JPH07301832A - 双方向光増幅器および非線形ループミラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 進行波型半導体レーザ増幅器を用い、その端
面での反射光による悪影響を防止しながら双方向に光信
号を増幅する双方向光増幅器を提供する。さらに、進行
波型半導体レーザ増幅器の非線形効果を利用して光パル
スの分離を行う非線形ループミラーにおいて、進行波型
半導体レーザ増幅器の端面反射による特性劣化を防止す
る。 【構成】 進行波型半導体レーザ増幅器１０の両側にそ
れぞれ偏光子１３、２３およびファラディ回転子１４、
２４を配置し、偏光子１３、２３を通過した直線偏波が
ファラディ回転子１４、２４によりそれぞれ互いに逆方
向に４５度回転して進行波型半導体レーザ増幅器１０に
入射し、進行波型半導体レーザ増幅器１０を通過した光
信号をそれぞれファラディ回転子２４、１４により元の
直線偏波状態に戻して偏光子２３、１３を通過させる。
進行波型半導体レーザ増幅器１０の端面で反射した光
は、偏波状態が異なるので偏光子１３、２３を通過する
ことはできない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光信号処理に利用する。
特に、超高速光パルス信号列の個々の光パルス信号を制
御光パルスにより分離する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】超高速光パルス信号列の個々の光パルス
信号を制御光パルスにより分離する超高速光分離回路
（光ＤＥＭＵＸ）として、 文献１：K.Uchiyama et al., "100Gb/s all-optical de
multiplexing using nonlinear optical loop mirror w
ith gating-width control", Electron.Lett.,29, pp.1
870-1871(1993) には、非線形ループミラー（ＮＯＬＭ：Nonlinear Loop
Mirror ）が提案されている。非線形ループミラーの一
例を図５に示す。

【０００３】非線形ループミラーは、サニャック干渉計
を基本に構成されている。すなわち、入射ポート５１に
入射した光パルス信号を３ｄＢ光ファイバカップラ５２
で分離し、ループ状に接続された光ファイバ５３に互い
に逆方向に伝搬させ、再び３ｄＢ光ファイバカップラ５
２で合波して干渉させる。この状態では、逆方向に伝搬
した光パルス信号間に光路差がないため、干渉した光パ
ルス信号は入射ポート５１から出射される。

【０００４】ここで、光ファイバ５３に光合分波器５４
を設け、光パルス信号とは別の波長をもつ制御光パルス
をループ内に導入し、一方の方向に伝搬する光パルス信
号に重畳する。すると、制御光パルスが光ファイバ５３
の非線形効果による屈折率変化を誘起し、制御光パルス
と同時に伝搬する光パルス信号が屈折率変化を受けるこ
とになる。このため、二つの方向に伝搬した光パルス信
号間に位相差が生じる。この位相差が１８０度となるよ
うに制御光パルスのピークパワーを調整すると、制御光
パルスと時間的に重なり合った部分の光パルス信号だけ
が、入射ポート５１とは別のポート５５から出射する。
これにより超高速光分離を実現できる。

【０００５】図６は非線形効果が光ファイバに比べて桁
違いに大きい進行波型半導体レーザ増幅器６１を使用し
た非線形ループミラーを示す。この構成は、図５に示し
た構成に比べ、光学系、特にループ長を大きく短尺化で
き、超高速光分離動作の安定化が期待できる。この構成
の非線形ループミラーは、図５に示した構成と区別する
ため、ＴＯＡＤ（Terahertz Optical Asymmetric Demul
tiplexer) と呼ばれる。ＴＯＡＤの詳細については、 文献２：J.P.Sokoloff et al., "A terahertz optical
asymmetric demultiplexer(TOAD)",IEEE Photon.Techno
l.Lett.,5, pp.787-790(1993) に示されている。

【０００６】図６に示したＴＯＡＤの動作原理について
説明する。ＴＯＡＤでは、進行波型半導体レーザ増幅器
６１をループの中心より少しずらして配置する。ここ
で、ループの中心をＭとし、進行波型半導体レーザ増幅
器６１が中心ＭからΔＬだけずれているとする。また、
ずれた方向を右側とし、中心Ｍから進行波型半導体レー
ザ増幅器６１へ向かう方向を右回り、逆方向を左回りと
する。

【０００７】ループを右回りに伝搬する光パルス信号に
重畳されるように、光合分波器５４からループ内に制御
光パルスを入射する。制御光パルスと共に進行波型半導
体レーザ増幅器６１に入射する右回りの光パルス信号
は、制御光パルスの立ち上がり時間に比例して（最速立
ち上がり時間はｐｓ程度以下）誘起される非線形効果に
より、屈折率変化を受ける。これに対し、ループを左回
りに伝搬する光パルス信号は、右回りの光パルス信号よ
り２ΔＬ／ｃだけ時間的に先に進行波型半導体レーザ増
幅器６１を通過する。ここでｃはループ中の光速であ
る。このため、制御光パルスにより引き起こされた光非
線形効果による屈折率変化を受けることはない。したが
って、二つの方向の光パルス信号間に位相差が生じ、こ
の位相差が１８０度となるように制御光パルスのピーク
パワーを調整すると、制御光パルスと時間的に重なり合
った部分の光パルスが干渉し、光パルス信号を入射した
入射ポート５１とは別のポート５５から出射される。

