の
大きさが変わり、励起光の戻す手段（１２）と励起用Ｌ
Ｄ（１７）との距離が微小に変化し、励起光の戻す手段
（１２）と励起用ＬＤ　（１７）の反射端面とで形成さ
れる共振器の共振特性が変わっても、励起用ＬＤ　（１
７）の反射光に対する透過率が変わらないため、希土類
ドープ光ファイバ（５）に入射する励起光の量は変化せ
ず、希土類ドープ光ファイバ（５）の信号光（３）に対
する利得は安定する。

なお、この発明に係る光増幅器においては、励起用ＬＤ
（１７）が高周波で変調されているため、希土類ドープ
光ファイバ（５）に入射する励起光の量も高周波で変化
している。しかし、希土類ドープ光ファイバ（５）の蛍
光寿命は長いため、利得はこの高周波には追随せず安定
する。また、モードロックが生じる場合においても、周
囲温度の変化などに起因する励起光の戻す手段（１２）
と励起用ＬＤ（１７）との距離の変化の割合が小さいた
め、モードロック条件はほとんど変化せず、励起用ＬＤ
（１７）は安定に多くのモードで発振する。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、周囲温度の変化など
によって光結合器の大きさが変り、励起光の戻す手段と
励起用ＬＤとの距離が微小に変化しても利得が安定する
という効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光増幅器の一実施例の構成を説
明する図、第２図は一実施例おける励起用ＬＤの発振モ
ードと、励起光の戻す手段と励起用ＬＤの出射端面とで
形成される共振器の共振特性との関係を示す図、第３図
は励起光を反射して希土類ドープ光ファイバ内に戻す手
段を有する従来の光増幅器の構成を説明する図、第４図
は第３図に示した光増幅器における光路を説明するため
の概略構成図である。 図において、（１）は光増幅器、（２）は筐体、（３）
は信号光、（４）は入力コネクター　（５）は希土類ド
ープ光ファイバ、（６）は励起用ＬＤモジュール、（７
）はＬＤドライバー　（８）は光結合器、（９）は出力
コネクター　（１０）は信号光の進路を示す矢印、（１
１）は励起光の進路を示す矢印、（１２）は信号光を透
過し、かつ、励起光を反射して希土類ドープ光ファイバ
内に戻す手段、（１３）は希土類ドープ光ファイバの端
末、（１４）はレンズ、（１５）は干渉フィルタ、（１
６）は受信手段、（１７）は励起用ＬＤ、（１８）はモ
ニタＰＤ、（１９）はＡＰＣ回路、（２０）は高周波電
源、（２１）はバイアス回路、（２２）は励起用ＬＤの
発振モード、（２３）は外部共振器の共振スペクトルで
ある。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 吟０ψのＯＮ　− 叩盲ぼザ １　光を雷輻器 ２：ぼ住 ４：入力コネクタ ７：ＬＤドライバ′− ９゛圧カコネクター 第３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入射した信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバと
   、 前記増幅用光ファイバの前記信号光の出射端から、レー
   ザダイオードから放射されるレーザ光を励起光として入
   射する手段と、 前記増幅用光ファイバの信号光の入射端に設けられ、前
   記信号光を透過し、かつ、前記励起光を反射して増幅用
   光ファイバ内に戻す手段と、前記レーザダイオードを駆
   動する電流に高周波電流を重畳する手段を有することを
   特徴とする光増幅器。