JPH0720512A - 複合光機能部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複合光機能部品で発生する信号光の損失すな
わち減衰の低減を図るともに、複合光機能部品を構成す
る一部品であるところの偏光子の厚みを薄くすることで
コストの低減を図る。 【構成】 偏波方向が互いに直交する第１励起光Ｈ₂ と
第２励起光Ｈ₃ を結合する偏波合成器（偏光ビ−ムスプ
リッタ）３と、励起光と信号波を透過反射する短波長透
過フィルタ２と、短波長透過フィルタ２と信号光出力の
出力する光ファイバ１１との間に設けた光アイソレ−タ
８とを有する複合光機能部品において、光アイソレ−タ
８と短波長透過フィルタ２との間にレンズ１２を設ける
ことにより光アイソレ−タ８を有する光路を収束発散系
とし、それ以外の光路をコリメ−タ系とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信におい
て光信号を低雑音で直接光信号のまま増幅する、光ファ
イバ増幅器等に使用される、短波長透過フィルタ、偏波
合成器、および光アイソレ−タの機能を複合集積化した
複合光機能部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光通信においては、光ファイ
バの損失による光信号の損失を補償するために、一定距
離毎に中継器を挿入している。当初、中継器において
は、光信号をフォトダイオ−ドにより電気信号に変換し
て、電子増幅器により信号を増幅した後、半導体レ−ザ
等により光信号に変換し、光ファイバ伝送路に再び送り
出すという構成を採っていた。

【０００３】それに対して、光信号を低雑音で直接光信
号のまま増幅する光ファイバ増幅器を使用することによ
り、光中継器の設置間隔の延長、増幅器の小型化、経済
化を図ることができた。

【０００４】現在、光通信は光ファイバを使用したネッ
トワ−クが中心で、電話局間を結ぶ基幹回線、企業間を
結ぶ専用回線、国際通信に使用される海底ケ−ブルなど
に実用されている。この光ファイバ通信においては、光
ファイバの損失による光信号の減衰を補うために、約８
０ｋｍの一定距離ごとに上記のような光ファイバ増幅器
を設置している。

【０００５】この光ファイバ増幅器の一例を図５に示
す。図５において、２６は信号入力端、２７は光アイソ
レ−タＢ、２８は増幅用光ファイバ、２９は励起光入力
端、３０は信号光出力端、３１は光アイソレ−タＡ、３
２は偏波合成器、３３は励起光を透過し信号波を反射す
る短波長透過フィルタ、ｈ₆ は信号光、ｈ₇ は第１励起
光、ｈ₈ は第２励起光、ｈ₉ は励起光、ｌは複合化対象
である。信号入力端２６からの信号光ｈ₆ は、光アイソ
レ−タＢ２７を通して、増幅用光ファイバ２８に導入さ
れる。一方、励起光入力端２９からの偏波方向が互いに
直交する第１励起光ｈ₇ および第２励起光ｈ₈ は、偏波
合成器３２により結合されて同一光軸上に出射され、短
波長透過フィルタ３３を透過して、増幅用光ファイバ２
８に導入される。したがって、増幅用ファイバ２８にお
いて、信号光ｈ₆ と励起光ｈ₉ とが入射されて、増幅作
用が行われ、増幅された信号光ｈ₆ は、短波長透過フィ
ルタ３３によって反射された後、光アイソレ−タＡ３１
を経て、信号光出力端３０から増幅された光出力として
出力される。

【０００６】ところで、光ファイバ増幅器における、短
波長透過フィルタ３３、偏波合成器３２、および光アイ
ソレ−タＡ３１の３つの部品は独立に設置され、光ファ
イバの融着によって各々を接続していた。しかし、光フ
ァイバ増幅器は海底に設置するという必要性もあり、設
置作業ならびに設置条件には限度があり、装置の大型化
は問題である。また、部品の接続における光信号の損失
すなわち減衰の劣化についても問題となっている。

【０００７】そこで、装置の小型化と光信号の損失すな
わち減衰の低減のために、光ファイバ増幅器の内部にお
いて上記した短波長透過フィルタ３３、偏波合成器３
２、および光アイソレ−タＡ３１の３つの部品を複合集
積化した、複合光機能部品が使用されている。

【０００８】図２に従来の複合光機能部品の概略構成を
示す。図２において、１４は光ファイバ、１５は短波長
透過フィルタ、１６は偏波合成器、１７、１８は光ファ
イバ、１９、２０はレンズ、２１は光アイソレ−タ、２
２は偏光子、２３はレンズ、２４は光ファイバ、２５は
レンズ、ｈ₁ は信号光、ｈ₂ は第１励起光、ｈ₃ は第２
励起光、ｈ₄ は励起光、ｈ₅ は戻り光、ａ₁ 、ａ₂ 、ａ
₃ 、およびａ₄ は光学系である。この構成における光学
系については、全て収束発散系となっている。