【０００８】制御光パルスにより誘起される屈折率変化
は、進行波型半導体レーザ増幅器６１中のキャリア密度
変化に比例する。このため、この屈折率変化は、制御光
パルスが立ち下がった後も、キャリア寿命で決まる時間
τ_c （典型値としてτ_c ＝１００〜３００ｐｓ）にわた
り持続する。すなわち、制御光パルスより時間的に後に
進行波型半導体レーザ増幅器６１に入射した双方向の光
パルス信号は、いずれもτ_c で決まる過渡的な屈折率変
化を受けるが、その時間差２ΔＬ／ｃがτ_c よりも十分
に小さければ、双方向の屈折率変化はほぼ同一となる。
このため、光パルス信号は入射ポート５１から出射され
る。また、制御光パルスより時間的に先に進行波型半導
体レーザ増幅器６１に入射した光パルス信号は、非線形
効果による屈折率変化を受けないため、入射ポート５１
から出射される。

【０００９】したがって、進行波型半導体レーザ増幅器
６１に制御光パルスが入射してから２ΔＬ／ｃで決まる
時間内に存在する光パルス信号だけが、ポート５５から
出射される。２ΔＬ／ｃを時分割多重された光パルス信
号のタイムスロット程度に設定すれば、光パルス信号列
から所望の光パルス信号だけを分離することが可能とな
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＴＯＡＤは、大きな光
非線形効果を有する進行波型半導体レーザ増幅器をルー
プ中に用いているため、光学系が小型化され、超高速光
分離動作の安定化を実現できる。しかし、進行波型半導
体レーザ増幅器に光パルス信号を双方向に伝搬させるた
め、光アイソレータを用いることができず、端面反射の
問題があった。これについて、図７および図８を参照し
て説明する。

【００１１】図７は進行波型半導体レーザ増幅器の一般
的な使用形態を示す。この使用形態では、進行波型半導
体レーザ増幅器７０を二つの光ファイバ７１、７２の間
に配置し、光ファイバ７１と進行波型半導体レーザ増幅
器７０との間には、結合レンズ７３、光アイソレータ７
４および結合レンズ７５を配置する。また、進行波型半
導体レーザ増幅器７０と光ファイバ７２との間には結合
レンズ７６、光アイソレータ７７および結合レンズ７８
を配置する。光アイソレータ７４、７７は、光ファイバ
７１から光ファイバ７２の方向への光伝搬を許容し、逆
方向の光伝搬を阻止する。しかし、このような使用形態
ではＴＯＡＤに利用することはできない。ＴＯＡＤで使
用するには、図８に示すように、光アイソレータ７４、
７７を省いた構成とする必要がある。

【００１２】しかし、光アイソレータを省くと、光パル
ス信号が光部品端面で反射され、逆方向の光パルス信号
に重畳されてしまう。特に進行波型半導体レーザ増幅器
端面での反射減衰量は、反射防止被膜（ＡＲコート）あ
るいは窓構造をとることで−４０ｄＢ程度に抑圧される
が、それでもなお他の光部品の反射減衰量に比べて大き
い。このため、図８に示すように、進行波型半導体レー
ザ増幅器７０の端面で反射した光パルス信号は、進行波
型半導体レーザ増幅器７０内で増幅され、反射された光
パルス信号とは逆方向に伝搬する光パルス信号に重畳さ
れてしまう。これは超高速光分離機能の劣化の原因とな
る。

【００１３】本発明は、このような課題を解決し、端面
反射による劣化のない非線形ループミラーを提供するこ
とを目的とする。本発明はまた、反射光を防止しながら
双方向に光信号を増幅することのできる双方向光増幅器
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点によ
ると、利得に偏波依存性がなく双方向に光増幅が可能な
進行波型半導体レーザ増幅器を備えた双方向光増幅器に
おいて、この進行波型半導体レーザ増幅器を挟んでその
入出射光路上にそれぞれ配置された二つの偏光子と、こ
の二つの偏光子と進行波型半導体レーザ増幅器との間に
それぞれ配置された二つのファラディ回転子とを備え、
二つの偏光子はそれぞれの偏光方向が進行波半導体レー
ザ増幅器のあらかじめ定められた軸に実質的に一致して
配置され、二つのファラディ回転子は互いに逆方向に入
射する光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４５度回転させ
るように配置されたことを特徴とする双方向光増幅器が
提供される。

