JPH06500896A - optical amplifier - Google Patents

optical amplifier

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JPH06500896A
JPH06500896A JP50593492A JP50593492A JPH06500896A JP H06500896 A JPH06500896 A JP H06500896A JP 50593492 A JP50593492 A JP 50593492A JP 50593492 A JP50593492 A JP 50593492A JP H06500896 A JPH06500896 A JP H06500896A
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JP50593492A
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Japanese (ja)
Inventor
ハイデマン、ロルフ
プファイファー、トーマス
カイザー、マンフレート
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アルカテル・エヌ・ブイ
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 光増幅器 光増幅器は伝送路、特に光フアイバ導波体(光ファイバ)にわたって伝送され、 減衰によって弱められるため、増幅されなければならない光信号を増幅するよう に機能する。[Detailed description of the invention] optical amplifier Optical amplifiers are transmitted over transmission lines, especially optical fiber waveguides (optical fibers), To amplify an optical signal that must be amplified because it is weakened by attenuation. functions.

請求項1の前提部分による特性を備えた光増幅器は例えばM、吉田氏他による論 文“Deyelopmenl of Compact Er” −doped  Fiber Amplifiers for Prac目cal AppliC s目ons″。An optical amplifier having the characteristics according to the preamble of claim 1 is described, for example, by M. Yoshida et al. Sentence “Deyelopmenl of Compact Er” -doped Fiber Amplifiers for Prac AppliC sth ons″.

Technical Digest on Op目cal Amplifi!r s and their Applications 1990. (Opti cal So、ciejy of America、 Washington。Technical Digest on Open Cal Amplifi! r s and their Applications 1990. (Opti cal So, ciejy of America, Washington.

DC1990) 、 Volume13. 282乃至285頁から知られてい る。DC1990), Volume13. Known from pages 282 to 285 Ru.

それはエルビウムドープされたファイバを持つファイバ増幅器である。エルビウ ムはポンプレーザとして機能する半導体レーザによって励起されるレーザ活性物 質である。この例において、半導体レーザはλ−1480mの波長で光を放射す る。It is a fiber amplifier with erbium doped fiber. Erbiu The laser active material is excited by a semiconductor laser that acts as a pump laser. It is quality. In this example, the semiconductor laser emits light at a wavelength of λ-1480m. Ru.

この光は光結合器によってドープされたファイバ中に導入される。直流電流は半 導体レーザを制御するために動作電流として使用される。This light is introduced into the doped fiber by an optical coupler. DC current is half Used as operating current to control conductor laser.

この文献の図1aに示されているような単一のポンプレーザの代りに、ポンプ光 が光ファイバの各端部に結合される図ICに示されているような2つのポンプレ ーザはまた設けられることができる。Instead of a single pump laser as shown in Figure 1a of this document, the pump laser are coupled to each end of the optical fiber, as shown in Figure IC. A user can also be provided.

この光増幅器の欠点は、半導体レーザによって生成されたポンプ光が屈折率スキ ップが発生する(例えば、光結合器の領域または光ファイバとエルビウムドープ ファイバとの間の転移部分において)伝播路に沿った全ての点で半導体レーザ中 に反射して戻されることである。これは半導体レーザの効率を劣化する。反射さ れた光は、半導体レーザ中のレーザ活性層が伝送路の部分(すなわち屈折率スキ ップを持つ領域まで)と共にレーザ共振器として動作するため半導体レーザによ って放射されたポンプ光において振幅変動を生じさせる。The disadvantage of this optical amplifier is that the pump light generated by the semiconductor laser has a refractive index shift. (e.g. in the area of the optical coupler or in the area of optical fibers and erbium-doped in the semiconductor laser at all points along the propagation path (at the transition between the fiber and the fiber). It is reflected back to the This degrades the efficiency of the semiconductor laser. reflected The laser active layer in the semiconductor laser The semiconductor laser operates as a laser resonator with the This causes amplitude fluctuations in the emitted pump light.