【０００９】収束発散系について、図３（ａ）（ｂ）
（ｃ）を用いて説明する。図３において、ｃ₁ 、ｃ₂ 、
はレンズ、ｔ₁ 、ｔ₂ 、ｔ₃ は入射光、ｒ₁ 、ｒ₂ ，ｒ
₃ は光の方向、ｌ₁ 、ｌ₂ 、ｌ₃ は光路長、ｍ₁ 、
ｍ₂ 、ｍ₃ は焦点長、ｄ₁ 、ｄ₂ 、ｄ₃ はファイバへの
入射角度である。図３（ａ）が収束発散系の最適を示
す。図３（ｂ）に示すように、光路長がｌ₁ ＜ｌ₂ とな
ると、焦点長はｍ₁ ＞ｍ₂ となり、ファイバへの入射角
度ｄ₂ が大きくなり、像が小さくなるため、出射光の損
失が増加する。図３（ｃ）に示すように、光路長がｌ₁
＞ｌ₃ となると、焦点長はｍ₁ ＜ｍ₃ となり、ファイバ
への入射角度ｄ₃ は小さくなり、像が大きくなるため、
出射光の損失は増加する。

【００１０】それに対して、光学系には光源をレンズの
焦点位置に配置したコリメ−ト系があるが、このコリメ
−ト系について、図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
図４において、Ｃ₁ 、Ｃ₂ はレンズ、Ｔ₁ 、Ｔ₂ は入射
光、Ｒ₁ 、Ｒ₂ は光の方向、Ｌ₁ 、Ｌ₂ は光路長、
Ｍ₁ 、Ｍ₂ は焦点長、Ｄ₁ 、Ｄ₂ はファイバへの入射角
度である。光路長Ｌ₁ 、Ｌ₂ が異なっても、焦点長
Ｍ₁ 、Ｍ₂ は等しいので、ファイバへの入射角度Ｄ₁ 、
Ｄ₂ は等しく、出射光の損失は変化しない。

【００１１】次に、図２の複合光機能部品の動作を説明
する。信号光ｈ₁ は、光ファイバ１４から出射され、短
波長透過フィルタ１５で反射され、光アイソレ−タ２１
に入射される。一方、第１励起光ｈ₂ 、第２励起光ｈ₃
は、各々光ファイバ１７，１８から出射され、偏波合成
器１６により結合され同一光軸上に出射され、短波長透
過フィルタ１５を透過して光学系ａ₁ に入射される。信
号光ｈ₁ は、光アイソレ−タ２１内で１度焦点を結ぶよ
うに、光アイソレ−タ２１に導入され、光ファイバ２４
に結合し、出力される。

【００１２】その一方で、光ファイバ２４から出射され
た戻り光ｈ₅ は、光アイソレ−タ２１の内部に設けられ
た偏光子２２によって、光アイソレ−タ２１による減衰
を補償され、光ファイバ１４に入射するので、損失が発
生する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバ増幅
器における複合光機能部品は，上記のように構成されて
いるが、以下のような問題点があった。

【００１４】（１）光学系は全て収束発散系であるた
め、上記したように各々特有の光信号の損失、すなわち
減衰を生じる。

【００１５】（２）戻り光ｈ₅ の結合位置すなわち焦点
は、光ファイバ１４の先端中心から半径方向にｓ／ｍの
ところである。（ｓ：光アイソレ−タ２１内の戻り光の
入力光に対する焦点の移動距離、ｍ：光路の倍率）。焦
点の移動距離ｓは偏光子２２の厚さに比例し、光路の倍
率はその光路における物体に対する像の大きさの比率を
表わす。この焦点が光ファイバ１４の先端中心から遠い
ほど、損失が大きい。

【００１６】（３）戻り光ｈ₅ の光アイソレ−タ２１の
部分における減衰を補うために、光アイソレ−タ２１内
部に設けた偏光子２２を厚くする必要がある。偏光子２
２は高価な材料を必要とするため、光ファイバ増幅器全
体のコストの低減を妨げる。

【００１７】本発明は、上記のような問題点を解決する
ために創案されたものであり、光の損失を低減するとと
もにコストを低減することができる複合光機能部品を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、偏波方向が互いに直交する第１励起光
と第２励起光を結合する偏波合成器（偏光ビ−ムスプリ
ッタ）と、励起光と信号光を各々透過、反射する短波長
透過フィルタと、短波長透過フィルタと信号光出力ファ
イバとの間に設けた光アイソレ−タを有する複合光機能
部品において、 （１）光アイソレ−タと短波長透過フィルタとの間にレ
ンズを設ける。