【００１５】第一の観点では利得に偏波依存性がない進
行波型半導体レーザ増幅器を用いたが、利得に偏波依存
性のある進行波半導体レーザを増幅器を用いる場合に
は、二つの進行波型半導体レーザ増幅器を用い、それぞ
れの利得の大きな偏波面が互いに直交するように縦続に
配置する。すなわち、本発明の第二の観点によると、利
得に偏波依存性がなく双方向に光増幅が可能な光増幅手
段を備えた双方向光増幅器において、光増幅手段は利得
に偏波依存性がある二つの進行波型半導体レーザ増幅器
を縦続に含み、この二つの進行波型半導体レーザ増幅器
を挟んでその入出射光路上にそれぞれ配置された二つの
偏光子と、この二つの偏光子のそれぞれと二つの進行波
型半導体レーザ増幅器との間に配置された二つのファラ
ディ回転子とを備え、二つの進行波型半導体レーザ増幅
器は通過する直線偏波に対してそれぞれの利得の大きな
偏波面が互いに直交するように配置され、二つの偏光子
は、その一方の偏光方向が一方の進行波型半導体レーザ
増幅器における利得の大きな偏波面に対して実質的にあ
らかじめ定められた角度で配置され、その他方の偏光方
向が他方の進行波型半導体レーザ増幅器における利得の
大きな偏波面と直交する偏波面に対して実質的に上記あ
らかじめ定められた角度で配置され、二つのファラディ
回転子は互いに逆方向に入射する光の偏波面を互いに逆
方向にほぼ４５度回転させるように配置された双方向光
増幅器が提供される。

【００１６】二つの偏光子は、その一方の偏光方向が一
方の進行波型半導体レーザ増幅器のＴＥモードの偏波面
に実質的に一致して配置され、その他方の偏光方向が他
方の進行波型半導体レーザ増幅器のＴＭモードの偏波面
に実質的に一致して配置されることが望ましい。

【００１７】二つの進行波型半導体レーザ増幅器はそれ
自身が空間的に互いに直交している必要はなく、例え
ば、二つの進行波型半導体レーザ増幅器をそれぞれのＴ
Ｅモードの電界が互いに平行になるように配置し、その
間に１／２波長板を挿入してもよい。

【００１８】本発明の第三の観点によると、ループ状の
光導波路と、光信号を二つに分岐してこの光導波路に逆
方向に伝搬させた後に再び合波する光学手段と、光導波
路の一方向に制御光を伝搬させる制御光導入手段とを備
え、光導波路には制御光の通過による光非線形効果によ
って屈折率が変化する非線形媒体が挿入され、光学手段
は、光導波路を逆方向に伝搬した二つの光信号に非線形
媒体の屈折率変化によって光路差が生じているときと光
路差が生じていないときとで、その合波光を別々のポー
トに出射する構成である非線形ループミラーにおいて、
光導波路は偏波保持型の光導波路であり、非線形媒体は
利得に偏波依存性がなく双方向に光増幅が可能な進行波
型半導体レーザ増幅器を含み、この進行波型半導体レー
ザ増幅器を挟んで光導波路との間にそれぞれ配置された
二つの偏光子を備え、この二つの偏光子と進行波型半導
体レーザ増幅器との間にそれぞれ配置された二つのファ
ラディ回転子を備え、二つの偏光子は、それぞれの偏光
方向が進行波半導体レーザ増幅器のあらかじめ定められ
た軸に一致し、かつ光導波路の主軸の一方に実質的に一
致して配置され、二つのファラディ回転子は互いに逆方
向に入射する光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４５度回
転させるように配置されたことを特徴とする非線形ルー
プミラーが提供される。

【００１９】本発明の第四の観点によると、ループ状の
光導波路と、光信号を二つに分岐してこの光導波路に逆
方向に伝搬させた後に再び合波する光学手段と、光導波
路の一方向に制御光を伝搬させる制御光導入手段とを備
え、光導波路には制御光の通過による光非線形効果によ
って屈折率が変化する非線形媒体が挿入され、光学手段
は、光導波路を逆方向に伝搬した二つの光信号に非線形
媒体の屈折率変化によって光路差が生じているときと光
路差が生じていないときとで、その合波光を別々のポー
トに出射する構成である非線形ループミラーにおいて、
光導波路は偏波保持型の光導波路であり、非線形媒体は
利得に偏波依存性がある二つの進行波型半導体レーザ増
幅器を縦続に含み、この二つの進行波型半導体レーザ増
幅器を挟んで光導波路との間にそれぞれ配置された二つ
の偏光子を備え、この二つの偏光子のそれぞれと二つの
進行波型半導体レーザ増幅器との間に配置された二つの
ファラディ回転子を備え、二つの進行波型半導体レーザ
増幅器は通過する直線偏波に対してそれぞれの利得の大
きな偏波面が互いに直交するように配置され、二つの偏
光子は、それぞれの偏光方向がその対向する光導波路の
主軸の一方と実質的に一致して配置され、さらに二つの
偏光子は、その一方の偏光方向が一方の進行波型半導体
レーザ増幅器における利得の大きな偏波面に対して実質
的にあらかじめ定められた角度で配置され、その他方の
偏光方向が他方の進行波型半導体レーザ増幅器における
利得の大きな偏波面と直交する偏波面に対して実質的に
上記あらかじめ定められた角度で配置され、二つのファ
ラディ回転子は互いに逆方向に入射する光の偏波面を互
いに逆方向にほぼ４５度回転させるように配置されたこ
とを特徴とする非線形ループミラーが提供される。

