JPH0590974U - 光増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の信号光を双方向に実用上十分に増幅する
と共に、雑音となる反射戻り信号光の発生を低く抑え
る。 【構成】平行に配設された２台の光ファイバ型増幅器３
０ａ，３０ｂに用いられる２台のロングパスフィルタ３
５ａ，３５ｂの信号光通過波長帯域と通過阻止波長帯域
の境界値を波長１．５３〜１．５７μｍの間に設定し、
かつ２台のロングパスフィルタ３５ａ，３５ｂの信号光
通過波長帯域を相異させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、小型にして高い利得を有し、信号光を双方向に直接増幅する光増幅 回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

増幅媒体にエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ、その励起光源に半導体レーザ を用いた光ファイバ型増幅器は、高利得、１．５μｍ帯増幅などの特徴を有し、 しかも小型で取り扱いが容易である。通常のＥｒ添加光ファイバ型増幅器の構成 は図８に示すようなものであった。その構成は増幅媒体のＥｒ添加光ファイバ１ 、Ｅｒ添加光ファイバ中のＥｒイオンを反転分布状態にする励起用高出力半導体 レーザ２、レーザ２からの励起光と１．５μｍ帯の入力信号光とを合波する光合 波器３、戻り光防止用の光アイソレータ４励起光を遮断し、信号光のみを通過さ せる狭帯域フィルタ５からなる。ただし、複数の信号光を同時に増幅する場合は フィルタ５を用いないか、ある波長以下の光を遮断するロングパスフィルタ等が 用いられていた。

【０００３】 この様なＥｒ添加光ファイバ型増幅器では、光アイソレータ４は反射戻り光防 止のために不可欠なものであり、通常、順方向通過損失１．０〜０．５ｄＢに対 し、逆方向通過損失は４５〜６０ｄＢのものが使用されている。そのため、図８ に示した光ファイバ型増幅器をファイバ伝送路の中継器として用いる場合、光ア イソレータ４の順方向にのみ信号光は増幅され伝送される。そこで、一本の光フ ァイバ伝送路において双方向で通信を行なうためには、図９に示すように２台の Ｅｒ添加光ファイバ型増幅器２１ａ，２１ｂを内蔵される光アイソレータによる 信号光通過方向が互いに逆になるように平行に配設すると共に、それらの信号光 入力側と出力側とにそれぞれ信号光を分岐する光等分岐器２２ａ，２２ｂを設け て、両増幅器を並列に接続していた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前記従来例において、信号光の入出力ポート２３は、通常スーパー ＰＣ研磨といわれる表面処理を行なったコネクタもしくは、斜め研磨コネクタな どが装着され、入出力に関わらないポート２４はマッチングオイルを塗布する等 の低反射対策が取られる。しかしながら、現状の技術では、反射率として−４５ ｄＢ程度が限度である。斜め研磨コネクタでは−６０ｄＢの反射率が達成できる が、接続損失が大きい、汎用性がない、高価である等の欠点がある。例えば図９ の構成において、光ファイバ増幅器２１ａ，２１ｂ小信号の利得が３０ｄＢで、 ポート２３ａより波長１．５６μｍ、強度−２７ｄＢｍの信号光がポート２３ｂ より波長１．５４μｍ、強度−２７ｄＢｍの信号光が入力する時のポート２３ａ での受信状況について考える。２３ａより入力した信号光は等分岐器２２ｂで分 岐され、−３０ｄＢｍの信号光となって光ファイバ増幅器２１ａ，２１ｂに入力 する。光ファイバ増幅器２１ａでは光アイソレータにより信号光が阻止され通過 しないが、２１ｂ側では０ｄＢｍの出力信号光が等分岐器２２ａで分岐され出力 ポート２３ａより−３ｄＢｍの信号光が出力される。しかしながらこの時、ポー ト２３ａで−４５ｄＢｍの反射があるため、−４８ｄＢｍの反射戻り光が発生す る。ポート２４ａでも同様の反射戻り光が発生するので、等分岐器２２ａを介し て−４５ｄＢｍの信号光反射戻り光が、光ファイバ増幅器２１ａに入力されるこ とになる。その結果、戻り光は増幅され、図７に示すように信号光反射戻り光は 増幅後、等分岐器２２ｂを介して出力ポート２３ｂから−１８ｄＢｍの出力を持 った光として出力される。この反射戻り信号光は、本来受信される信号光に対し て雑音として働く。そこで、光ファイバ増幅器２１ａ，２１ｂの出射端に狭帯域 フィルタを実装し信号光反射戻り光を阻止する方法を取ることが容易に考えられ るが、狭帯域フィルタは帯域幅は１〜４ｎｍと狭く、複数の信号光を同時に双方 向で増幅することができなかった。又、狭帯域フィルタは、通常波長チューニン グ機構が内蔵されるため、構造が複雑となり、挿入損失が大きく、高価であると いう問題もあった。