これは一方で半導体レーザの放射周波数を変化し、他方ではポンプ光の振幅に振 動を与える。特に、ファイバの増幅効果は振動が低周波数範囲、例えばキロヘル ツ範囲で発生したときに一時的に消去される。これはある環境下で光伝送を遮断 する。This changes the emission frequency of the semiconductor laser on the one hand and the amplitude of the pump light on the other hand. give movement. In particular, the amplification effect of fibers is such that vibrations can be reduced to low frequency ranges, e.g. kilohertz. It is temporarily erased when it occurs in this range. This blocks optical transmission under certain circumstances. do.

2つのポンプレーザ(各例における半導体レーザ)があるする場合、前述の問題 は2つの各ポンプレーザに対して存在する。さらに、その場合各ポンプレーザか らの残りのポンプ光が反対側のポンプレーザに入る問題があり、それは光学的な 不安定さを生じさせ、上記の増幅時の振動の問題になる。If there are two pump lasers (semiconductor lasers in each example), the aforementioned problem exists for each of the two pump lasers. Additionally, in that case each pump laser There is a problem with the remaining pump light entering the pump laser on the other side, which is This causes instability, leading to the problem of vibration during amplification mentioned above.

そのため、ポンプレーザの前に光アイソレータが現在使用されている。Therefore, optical isolators are currently used in front of the pump laser.

本発明の目的は1つのポンプレーザまたは2つのポンプレーザを備え、光信号の 干渉のない増幅を保証する光増幅器を生成することである。The object of the present invention is to provide one pump laser or two pump lasers, The objective is to produce an optical amplifier that guarantees interference-free amplification.

この目的は請求項1に示されたように満足される。This object is met as indicated in claim 1.

本発明の利点は、ポンプ光が半導体レーザ中に反射されて戻ることを阻止するた めに光結合器と半導体レーザとの間の後者の直前における高価な光アイソレータ の設置を不要にすることである。An advantage of the present invention is that the pump light is prevented from being reflected back into the semiconductor laser. For this purpose, an expensive optical isolator between the optical coupler and the semiconductor laser just before the latter is required. The aim is to eliminate the need for installation of

動作電流か変調される周波数は、伝送される光信号の増幅を行うレーザ活性物質 、例えばエルビウムの励起されたエネルギレベルのレシプロ的寿命より上である 。このようにして、ポンプ光振幅における振動はレーザ活性物質によって“認識 ″されない。すなわち、ファイバはポンプ光信号の変動成分に対するローパスフ ィルタとして動作する。The operating current or frequency modulated by the laser active material provides amplification of the transmitted optical signal. , above the reciprocating lifetime of the excited energy level of erbium, for example. . In this way, oscillations in the pump light amplitude are "perceived" by the laser-active material. In other words, the fiber has a low-pass Acts as a filter.

別の有効な構造は請求項2乃至5に記載されている。Further advantageous constructions are described in claims 2 to 5.

図1は単一のポンプレーザを備えた本発明による光増幅器を示す。FIG. 1 shows an optical amplifier according to the invention with a single pump laser.

図2は2つのポンプレーザを備えた本発明による増幅器を示す。FIG. 2 shows an amplifier according to the invention with two pump lasers.

図1において、光増幅器は光導波体伝送路1に挿入される。In FIG. 1, an optical amplifier is inserted into an optical waveguide transmission line 1.

それはファイバ2を有し、レーザ活性物質、例えばエルビウムによりドープされ ている。光信号は光導波体伝送路1によって伝送され、ファイバ2において増幅 される。光信号はλ= 1530乃至1570nmの波長を有する。ファイバ2 の一端21は、光結合器3によって半導体レーザ4に接続される。半導体レーザ 4は例えばInGaAsP/I nP、InGaAs/AlGaAsまたはG  a A I A s / G a A sレーザであり、これはλ=750乃至 870nm 、λ−960乃至11000nまたはλ=1460乃至1500n mの範囲の波長で放射する。電気接触子41はDC電源5にそれを接続する。こ こまでの図1中の光増幅器の説明は既知のタイプと一致する。It has a fiber 2 and is doped with a laser active material, e.g. erbium. ing. Optical signals are transmitted through optical waveguide transmission line 1 and amplified in fiber 2. be done. The optical signal has a wavelength of λ=1530 to 1570 nm. fiber 2 One end 21 of is connected to the semiconductor laser 4 by the optical coupler 3 . semiconductor laser 4 is, for example, InGaAsP/InP, InGaAs/AlGaAs or G a AI  A s / G a As s laser, which has a wavelength of λ=750 to 870nm, λ-960 to 11000n or λ=1460 to 1500n It emits at wavelengths in the range m. Electrical contacts 41 connect it to the DC power source 5. child The description of the optical amplifier in FIG. 1 so far corresponds to known types.