【００２０】

【作用】直線偏波状態の入射光を偏光子を介して入射
し、その偏波面をファラディ回転子により４５度回転さ
せて進行波型半導体レーザ増幅器に入射する。進行波型
半導体レーザ増幅器を通過した光は、もうひとつのファ
ラディ回転子によりその偏波面が元に戻り、偏光子を通
過して出射される。逆方向の入射光についても同様であ
る。これに対し進行波型半導体レーザ増幅器の端面で反
射して増幅された光は、入射時と同じファラディ回転子
によりさらに４５度回転する。このため、偏波面が偏光
子に対して９０度傾き、入射側の偏光子を逆方向に通過
することはできない。したがって、進行波型半導体レー
ザ増幅器の反対側から入射した光に重畳されることはな
い。

【００２１】進行波型半導体レーザ増幅器の利得に偏波
依存性がある場合には、二つの進行波型半導体レーザを
用い、それぞれの利得の大きな偏波面が互いに直交する
ように縦続に配置する。これにより、全体として偏波面
依存性を無くすことができる。

【００２２】このような双方向光増幅器を非線形ループ
ミラーに用いると、進行波型半導体レーザ増幅器の端面
での光パルス信号の反射による超高速光分離機能の劣化
を防止することができる。

【００２３】

【実施例】図１は本発明第一実施例の双方向光増幅器を
示すブロック構成図である。この実施例は、利得に偏波
依存性がなく双方向に光増幅が可能な進行波型半導体レ
ーザ増幅器１０を備え、偏波保持光ファイバ１１からの
入射光を増幅して偏波保持光ファイバ２１に、偏波保持
光ファイバ２１からの入射光を増幅して偏波保持光ファ
イバ１１に出射する。さらにこの実施例は、進行波型半
導体レーザ増幅器１０を挟んでその入出射光路上にそれ
ぞれ配置された二つの偏光子１３、２３を備え、この二
つの偏光子１３、２３と進行波型半導体レーザ増幅器１
０との間にそれぞれ配置された二つのファラディ回転子
１４、２４を備え、偏波保持光ファイバ１１と偏光子１
３との間、ファラディ回転子１４と進行波型半導体レー
ザ増幅１０との間、進行波型半導体レーザ増幅１０とフ
ァラディ回転子１４との間、および偏光子２３と偏波保
持光ファイバ２１との間にそれぞれ結合レンズ１２、１
５、２５、２２を備える。進行波型半導体レーザ増幅器
１０と偏波保持光ファイバ１１、２１とは、進行波型半
導体レーザ増幅器１０のＴＥおよびＴＭモードのそれぞ
れ電界と、偏波保持光ファイバ１１、２１の二つの主軸
とが一致するように配置される。二つの偏光子１３、２
３は、それぞれの偏光方向が、偏波保持光ファイバ１
１、２１の主軸の一方に合わせて、互いに実質的に一致
して配置される。二つのファラディ回転子１４、２４は
互いに逆方向に入射する光の偏波面を互いに逆方向にほ
ぼ４５度回転させるように配置される。

【００２４】偏波保持光ファイバ１１から入射した直線
偏波状態の光は、結合レンズ１２によりコリメートされ
て偏光子１３を通過し、ファラディ回転子１４によりそ
の偏波面が元の偏波面に対して４５度回転し、結合レン
ズ１５により収光されて進行波型半導体レーザ増幅器１
０に入射する。また、偏波保持光ファイバ２１から入射
した直線偏波状態の光は、結合レンズ２２によりコリメ
ートされて偏光子２３を通過し、ファラディ回転子２４
によりその偏波面が元の偏波面に対して４５度、ファラ
ディ回転子１４の通過光に対して９０度回転し、結合レ
ンズ２５により収光されて進行波型半導体レーザ増幅器
１０に入射する。したがって、進行波型半導体レーザ増
幅器１０に逆方向に入射した光は、その偏波面が進行波
型半導体レーザ増幅器１０のＴＥあるいはＴＭモードの
電界に対して４５度傾き、互いに直交する直線偏波とな
って伝搬する。

【００２５】偏波保持光ファイバ１１から入射して進行
波型半導体レーザ増幅器１０を通過した光は、結合レン
ズ２５によりコリメートされ、ファラディ回転子２４に
よりその偏波面が元に戻り、偏光子２３を通過し、結合
レンズ２２により収光されて偏波保持光ファイバ２１に
結合する。逆方向に進行波型半導体レーザ増幅器１０を
通過した光は、同様に、結合レンズ１５によりコリメー
トされ、ファラディ回転子１４によりその偏波面が元に
戻り、偏光子１３を通過し、結合レンズ１２により収光
されて偏波保持光ファイバ１１に結合する。

【００２６】次に、進行波型半導体レーザ増幅器１０の
端面での反射光について説明する。結合レンズ１５から
の入射光が進行波型半導体レーザ増幅器１０の入力また
は出力端面で反射された場合、その反射光はファラディ
回転１４を二度通過し、入射時の直線偏波とは直交する
直線偏波となって偏光子１３に戻る。偏光子１３はこの
ような直線偏波は遮断するため、反射光が偏波保持光フ
ァイバ１１に結合することはない。逆方向の入射光に対
する反射についても同様である。