【０００５】 本考案の目的は、前記した従来技術の欠点を解決し、複数の信号光を双方向に 実用上十分に増幅し、しかも雑音となる反射戻り信号光の発生を低く抑えること ができる新規な光増幅回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案では半導体レーザ、光合波器、希土類添加光 ファイバ、光アイソレータおよび、ロングパスフィルタからなる光ファイバ型増 幅器を２台用意し、これら２台を上記光アイソレータによる信号光通過方向が互 いに逆となるように平行に配設すると共に、それらの信号光入力側と出力側とに それぞれ信号光を分岐する光等分岐器を設けて両増幅器を並列に接続すると共に 、上記ロングパスフィルタの信号光通過波長帯域と通過阻止波長帯域の境界値が 波長１．５３〜１．５７μｍで、かつ、それぞれのロングパスフィルタの信号光 通過波長帯域が相異なるように設定した。

【０００７】

【作用】

光アイソレータの光通過方向が互いに逆方向となるように、２台の光ファイバ 型増幅器を光等分岐器を介して並列接続することで、片端側より入力された信号 光を対応する単一の光ファイバ型増幅器に通過させて、他端側より出力させるこ とができる。この時、信号光は光等分岐器を通過するごとに２分岐されるが、本 考案者等の認識によれば、充分に増幅された出力を得ることができる。また、現 状技術で最高の低反射処理においても発生する、反射戻り信号光を阻止するため に、波長特性が異なるロングパスフィルタを用いているので、信号光波長を選択 すれば、複数の信号光を同時に双方向にかつ低雑音で増幅することが可能となっ た。

【０００８】

【実施例】

図１は、本考案の一実施例の概略構成を示したものである。図１において３１ ａは出力がファイバで取り出せるようにモジュール化され、発振波長領域が１． ４６〜１．４９μｍの１．４８μｍ帯、あるいは０．９７５〜０．９８５μｍの ０．９８μｍ帯であるところの励起用半導体レーザモジュール、３２ａは半導体 レーザモジュール３１ａの出力励起光を１．５μｍ帯の信号光と合波又は分波す る光合分波器である。光合分波器３２ａは３７の入出力端を有し、その一つには 半導体レーザモジュール３１ａの出力用ファイバが接続され、残りの２端は出力 信号光が通過するように光ファイバ３３ａと光アイソレータ３４ａに接続されて いる。光ファイバ３３ａはコアに希土類元素の一つのエルビウムとアルミニウム が添加されたＡｌ−Ｅｒ共添加ファイバ、３４ａは反射戻り光によるレーザ発振 を抑制する光アイソレータで、Ａｌ−Ｅｒ共添加ファイバ３３ａの入出力両側と 、半導体レーザモジュール３１ａの出力端に挿入されている。また、３５ａは反 射戻り信号光及び自然放出光（ＡＳＥ）を除去して信号光に対する雑音成分の比 率を小さくするロングパスフィルタで、光ファイバ３３ａ終端側の光アイソレー タ３４ａの後段に接続されている。