本発明によると、レーザの動作電流はDC電流でなく、変調された電流である。According to the invention, the operating current of the laser is not a DC current, but a modulated current.

そのために図1の構造の半導体レーザ4は、それをAC電源6に接続する電気接 触子42を有する。For this purpose, the semiconductor laser 4 of the structure shown in FIG. It has a feeler 42.

AC電源6は例えば正弦波または方形波の交流電流を生成する。The AC power source 6 generates, for example, a sinusoidal or square wave alternating current.

AC電源6は交流電流を生成し、それはDC電源からの直゛流電流と共に半導体 レーザ4(ポンプレーザ)の動作電流を形成する。換言すると、動作電流は交流 電流が重畳されている直流電流であり、もしくは動作電流は(周期的に)変調さ れた直流電流である。The AC power source 6 generates alternating current, which is coupled to the semiconductor power source along with the direct current from the DC power source. Forms the operating current of the laser 4 (pump laser). In other words, the operating current is The current is a superimposed direct current, or the operating current is (periodically) modulated. This is the direct current that is generated.

DC電源5またはAC電源6の構造の代りに、変調可能なりC電源もまた動作電 源として使用されることができる。動作電流だけがある方法で変調されなければ ならない。Instead of a DC power supply 5 or an AC power supply 6 structure, a modulated or C power supply also has an operating voltage. can be used as a source. If only the operating current is modulated in a certain way No.

半導体レーザ4は交流電流すなわち変調された動作電流に基づいた多モードポン プ先を放射する。例えば半導体レーザからの光は、直流電流による少数モードだ けしか持たないλ= 1480nmで放射し、80GHzのモード間隔を有する 20乃至30個のモードに交流電流部分によって分割される。The semiconductor laser 4 is a multimode pump based on an alternating current or modulated operating current. radiate the target. For example, light from a semiconductor laser is a minority mode caused by direct current. It emits at λ = 1480 nm and has a mode spacing of 80 GHz. It is divided into 20-30 modes by the alternating current part.

ACの周波数すなわち動作電流の変調周波数は、ファイバ2中のエルビウムの励 起されたレーザ活性エネルギレベルのレシプロ的な寿命時間より上である。エネ ルギレベルの寿命はミリ秒範囲であるため、ACは低メガヘルツ範囲の周波数を 具備していなければならない。これは、ポンプ光周波数が送信および増幅される べき光信号を変調することを阻止する。The frequency of the AC, ie the modulation frequency of the operating current, is the excitation of the erbium in the fiber 2. above the reciprocating lifetime of the generated laser activation energy level. energy Since the lifespan of the megahertz level is in the millisecond range, the AC operates at frequencies in the low megahertz range. Must be equipped. This is where the pump light frequency is transmitted and amplified modulating the desired optical signal.

始めに述べられたように、増幅するファイバの各側に2つのポンプレーザを備え た光フアイバ増幅器がある。ポンプ光のポンプレーザへ戻される反射の問題はま た変調された直流電流である動作電流によりポンプレーザを動作することによっ て最初に示されたように解決されることができる。As mentioned in the introduction, two pump lasers are provided on each side of the amplifying fiber. There are optical fiber amplifiers. The problem of reflection of pump light back into the pump laser is eliminated. By operating the pump laser with an operating current, which is a modulated direct current, can be solved as originally shown.

図2はこのような解決方法の構造例を示す。図面の左部分は図1に正確に対応し 、したがってこの部分は再度説明される必要はない。ファイバの第2の端部22 は光結合器7によって第2の半導体レーザ8に接続される。このレーザはDC電 源5またはAC電源6にそれを接続する2つの電気接触子81および82を有す る。FIG. 2 shows a structural example of such a solution. The left part of the drawing corresponds exactly to Figure 1. , so this part does not need to be explained again. second end 22 of the fiber is connected to a second semiconductor laser 8 by an optical coupler 7. This laser has two electrical contacts 81 and 82 connecting it to the source 5 or AC power source 6 Ru.