【００２７】この実施例では、進行波型半導体レーザ増
幅器１０として利得に偏波依存性のないものを用いる必
要がある。利得に偏波依存性のあるものを用いると、Ｔ
Ｅ偏波とＴＭ偏波との利得差のために、出射光において
入射光の直線偏波状態を保つことができず、反射光を防
止できなくなる。そのような場合には、二つの進行波型
半導体レーザ増幅器を用い、それぞれの利得の大きな偏
波面が互いに直交するように縦続に配置する。そのよう
な実施例を以下に説明する。

【００２８】図２は本発明第二実施例の双方向光増幅器
を示すブロック構成図である。この実施例は、第一実施
例における進行波型半導体レーザ増幅器１０に代えて、
利得に偏波依存性のある二つの進行波型半導体レーザ増
幅器３１、３２と、これらを結合する結合レンズ３３、
３４とを備える。進行波型半導体レーザ増幅器３１、３
２の利得の偏波依存性は互いに同等であり、それぞれの
ＴＥあるいはＴＭモードの偏波面どうしが直交するよう
に配置され、かつＴＥあるいはＴＭモードの電界が偏光
子１３、２３の偏光方向に対して４５度となるように配
置される。このように配置すると、二つの進行波型半導
体レーザ増幅器３１、３２で全体として利得の偏波依存
性を解消することができる。

【００２９】偏波保持光ファイバ１１から入射した直線
偏波状態の光は、結合レンズ１２によりコリメートされ
て偏光子１３を通過し、ファラディ回転子１４によりそ
の偏波面が元の偏波面に対して４５度回転し、結合レン
ズ１５により収光され、進行波型半導体レーザ増幅器３
１に入射する。このときの偏波面は、進行波型半導体レ
ーザ増幅器３１のＴＥまたはＴＭモード（図２ではＴＥ
とした）の電界に平行である。進行波型半導体レーザ増
幅器３１の出射光は、結合レンズ３３、３４を介して進
行波型半導体レーザ増幅器３２に入射する。このときの
偏波面は、進行波型半導体レーザ増幅器３２のＴＭまた
はＴＥモード（図２ではＴＭとした）の電界に平行であ
る。偏波保持光ファイバ２１から入射した直線偏波状態
の光も同様に、結合レンズ２２、偏光子２３、ファラデ
ィ回転子２４および結合レンズ２５を通過して進行波型
半導体レーザ増幅器３２に入射し、結合レンズ３４、３
３および進行波型半導体レーザ増幅器３１と伝搬する。
したがって、進行波型半導体レーザ増幅器３１、３２に
逆方向に入射した光は、その偏波面が進行波型半導体レ
ーザ増幅器３１、３２のＴＥあるいはＴＭモードの電界
に平行で、かつ互いに直交する直線偏波となって伝搬す
る。

【００３０】偏波保持光ファイバ１１から入射して進行
波型半導体レーザ増幅器３２を通過した光は、ファラデ
ィ回転子２４によりその偏波面が元に戻り、偏光子２３
を通過することができる。逆方向の光もまた、ファラデ
ィ回転子１４によりその偏波面が元に戻り、偏光子１３
を通過することができる。これに対して進行波型半導体
レーザ増幅器３１、３２の端面での反射光は、同一のフ
ァラディ回転子１４または２４を二度通過するため、偏
光子１３または２３により遮られる。

【００３１】以上の説明では進行波型半導体レーザ増幅
器を用いた双方向光増幅器について説明した。このよう
な光増幅器はＴＯＡＤでの利用に適するが、さらに一般
的に、双方向光伝送用の光増幅器としても利用できる。
以下ではＴＯＡＤに利用した例について説明する。

【００３２】図３は第一実施例の双方向光増幅器を用い
た非線形ループミラーを示すブロック構成図である。こ
の非線形ループミラーは、ループ状の偏波保持光ファイ
バ３と、入射ポート１からの光パルス信号を二つに分岐
してこの偏波保持光ファイバ３に逆方向に伝搬させた後
に再び合波する偏波保持光ファイバカップラ２と、偏波
保持光ファイバ３の一方向に制御光パルスを伝搬させる
ための偏波保持型光合分波器４とを備える。偏波保持光
ファイバ３には、制御光パルスの通過による光非線形効
果によって屈折率が変化する進行波型半導体レーザ増幅
器１０が挿入される。偏波保持光ファイバカップラ２
は、偏波保持光ファイバ３を逆方向に伝搬した二つの光
パルス信号に進行波型半導体レーザ増幅器１０内の屈折
率変化によって光路差が生じているときには合波光をポ
ート５に出射し、光路差が生じていないときには合波光
を入射ポート１側に出射する。

【００３３】ループを互いに逆方向に回る光をループ出
射時に効率よく安定に干渉させるために、直線偏波状態
が常に保たれるように、ループが偏波保持光ファイバカ
ップラ２、偏波保持光ファイバ３および偏波保持型光合
分波器４により構成される。また、光パルス信号および
制御光パルスのそれぞれの入出射端にはそれぞれ光アイ
ソレータ６、７、８、９が配置され、光ファイバ端での
不要な反射光がループ内に結合しないようになってい
る。

