JPH06318750A

JPH06318750A - ファイバ形光増幅器

Info

Publication number: JPH06318750A
Application number: JP10638093A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Yoshino; 薫吉野; Masaharu Horiguchi; 正治堀口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】光通信・光計測等に用いられるファイバ形光
増幅器の製造容易化、低価格化を目的とする。【構成】増幅媒体としてエルビウムをコアに添加した
光ファイバ（３）を用い、励起光源として発振波長０．
６５〜０．６８μｍの可視半導体レーザ（１）を用い、
励起光と信号光とを合波する光合波器（２）としてカッ
トオフ波長が励起光波長より長く、且つ、信号光波長よ
り短いシングルモードファイバを使って製造したファイ
バ形光カプラを用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信・光計測等に用
いられるファイバ形光増幅器を低価格に製造するための
ファイバ形光増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信において非常に重要なデバイスで
あるファイバ形光増幅器の従来例を図５に示す。同図に
示すように、光増幅媒体としてエルビウムをコアに添加
したファイバ（以下、Ｅrファイバという）３には、励
起用半導体レーザ（ＬＤ）１から出た励起光と、信号光
入力ポート５から入ってきた信号光とが光合波器２で合
波されて注入され、Ｅrファイバ３内で誘導放出現象に
よって信号光が増幅されて出力ポート６へ出力される。

【０００３】Ｅrファイバ３の両側には、ファイバ接続
部等からの反射戻り光によってＥrファイバ３内で発振
を起こすのを防止する働きをする光アイソレータ４が配
置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、励起光として
は、波長１．４８μｍ帯若しくは０．９８μｍ帯の半導
体レーザ主に用いられてきた。しかしながら、これらの
波長帯の半導体レーザは、Ｅrファイバ形光増幅器専用
と言ってよく、現状では需要が少ないため非常に高価で
ある。

【０００５】近年では、これら以外のＥrファイバ励起
波長帯である０．６６μｍ帯でも半導体レーザの高出力
化が進み、励起光源として使える可能性が出てきた。こ
の波長帯の半導体レーザは従来バーコードリーダや光磁
気記録装置等に使用されており、量産されているので現
状でも１．４８μｍや０．９８μｍの半導体レーザに比
べ、およそ１／１０程度の価格であり、将来的にもさら
なる低価格化が期待できる。光パワー以外では、０．６
６μｍ帯で光増幅器を構成するうえで、次のような点が
問題となる。

【０００６】即ち、図５に示す光合波器２としては、小
型で製造しやすいため、２本のファイバのコアを近接さ
せることにより光を結合させるファイバ形カプラが、一
般に広く用いられているが、このタイプの光カプラは理
論的には伝搬・結合する光がシングルモードでないと、
結合比が不安定となり易く、また、ロスが増えることが
知られている。そのため、励起用半導体レーザ１からＥ
rファイバ３までをつなぐ光ファイバ（図中、太線で示
す。）は、励起光及び信号光の双方に対しシングルモー
ドであることが必要とされてきた。

【０００７】ところが、０．６６μｍ帯は波長が短いた
め、これと信号光である１．５５μｍを同時にシングル
モードで伝搬させるファイバは、コアとクラッドの屈折
率差Δが大きく、コアが小さなものでなくてはならず、
半導体レーザのモジュール化、光カップラの製造、Ｅr
ファイバとの接続等の際に非常に高い精度が必要とな
り、技術的に大変に難しくなる。