単一のAC電源6の代わりに、各半導体レーザ4および8はそれ自身のAC電源 を有することもできる。同じことはまたDC電源5に適応する。Instead of a single AC power supply 6, each semiconductor laser 4 and 8 has its own AC power supply. It is also possible to have The same also applies to the DC power supply 5.

図2に示されたタイプの、または単一ポンプレーザの例に対して上記で説明され たような別の手段による動作電源はまた2つのポンプレーザの場合動作電流を変 調させる。of the type shown in FIG. 2, or as described above for the example of a single pump laser. Operating power supply by other means such as Let it be adjusted.

しかし、ポンプレーザのレシプロ的な干渉効果は取除かれることができない。そ れが従来光アイソレータがポンプレーザの前に直ぐに配置される理由である。本 発明は2つのポンプレーザが交互にオンまたはオフに切替えられて一方だけが活 性であり、他方は不活性であるる場合はアイソレータを取除くことを可能にする 。これは、半導体レーザ4および8のレシプロ的な干渉を阻止する2つの各ポン プレーザの動作電流の変調を表す。レーザの多モード性は、スイッチング周波数 が十分に高い場合スイッチングよって自動的に保証される。However, the reciprocating interference effects of the pump laser cannot be removed. So This is why optical isolators are conventionally placed immediately in front of the pump laser. Book The invention consists of two pump lasers that are alternately switched on and off so that only one is active. allows the isolator to be removed if one is active and the other is inert . This prevents reciprocating interference between the semiconductor lasers 4 and 8. Represents the modulation of the operating current of the laser. The multimodality of lasers is due to the switching frequency is automatically guaranteed by switching if is high enough.

それがポンプレーザの多モード性のために十分に高い場合、それはファイバ2中 のレーザ活性物質の励起されたエネルギレベルのレシプロ的な寿命より実際に高 く、これは最初に説明されたように全ての例において要求される。If it is high enough due to the multimodal nature of the pump laser, it is actually higher than the reciprocating lifetime of the excited energy level of the laser-active material. This is required in all examples as explained at the beginning.

2つの交互にオンに切替えられるポンプレーザによりファイバ2中の平均ポンプ レーザ出力は単一の永久動作ポンプレーザのものと同じ大きさに過ぎないが、次 の利点が認められる二側方向に同時にポンプすることは低雑音係数および高出力 の両方を達成する。さらに、各レーザは時間の半分だけ使用され、それは信頼性 に良い影響を与える。Average pumping in fiber 2 by two alternately switched on pump lasers The laser power is only as large as that of a single permanently operating pump laser, but Pumping in two directions simultaneously has the advantages of low noise coefficient and high power Achieve both. Additionally, each laser is only used half the time, which makes it less reliable. have a positive impact on

例えば、両ポンプレーザに交互にオンに切替えられる動作電流を供給するために 2つの反転出力部を備えたHF発生器が使用されることができ、その一方は電流 を導き、他方は電流を導かない。For example, to supply both pump lasers with an operating current that is switched on alternately. An HF generator with two inverting outputs can be used, one of which carries the current conducts current, and the other conducts no current.

ポンプレーザをオンおよびオフに切替えるために、一方のポンプレーザの動作電 流がそのアイドル位相中に完全にオフに切替えられたか、或はポンプレーザのし きい値電流より下に低くされただけであるかは重要ではない。To switch the pump lasers on and off, turn on the operating voltage of one pump laser. If the flow was completely switched off during its idle phase or if the pump laser It does not matter whether it is only lowered below the threshold current.

2つのポンプレーザを交互にオンおよびオフに切替えることはまたスイッチを通 して一方および他方のポンプレーザに方形波ACを交互に供給する装置によって 達成される。Switching the two pump lasers on and off alternately can also be done through a switch. by means of a device that alternately supplies square wave AC to one and the other pump laser. achieved.