【００３４】進行波型半導体レーザ増幅器１０は利得に
偏波依存性がなく双方向に光増幅が可能であり、この進
行波型半導体レーザ増幅器１０を挟んで偏波保持光ファ
イバ３との間にそれぞれ配置された二つの偏光子１３、
２３を備え、この二つの偏光子１３、２３と進行波型半
導体レーザ増幅器１０との間にそれぞれ配置された二つ
のファラディ回転子１４、２４を備える。二つの偏光子
１３、２３は、それぞれの偏波方向が偏波保持光ファイ
バ３の主軸の一方に実質的に一致して配置される。二つ
のファラディ回転子１４、２４は、互いに逆方向に入射
する光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４５度回転させる
ように配置される。進行波型半導体レーザ増幅器１０
は、そのＴＥまたはＴＭモードの電界が、偏光子１３、
２３の偏光方向に平行あるいは垂直になるように配置さ
れる。偏波保持光ファイバ３の偏光子１３、２３に向い
た端面は、反射防止のため斜めに研磨される。

【００３５】入射ポート１から入射した直線偏波状態の
光パルス信号は、光アイソレータ６を介して偏波保持光
ファイバカップラ２の一方のポートに入射し、二つに分
岐してそれぞれ偏波保持光ファイバ３を逆方向に伝搬す
る。この逆方向に伝搬した光パルス信号は、それぞれ偏
光子１３、２３を通過し、ファラディ回転子１４、２４
によりそれらの偏波面が元の偏波面に対してそれぞれ逆
方向に４５度回転し、進行波型半導体レーザ増幅器１０
に入射する。したがって、逆方向に伝搬した二つの光パ
ルス信号は、その偏波面が進行波型半導体レーザ増幅器
１０のＴＥあるいはＴＭモードの電界に対して４５度傾
き、互いに直交する直線偏波となって進行波型半導体レ
ーザ増幅器１０を伝搬する。進行波型半導体レーザ増幅
器１０を通過後は、ファラディ回転子２４、１４により
それぞれの偏波面が元に戻り、偏光子２３、１３を通過
することができる。これにより、偏波保持光ファイバカ
ップラ２において、ループを逆方向に回った光パルス信
号が干渉する。

【００３６】これに対して進行波型半導体レーザ増幅器
１０の端面での反射光は、同一のファラディ回転子１４
または２４を２度通過するため、入射時の直線偏光とは
直交する直線偏波となって偏光子１３あるいは２３に戻
り、偏光子１３あるいは２３により遮られて偏波保持光
ファイバ３に結合することができない。したがって、反
射光による超高速光分離機能の劣化を防止できる。

【００３７】図４は非線形ループミラーの別の実施例を
示すブロック構成図である。この例は、双方向光増幅器
の構成が図３に示した例と異なる。この双方向光増幅器
は、ほぼ図２に示したものと同等であるが、同等の二つ
の進行波型半導体レーザ増幅器１０を空間的に互いに９
０度傾けて配置するのではなく、その間に１／２波長板
３５を配置することにより、通過する直線偏光に対して
それぞれの利得の大きな偏波面が互いに直交する構成と
なっていることが異なる。

【００３８】進行波型半導体レーザ増幅器３１、３２は
それぞれ利得に偏波依存性があり、この進行波型半導体
レーザ増幅器３１、３２を挟んで偏波保持光ファイバ３
との間にそれぞれ配置された二つの偏光子１３、２３を
備え、この二つの偏光子１３、２３と進行波型半導体レ
ーザ増幅器３１、３２との間にそれぞれ配置された二つ
のファラディ回転子１４、２４を備える。二つの偏光子
１３、２３は、それぞれの偏光方向がその対向する光導
波路の主軸の一方と実質的に一致して配置され、さらに
二つの偏光子１３、２３は、その一方の偏光方向が二つ
の進行波型半導体レーザ増幅器３１、３２の一方のＴＥ
モードの偏波面に実質的に一致して配置され、その他方
の偏光方向が二つの進行波型半導体レーザ増幅器３１、
３２の他方のＴＭモードの偏波面に実質的に一致して配
置される。二つのファラディ回転子１４、２４は、互い
に逆方向に入射する光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４
５度回転させるように配置される。進行波型半導体レー
ザ増幅器３１、３２はそれぞれのＴＥモードの偏波面が
平行であり、進行波型半導体レーザ増幅器３１、３２の
間でＴＥモードの偏波面とＴＭモードの偏波面とが入れ
替わるように、進行波型半導体レーザ増幅器３１、３２
の間に１／２波長板が配置される。進行波型半導体レー
ザ増幅器３１、３２のそれぞれのＴＥモードの偏波面が
平行であるので、偏光子１３、２３の偏光方向は互いに
直交することになる。偏波保持光ファイバ３の偏光子１
３、２３に向いた端面は、反射防止のため斜めに研磨さ
れる。

【００３９】入射ポート１から入射した直線偏波状態の
光パルス信号は、光アイソレータ６を介して偏波保持光
ファイバカップラ２の一方のポートに入射し、二つに分
岐してそれぞれ偏波保持光ファイバ３を逆方向に伝搬す
る。この逆方向に伝搬した光パルス信号は、それぞれ偏
光子１３、２３を通過し、ファラディ回転子１４、２４
によりそれらの偏波面が元の偏波面に対してそれぞれ逆
方向に４５度回転し、進行波型半導体レーザ増幅器３
１、３２に入射する。