【０００８】これを避ける手段として、光結合器にシン
グルモード条件を必要としない、誘電体フィルタで光を
結合させるタイプのものを用いることも考えられるが、
このタイプは部品点数が増える上、製造時にも切断・研
磨や位置合せの手間がかかるので原理的に低コスト化が
難しく、将来的な低価格化が期待できない。本発明は、
上記従来技術に鑑みてなされたものであり、製造が容易
で、低価格化が可能な光増幅器を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は増幅媒体としてエルビウムをコアに添加し
た光ファイバを用い、励起光源として発振波長０．６５
〜０．６８μｍの可視半導体レーザを用い、励起光と信
号光とを合波する光合波器としてカットオフ波長が励起
光波長より長く、且つ、信号光波長より短いシングルモ
ードファイバを使って製造したファイバ形光カプラを用
いることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明は、励起光に０．６６μｍ帯の可視半導
体レーザを用いることを最も主要な特徴とし、この励起
光を、カットオフ波長が励起光波長より長いシングルモ
ードファイバで製造したファイバ形光カプラで信号光と
合波させるものである。このようなシングルモードファ
イバでは、理論的には、この励起光の波長において、シ
ングルモード条件を満足せず、多モード化すると従来考
えられていたが、我々の実験によると、実際には、基本
モードに殆どが結合するため、実用上安定して結合する
ものである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。〔実施例１〕図１に本発明の第１の実施例を示す。同図
において、１は励起用半導体レーザ、２は光合波器、３
はＥrファイバ、４は光アイソレータ、５は信号光入力
ポート、６は出力ポートである。

【００１２】励起用半導体レーザ１としては、励起波長
λ_P＝０．６７μｍの可視半導体レーザを用い、これに
通常の１．３μｍ帯通信用シングルモードファイバ（カ
ットオフ波長１．１μｍ，コアとクラッドの屈折率差Δ
＝０．３％）を結合させたモジュールとしている。光信
号入力ポート５からは、波長λ_S＝１．５３又は１．５
５μｍの信号光が入力する。

【００１３】光結合器２としては、信号光側、励起光側
ともに同じ１．３μｍ帯シングルモードファイバで製造
されたファイバ延伸形光カプラを用いる。延伸形光カプ
ラは、２本のファイバを延伸してコアを接近させて光結
合させるものである。１．３μｍ帯ファイバは、最も広
く使われており、半導体レーザのモジュール化、光カプ
ラの製造技術もほぼ確立されており、部品の入手が容易
である。

【００１４】本実施例の構成では、理論的には１．３μ
ｍ帯シングルモードファイバが０．６７μｍでは、シン
グルモード条件を満たさなくなり、多モード化するの
で、光カプラでの結合比は不安定となり、安定動作しな
くなると考えられていた。しかし、我々は元々シングル
モードで発振するレーザを結合させた場合にはパワーの
殆どが基本モードに結合し、容易に多モード化しないの
ではないかとの疑問をいだいて本願発明に到達したので
ある。

【００１５】即ち、実際に実験したところ、図１に光結
合器２のＥrファイバ入射部（Ａ端）でのパワーを光パ
ワーメータでモニターしながら、励起用半導体レーザ
１、光結合器のシングルモード光ファイバを振動させた
時の光パワーの変化率は高々０．５ｄＢ程度であり、光
結合器の０．６７μｍ透過ロスとして−０．３〜−０．
８ｄＢ程度であった。この値は、通常のシングルモード
条件の満たされた系よりは大きいもののファイバ方光増
幅器として使う分には大きな問題とならない。

【００１６】図２に、０．６７μｍの励起光パワーに対
する光増幅器のゲインの測定結果を示す。同図に示すよ
うに、一般にファイバ形光増幅器では、ある程度ゲイン
が大きくなると、その後は飽和してしまい、励起光パワ
ーを増大してもゲインはあまり増えなくなる。

【００１７】例えば、励起光パワーの初期値を２０ｍＷ
とすると、これがたとえ±２ｄＢ変動（１６〜２５ｍＷ
に相当）したとしても、図２に示すようにゲインの変化
は最大幅で、２．５ｄＢであり、３０ｄＢのトータルゲ
インに対して大きな影響はないと言える。

【００１８】また、次に示すように、ファイバ形光増幅
器は、半導体レーザの温度変化等による励起光波長の変
化によってもゲインが変動する。この為、より安定なゲ
インを要求する用途では、何からのゲインフィードバッ
クをかけて使うのが普通であるので、全く問題はなくな
る。