【００１９】（２）信号光出力端側の光アイソレ−タを
光路にもつ部分は収束発散系とし、それ以外の光路はコ
リメ−タ光学系とする。

【００２０】ことを特徴としている。

【００２１】

【作用】光ファイバから出射された信号光は、コリメ−
ト光学系でコリメ−トされ、短波長透過フィルタで反射
される。一方で、第１励起光と第２励起光は、コリメ−
ト光学系でコリメ−トされ、偏波合成器で合成された
後、短波長透過フィルタに導入される。そして、信号光
は光アイソレ−タと短波長透過フィルタとの間に設けら
れたレンズを通ることにより収束した後、光アイソレ−
タを介して、光ファイバに結合し、出力される。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。

【００２３】図１に、本発明の複合光機能部品の概略構
成を示す。図１において、１は光ファイバ、２は短波長
透過フィルタ、３は偏波合成器、４、５は光ファイバ、
６、７はレンズ、８は光アイソレ−タ、９は偏光子、１
０はレンズ、１１は光ファイバ、１２、１３はレンズ、
Ｈ₁ は信号光、Ｈ₂ は第１励起光、Ｈ₃ は第２励起光、
Ｈ₄ は励起光、Ｈ₅ は戻り光、Ａ₁ 、Ａ₂ 、Ａ₃ 、およ
びＡ₄ は光学系である。 次に、図１の複合光機能部品
の動作を説明する。光ファイバ１から出射された信号光
Ｈ₁ は、レンズ１３を設けた光学系Ａ₁ でコリメ−トさ
れ、短波長透過フィルタ１５で反射された後、光アイソ
レ−タ８に入射する。

【００２４】一方、第１励起光Ｈ₂ 、第２励起光Ｈ
₃ は、各々光ファイバ４、５から出射され、光学系
Ａ₃ 、Ａ₄ でコリメ−トされた後、偏波合成器３により
結合されて、同一光軸上に出射される。偏成合成器３か
ら出射された励起光Ｈ₄ は、短波長透過フィルタ２を透
過して光学系Ａ₁ に入射される。レンズ１２と光学系Ａ
₂ との間においては、図３で説明したような収束発散系
で、レンズ１２を通り、光アイソレ−タ８内で一度焦点
を結ぶように、光アイソレ−タ８に信号光Ｈ₁ が導入さ
れ、光ファイバ１１に結合する。

【００２５】また、光ファイバ１１から出射した戻り光
Ｈ₅ は、光学系Ａ₂ からレンズ１２を通り，レンズ１３
を設けた光学系Ａ₁ に収束され、光ファイバ１の先端中
心から、半径方向ｓ／ｍの位置で結合する（ｓ：光アイ
ソレ−タ８内の戻り光の入力光に対する焦点の移動距
離、ｍ：光路の倍率）。光アイソレ−タ８内の焦点の移
動距離ｓは偏光子９の厚さに比例し、光路の倍率はその
光路における、物体に対する像の大きさの比率を表わ
す。レンズ１３による焦点が、光ファイバ１の先端中心
から遠いほど、損失が大きい。ここで、従来の構成に対
して、光学系Ａ₁ とレンズ１２の間を、コリメ−ト系と
したことで、光アイソレ−タ８による減衰を補償するた
めの偏光子９は薄くすることができ、さらに光路の倍率
は減少するので、戻り光Ｈ₅ の結合が減少し、損失は増
加する。

【００２６】

【発明の効果】本発明の複合光機能部品は、上記のよう
に構成されており、以下の効果を奏する。

【００２７】（１）収束発散系で発生していた損失すな
わち減衰を低減することができる。 （２）光アイソレ−タ８によるアイソレ−ションを補償
するための偏光子９の厚みを薄くすることができ、コス
トの低減を図ることができる。

【００２８】（３）同じ厚さの偏光子９を用いて、アイ
ソレ−ション能力の優れた光ファイバ増幅器を得ること
ができる。

【００２９】（４）偏光子９の厚さを薄くすることがで
き、戻り光Ｈ₅ の結合が減少するため、複合光機能部品
で発生する損失、すなわち減衰が増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を含んだ光ファイバ増幅器の概略
構成を示す図である。

【図２】従来の複合光機能部品を含んだ光ファイバ増幅
器の概略構成を示す図である。

【図３】収束発散系における光路長さと焦点距離の関係
を示す図である。

【図４】コリメ−ト系における光路長さと焦点距離の関
係を示す図である。

【図５】光ファイバ増幅器の一例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏波方向が互いに直交する第１励起光と
   第２励起光を結合する偏波合成器（偏光ビ−ムスプリッ
   タ）と、励起光を透過し信号波を反射する短波長透過フ
   ィルタと、短波長透過フィルタと信号光出力用光ファイ
   バとの間に設けた光アイソレ−タとを有する複合光機能
   部品において、光アイソレ−タと短波長透過フィルタと
   の間にレンズを設けることにより光アイソレ−タを有す
   る光路を収束発散系とし、それ以外の光路をコリメ−タ
   系としたことを特徴とする複合光機能部品。