それが生成される方法に関係なく、ポンプレーザの動作電流はオンおよびオフに 切替えられる方形に成形されたD電流Cであってよい。しかしながら、オンおよ びオフに切替えられる方形波状のDCであり、それにAC電流が永続的に或はポ ンプレーザのオン位相中だけ重ねられるため、変調されたDCがそれ自身のオン 位相の間ポンプレーザを通る動作電流とし−c流れる。これは、2つのレーザの 交互にオンに切替わるスイッチング周波数がオン位相中に各ポンプレーザを多モ ードにするほど十分に高くない場合に特に必要である。その場合において、DC 変調はオン位相中の多モード性を提供する。Regardless of how it is generated, the pump laser operating current turns on and off It may be a square shaped D current C that is switched. However, on and It is a square wave DC that is switched off and on, and the AC current is permanently or continuously switched off. is superimposed only during the on-phase of the laser, so that the modulated DC The operating current through the pump laser during phase -c flows. This is the result of two laser The switching frequency alternately switches on each pump laser during the on phase. This is especially necessary if the In that case, DC The modulation provides multimodality during the on phase.

国際調査報告 国際調査報告 PC丁/EP 91102458 S^ 54552 INIPO1n+岡111 フロントページの続き (72)発明者 カイザー、マンフレートドイツ連邦共和国、べ−−7254へ ミンゲン、ツェッペリンシュトラーセ 2international search report international search report PC Ding/EP 91102458 S^ 54552 INIPO1n+Oka111 Continuation of front page (72) Inventor: Kaiser, Manfred, Federal Republic of Germany, B-7254 Mingen, Zeppelinstrasse 2

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ポンプ光源として機能し、動作電流によって付勢されるする少なくとも1 つの半導体レーザに結合される光信号を増幅するレーザ活性物質を含むファイバ を備えた光増幅器において、動作電源が設けられ、ポンプレーザのために変調さ れた動作電流を生成し、動作電流の変調周波数はそれが低下したとき光信号を増 幅するレーザ活性物質のエネルギレベルのレシプロ的な寿命より上であることを 特徴とする光増幅器。(1) at least one serving as a pump light source and energized by an operating current; a fiber containing a laser-active material that amplifies an optical signal coupled to a semiconductor laser In an optical amplifier with The modulation frequency of the operating current increases the optical signal when it decreases. be above the reciprocating lifetime of the energy level of the laser-active material. Characteristic optical amplifier. (2)動作電源はDC電源およびAC電源を含み、出力電流は動作電流を形成す る請求項1記載の光増幅器。(2) The operating power source includes DC power source and AC power source, and the output current forms the operating current. The optical amplifier according to claim 1. (3)ポンプ光源としてファイバの一端にそれぞれ接続された2つの半導体レー ザを備え、動作電源は2つの半導体レーザが交互にオンおよびオフに切替えられ るように2つの半導体レーザに電流を供給することを特徴とする請求項1記載の 光増幅器。(3) Two semiconductor lasers each connected to one end of the fiber as a pump light source. The operating power source is two semiconductor lasers that are alternately switched on and off. 2. The method according to claim 1, wherein current is supplied to the two semiconductor lasers so as to optical amplifier. (4)2つの交互にオンに切替わる半導体レーザのそれぞれに対する動作電流は 定められた周波数でオンおよびオフに切替えられ、それによって変調されるDC 電流である請求項3記載の光増幅器。(4) The operating current for each of the two alternately switched on semiconductor lasers is DC switched on and off at a defined frequency and modulated by it 4. The optical amplifier according to claim 3, wherein the optical amplifier is a current. (5)2つの交互にオンに切替えられる各半導体レーザに対する動作電流は、定 められた周波数で変調されるオンおよびオフに切替えられるDC電流である請求 項3記載の光増幅器。(5) The operating current for each of the two alternately switched on semiconductor lasers is constant. A charge that is a DC current that is switched on and off modulated at a set frequency. The optical amplifier according to item 3.
JP50593492A 1990-12-24 1991-12-19 optical amplifier Pending JPH06500896A (en)

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DE4041760.3 1990-12-24
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007258604A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Toshiba Corp Optical fiber modulating device
JP2017037928A (en) * 2015-08-07 2017-02-16 株式会社フジクラ Fiber laser

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