【００４０】偏光子１３側から進行波型半導体レーザ増
幅器３１に入射した光パルス信号は、この進行波型半導
体レーザ増幅器３１を通過した後、１／２波長板３５に
より偏波面が９０度回転し、進行波型半導体レーザ増幅
器３２に入射する。偏光子２３側から進行波型半導体レ
ーザ増幅器３２に入射した光パルス信号もまた、進行波
型半導体レーザ増幅器３２を通過した後、１／２波長板
３５により偏波面が９０度回転し、進行波型半導体レー
ザ増幅器３１に入射する。したがって、双方からの光パ
ルス信号は、その偏波面が進行波型半導体レーザ３１、
３２の一方においてその偏波面がＴＥまたはとＴＭモー
ドの電界に平行となり、互いに直交する直線偏波となっ
て進行波型半導体レーザ増幅器３１、３２を伝搬する。
二つめの進行波型半導体レーザ増幅器３２、３１を通過
した光パルス信号は、ファラディ回転子２４、１４によ
りそれぞれの偏波面が４５度だけ元に戻る。ここで、こ
のときの偏波面は１／２波長板３５により入射時の偏波
面と９０度異なっているが、偏光子１３、２３の偏光方
向が互いに直交しているので、ファラディ回転子２４、
１４を通過した光パルス信号は偏光子２３、１３を通過
することができる。そして、偏波保持光ファイバカップ
ラ２で双方向の光パルス信号が干渉する。

【００４１】これに対して進行波型半導体レーザ増幅器
３１、３２の端面での反射光は、同一のファラディ回転
子１４または２４を２度通過するため、入射時の直線偏
光とは直交する直線偏波となって偏光子１３あるいは２
３に戻り、偏光子１３あるいは２３により遮られて偏波
保持光ファイバ３に結合することができない。したがっ
て、反射光による超高速光分離機能の劣化を防止でき
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の双方向光
増幅器は、進行波型半導体レーザ増幅器の端面における
反射光を遮断して反対側からの光信号が重畳されること
を防止しながら、双方向に光信号を増幅して伝送するこ
とができる。

【００４３】さらに、この双方向光増幅器をループ中に
含むサニャック干渉計型の非線形ループミラーは、進行
波型半導体レーザ増幅器の端面での反射光を防止するこ
とができるので、反射光による劣化のない超高速光分離
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例の双方向光増幅器を示すブロ
ック構成図。