【００１９】図３に励起波長に対するゲイン変化の測定
例を示す。ここで、励起波長としては波長可変のチタン
−サファイヤ・レーザを用い、一定の光パワーで波長を
変化させてゲインを測定した。この図３から明らかなよ
うに、励起光パワーが一定でも、励起波長に応じてゲイ
ンが変動する。図３に示すように、本来のゲインピーク
は、およそ０．６６３μｍであるが、現状では、０．６
６μｍの半導体レーザはまだ出力が小さいので、本実施
例では、０．６７μｍの半導体レーザを使用した。

【００２０】図３から明らかなように、励起に使える波
長は、０．６５〜０．６８μｍとかなり広い範囲にわた
っているので、励起用半導体レーザに対し、特に厳しい
発振波長の選別が必要でないというのも、この励起波長
帯の有利な点であり、レーザの低価格化に寄与すると考
えられる。

【００２１】更に、ファイバ形光増幅器では、かなり強
い光パワーが出てくるので、使用者に対する安全対策が
必要となるが、０．６６μｍ帯励起であれば、光が肉眼
で見えるため誤って動作中にファイバを覗いてしまうよ
うな事故を防止することができるのも実用上大きな利点
である。

【００２２】〔実施例２〕本発明の第２の実施例を図４
に示す。本実施例では、光結合器として研磨形光カプラ
４′を使用したものであり、その他の構成は、実施例１
と同様である。研磨形光カプラ４′は、信号光側、励起
光側ともに同じ１．３μｍ帯シングルモードファイバで
製造されているが、延伸形光カプラが２本のファイバを
延伸してコアを接近させて光結合させる代わりに、ファ
イバを研磨してコアを接近させることにより光結合させ
るものである。

【００２３】研磨形光カプラ４′でも理論的にはシング
ルモードでないとうまく機能しないはずであるが、現実
にはレーザ光に対して安定して結合することができる。
実際には、コアの形状が結合部分でも変わらないのでモ
ード変換が生じにくく、延伸形よりはむしろロスが少な
いと予想される。実験でも、本構造の光カプラでの０．
６７μｍ帯の透過ロスは約−０．２ｄＢと非常に低いこ
とが確かめられた。また、安定度等についても、実施例
１よりも全般に優れていた。

【００２４】本実施例の光カプラは研磨工程が必要なた
め、延伸形成ほど製造が容易でないものの、号はする波
長が離れているが、ここでは、精度緩和に有利に働くの
で、加工精度が上がれば、量産化して低価格化すること
が期待できる。

【００２５】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば製造が容易で入手し易い部材
で光増幅器が構成できるので、製造コストを大幅に低減
させることができる。特に、可視半導体レーザはバーコ
ードリーダや光磁気記録装置等の需要もあるので量産効
果により大幅な低価格化やさらなる高性能化が期待でき
る。更に、励起光が肉眼で見えるため、使用者の安全性
が高いという実用上大きな利点もある。尚、本実施例で
は、１．３μｍ帯のシングルモードファイバを用いた
が、本発明としては、これに限るものではなく、１．５
５μｍ用のファイバや０．８５μｍ用のファイバを用い
ることもできる。また、本実施例では、信号光と同じ側
から励起光を注入する前方励起で実験したが、これに限
るものではなく、出力側から励起光を注入する後方励起
でも本発明は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るファイバ形光増幅
器の構成図である。

【図２】励起光パワーに対するファイバ形光増幅器のゲ
インの測定結果を示すグラフである。

【図３】励起光波長に対するファイバ形光増幅器のゲイ
ンの測定結果を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施例に係るファイバ形光増幅
器の構成図である。

【図５】従来のファイバ形光増幅器の基本構成図であ
る。

【符号の説明】

１励起用半導体レーザ２光合波器（延伸形光カプラ）２′光合波器（研磨形光カプラ）３Ｅ_rファイバ４光アイソレータ５信号光入力ポート６出力ポート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】増幅媒体としてエルビウムをコアに添加
した光ファイバを用い、励起光源として発振波長０．６
５〜０．６８μｍの可視半導体レーザを用い、励起光と
信号光とを合波する光合波器としてカットオフ波長が励
起光波長より長く、且つ、信号光波長より短いシングル
モードファイバを使って製造したファイバ形光カプラを
用いることを特徴とするファイバ形光増幅器。