【０００９】 ここで、本光増幅回路に用いられているＡｌ−Ｅｒ共添加ファイバ３３ａ，３ ３ｂは、Ｅｒが５００ｐｐｍ、Ａｌが１５００ｐｐｍコアに添加されたもので、 カットオフ波長が０．９μｍ、条長３５ｍである。図２は本ファイバの増幅特性 を示すもので、信号光波長１．５５２μｍ、信号光パワー−３０ｄＢｍの時の特 性である。また、図３は本ファイバの利得の信号光波長依存性を示すもので、Ａ ｌを共ドープしたことで、かなり平坦な特性となっている。

【００１０】 また、本光増幅回路に用いられているロングパスフィルター３５ａ，３５ｂの それぞれの挿入損失特性を図４に示す。ロングパスフィルター３５ａは波長１． ５４５μｍ以下で低挿入損失となっているが、ロングパスフィルター３５ｂは波 長１．５５５μｍ以上の領域で低挿入損失となっている。低挿入損失時の損失特 性は両者共０．３ｄＢである。

【００１１】 以上の要素３１ａ〜３５ａにより１台の光ファイバ増幅器３０ａが構成されて いる。３０ｂは同様に、符号３１ｂ〜３５ｂの各要素から成る回路によって構成 されている光ファイバ型増幅器であるが、その構成は上記増幅器３０ａと同一で ある。

【００１２】 本増幅回路では、これら２台の光ファイバ型増幅器３０ａ，３０ｂをその光ア イソレータ３４ａ，３４ｂによる信号光の通過方向が互いに逆となるように平行 に配置している。そして、増幅器３０ａの信号光入力側と増幅器３０ｂの信号光 出力側に、信号光を１：１に分岐する光等分岐器３６ｂを、また、増幅器３０ｂ の信号光入力側と増幅器３０ａの信号光出力側に同様の光等分岐器３６ａを設け 、これによって両増幅器３０ａ，３０ｂを並列に接続している。

【００１３】 以上の光増幅回路において光等分岐器３６ｂの端末３７ａ（又は３７ｂ）から 波長１．５４μｍの信号光を入力すると、その信号光は光等分岐器３６ｂで２等 分され、一方は光アイソレータ３４ａに、他方はロングパスフィルタ３５ｂに送 られる。この際、端末３７ａ（又は３７ｂ）から入力する信号光波長は、ロング パスフィルタ３５ａを低損失で通過し、かつ、図３に示す光ファイバ３３ａの波 長特性より十分な利得が得られる範囲であることが必要となるので、その範囲は １．５３〜１．５４５μｍとなる。そこで波長１．５４μｍの信号光を入射端３ ７ａ（又は３７ｂ）より入力させた。信号光は光等分岐器３６ｂで２分岐され、 光アイソレータ３４ａを通過後、光ファイバ３３ａに送られる。そこで信号光は 、光アイソレータ３４ａ、光合分波器３２ａを介して半導体レーザモジュール３ １ｄで出射された励起光により反転分布状態となっている光ファイバ３３ａ内で 増幅される。その後、光アイソレータ３４ａ、ロングパスフィルタ３５ａを通過 し、光等分岐器３６ａにより２分され、端末３７ｃ，３７ｄに出力する。３７ａ より入力した信号光は、２つの光等分岐器３６ｂ，３６ａを通過するため、途中 ６ｄＢの損失を受けるが、光ファイバ３３ａによって受ける利得がこれを大きく 上まわるため、信号光は増幅される。図５に光増幅回路３０ａの増幅特性を示す 。信号光波長は１．５４μｍで信号光パワーは−３０ｄＢｍである。励起光パワ ー２０ｍＷ以上で利得２７ｄＢ以上となっている。なお、光等分器３６ｂで２等 分されたもう一方の信号光（波長１．５４μｍ）は、ロングパスフィルタ３５ｂ 、光アイソレータ３４ｂで完全に遮断される。また、３７ｃ（又は３７ｄ）より 入力される信号光（信号光波長は、ロングパスフィルタ３５ｂを低損失で通過し 、かつ図３より十分な利得が得られる波長範囲であることが必要で、その範囲は １．５５５μｍ〜１．５７μｍとなる。ここでは波長１．５６μｍを使用した。 ）は、光増幅回路３０ｂにより同様に増幅され３７ａ，３７ｂに出力する。つま り、双方向で同等の増幅が可能となっている。