【図２】本発明第二実施例の双方向光増幅器を示すブロ
ック構成図。

【図３】第一実施例の双方向光増幅器を用いた非線形ル
ープミラーの実施例を示すブロック構成図。

【図４】非線形ループミラーの別の実施例を示すブロッ
ク構成図。

【図５】従来例の非線形ループミラーを示す図。

【図６】進行波型半導体レーザを用いた非線形ループミ
ラーの従来例を示す図。

【図７】進行波型半導体レーザ増幅器の一般的な使用形
態を示す図。

【図８】光アイソレータを省いた進行波型半導体レーザ
増幅器の使用形態を示す図。

【符号の説明】

１、５１ 入射ポート ２ 偏波保持光ファイバカップラ ３ 偏波保持光ファイバ ４ 偏波保持型光合分波器 ５、５５ ポート ６〜９、７４、７７ 光アイソレータ １０、７０ 進行波型半導体レーザ増幅器 １１、２１ 偏波保持光ファイバ １３、２３ 偏光子 １４、２４ ファラディ回転子 １２、２２、１５、２５、７３、７５、７６、７８ 結
合レンズ ５２ ３ｄＢ光ファイバカップラ ５３、７１、７２ 光ファイバ ５４ 光合分波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猿渡 正俊 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 利得に偏波依存性がなく双方向に光増幅
   が可能な進行波型半導体レーザ増幅器を備えた双方向光
   増幅器において、 この進行波型半導体レーザ増幅器を挟んでその入出射光
   路上にそれぞれ配置された二つの偏光子と、 この二つの偏光子と上記進行波型半導体レーザ増幅器と
   の間にそれぞれ配置された二つのファラディ回転子とを
   備え、 上記二つの偏光子はそれぞれの偏光方向が上記進行波半
   導体レーザ増幅器のあらかじめ定められた軸に実質的に
   一致して配置され、 上記二つのファラディ回転子は互いに逆方向に入射する
   光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４５度回転させるよう
   に配置されたことを特徴とする双方向光増幅器。
2. 【請求項２】 利得に偏波依存性がなく双方向に光増幅
   が可能な光増幅手段を備えた双方向光増幅器において、 上記光増幅手段は利得に偏波依存性がある二つの進行波
   型半導体レーザ増幅器を縦続に含み、 この二つの進行波型半導体レーザ増幅器を挟んでその入
   出射光路上にそれぞれ配置された二つの偏光子と、 この二つの偏光子のそれぞれと上記二つの進行波型半導
   体レーザ増幅器との間に配置された二つのファラディ回
   転子とを備え、 上記二つの進行波型半導体レーザ増幅器は、通過する直
   線偏波に対してそれぞれの利得の大きな偏波面が互いに
   直交するように配置され、 上記二つの偏光子は、その一方の偏光方向が上記二つの
   進行波型半導体レーザ増幅器の一方における利得の大き
   な偏波面に対して実質的にあらかじめ定められた角度で
   配置され、その他方の偏光方向が上記二つの進行波型半
   導体レーザ増幅器の他方における利得の大きな偏波面と
   直交する偏波面に対して実質的に上記あらかじめ定めら
   れた角度で配置され、 上記二つのファラディ回転子は互いに逆方向に入射する
   光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４５度回転させるよう
   に配置された双方向光増幅器。
3. 【請求項３】 上記二つの偏光子は、その一方の偏光方
   向が上記二つの進行波型半導体レーザ増幅器の一方のＴ
   Ｅモードの偏波面に実質的に一致して配置され、その他
   方の偏光方向が上記二つの進行波型半導体レーザ増幅器
   の他方のＴＭモードの偏波面に実質的に一致して配置さ
   れた請求項２記載の双方向光増幅器。
4. 【請求項４】 上記二つの進行波型半導体レーザ増幅器
   はそれぞれのＴＥモードの電界が互いに平行になるよう
   に配置され、 上記二つの進行波型半導体レーザ増幅器の間に１／２波
   長板が挿入された請求項２または３記載の双方向光増幅
   器。
5. 【請求項５】 ループ状の光導波路と、 光信号を二つに分岐してこの光導波路に逆方向に伝搬さ
   せた後に再び合波する光学手段と、 上記光導波路の一方向に制御光を伝搬させる制御光導入
   手段とを備え、 上記光導波路には上記制御光の通過による光非線形効果
   によって屈折率が変化する非線形媒体が挿入され、 上記光学手段は、上記光導波路を逆方向に伝搬した二つ
   の光信号に上記非線形媒体の屈折率変化によって光路差
   が生じているときと光路差が生じていないときとで、そ
   の合波光を別々のポートに出射する構成である非線形ル
   ープミラーにおいて、 上記光導波路は偏波保持型の光導波路であり、 上記非線形媒体は利得に偏波依存性がなく双方向に光増
   幅が可能な進行波型半導体レーザ増幅器を含み、 この進行波型半導体レーザ増幅器を挟んで上記光導波路
   との間にそれぞれ配置された二つの偏光子を備え、 この二つの偏光子と上記進行波型半導体レーザ増幅器と
   の間にそれぞれ配置された二つのファラディ回転子を備
   え、 上記二つの偏光子は、それぞれの偏光方向が上記進行波
   半導体レーザ増幅器のあらかじめ定められた軸に一致
   し、かつ上記光導波路の主軸の一方に実質的に一致して
   配置され、 上記二つのファラディ回転子は互いに逆方向に入射する
   光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４５度回転させるよう
   に配置されたことを特徴とする非線形ループミラー。
6. 【請求項６】 ループ状の光導波路と、 光信号を二つに分岐してこの光導波路に逆方向に伝搬さ
   せた後に再び合波する光学手段と、 上記光導波路の一方向に制御光を伝搬させる制御光導入
   手段とを備え、 上記光導波路には上記制御光の通過による光非線形効果
   によって屈折率が変化する非線形媒体が挿入され、 上記光学手段は、上記光導波路を逆方向に伝搬した二つ
   の光信号に上記非線形媒体の屈折率変化によって光路差
   が生じているときと光路差が生じていないときとで、そ
   の合波光を別々のポートに出射する構成である非線形ル
   ープミラーにおいて、 上記光導波路は偏波保持型の光導波路であり、 上記非線形媒体は利得に偏波依存性がある二つの進行波
   型半導体レーザ増幅器を縦続に含み、 この二つの進行波型半導体レーザ増幅器を挟んで上記光
   導波路との間にそれぞれ配置された二つの偏光子を備
   え、 この二つの偏光子のそれぞれと上記二つの進行波型半導
   体レーザ増幅器との間に配置された二つのファラディ回
   転子を備え、 上記二つの進行波型半導体レーザ増幅器は通過する直線
   偏波に対してそれぞれの利得の大きな偏波面が互いに直
   交するように配置され、 上記二つの偏光子は、それぞれの偏光方向がその対向す
   る光導波路の主軸の一方と実質的に一致して配置され、 さらに上記二つの偏光子は、その一方の偏光方向が上記
   二つの進行波型半導体レーザ増幅器の一方における利得
   の大きな偏波面に対して実質的にあらかじめ定められた
   角度で配置され、その他方の偏光方向が上記二つの進行
   波型半導体レーザ増幅器の他方における利得の大きな偏
   波面と直交する偏波面に対して実質的に上記あらかじめ
   定められた角度で配置され、 上記二つのファラディ回転子は互いに逆方向に入射する
   光の偏波面を互いに逆方向にほぼ４５度回転させるよう
   に配置されたことを特徴とする非線形ループミラー。