【００１４】 また、問題点で指摘した信号光反射戻り光は、その信号光が増幅される光増幅 回路の出口にあるロングパスフィルタ３５ａ，３５ｂにより２０ｄＢ以上の減衰 を受けるため、雑音光としての影響がほとんどなくなった。例えば図１の端末３ ７ｃ（又は３７ｄ）での光出力の様を光スペクトルアナライザで観測した結果を 図６に示す。波長１．５４μｍの信号光は２０ｄＢ以上の利得を受け増幅されて いる。一方、波長１．５６μｍの信号光反射戻り光はロングパスフィルタ３５ａ により減衰していることがわかる。

【００１５】

【考案の効果】

本考案によれば、２台の光ファイバ型増幅器をそれらの光通過方向が互いに逆 となるように光等分岐器を介して並列接続し、２台の光ファイバ増幅器に用いる 信号光波長帯を共に増幅が十分可能かつ相異なる帯域で設定することにより、出 射端面の反射により発生が避けられなかった信号光反射戻り光の影響を十分に低 減し、さらにロングパスフィルタの採用により、双方向での波長多重増幅伝送も 可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の双方向光増幅回路の一実施例説明図で
ある。

【図２】本発明に用いたＡｌ−Ｅｒ共添加光ファイバの
増幅特性を示す。

【図３】本発明に用いたＡｌ−Ｅｒ共添加光ファイバの
利得の波長依存性を示す。

【図４】本発明に用いたロングパスフィルタの損失特性
を示す。

【図５】本発明の双方向型光ファイバ増幅回路の増幅特
性を示す。

【図６】本発明の双方向型光ファイバ増幅回路を用いた
場合の受信光スペクトルを示す。

【図７】従来の双方向型光ファイバ増幅回路を用いた場
合の受信光スペクトルを示す。

【図８】従来のＥｒ添加光ファイバ増幅器の構成を示
す。

【図９】双方向伝送方式用光ファイバ増幅器の構成を示
す。

【符号の説明】

３０ａ，３０ｂ 光ファイバ型増幅器 ３１ａ，３１ｂ 半導体レーザモジュール ３２ａ，３２ｂ 光合分波器 ３３ａ，３３ｂ Ａｌ−Ｅｒ共添加光ファイバ ３４ａ，３４ｂ 光アイソレータ ３５ａ，３５ｂ ロングパスフィルタ ３６ａ，３６ｂ 光等分岐器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザ、光合分波器、希土類添加光
   ファイバ、光アイソレータ、およびロングパスフィルタ
   からなる光ファイバ型増幅器を２台用意し、これら２台
   の光ファイバ型増幅器を上記光アイソレータによる信号
   光の通過方向が互いに逆となるように平行に配設し、そ
   れらの信号光入力側と出力側とにそれぞれ信号光を分岐
   する光等分岐器を設けて両増幅器を並列に接続した構成
   の光ファイバ型増幅器において、平行に配設された上記
   ２台の光ファイバ型増幅器に用いられる２台のロングパ
   スフィルタの信号光通過波長帯域と通過阻止波長帯域の
   境界値が波長１．５３〜１．５７μｍの間に存在し、か
   つ、２台のロングパスフィルタの信号光通過波長帯域が
   相異なることを特徴とした光増幅回路。