JPH08184864A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JPH08184864A JP7172967A JP17296795A JPH08184864A JP H08184864 A JPH08184864 A JP H08184864A JP 7172967 A JP7172967 A JP 7172967A JP 17296795 A JP17296795 A JP 17296795A JP H08184864 A JPH08184864 A JP H08184864A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高い性能を有し、かつノイズが少
なく、ダイクロイック結合デバイスを必要としない光増
幅器を提供するものである。 【構成】 増幅器（１）は、利得クランプ型半導体増幅
器（４）及び、その前後に各々配置された二つのアクテ
ィブファイバー増幅器またはアクティブ導波路増幅器
（２、３）で構成される。誘導放出の条件下では、前記
半導体増幅器（４）は、二つのアクティブファイバー増
幅器またはアクティブ導波路増幅器（２、３）に対して
ポンプ放射として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムに関す
るものであり、特に、光通信システムにて使用される光
増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムでは、通常、二つの型の
光増幅器、すなわち、半導体増幅器またはアクティブ光
ファイバー（またはアクティブ光導波路）増幅器、が使
用されている。半導体増幅器は、その構造が本質的には
レーザーに似ているデバイスであり、誘導放出の閾値以
下ではレーザー発振の開始を防ぎ、閾値以上では透明と
なって増幅器を構成する活性物質の増幅特性が利用でき
るようにバイアスを印加されている。半導体増幅器の問
題点は、波長分割多重方式通信システムでの使用の妨げ
となる比較的高い相互変調レベルを有することである。
ファイバー増幅器は、アクティブ光ファイバー（または
アクティブ光集積導波路）、すなわち、遠距離通信分野
で関心を持たれている分光放出バンド（spectroscopic
emission band)を有するイオンをコアに添加したファイ
バーまたは導波路、の長さを利用するものである。特
に、ネオジムまたはプラセオジム（いわゆる第二の窓
（second window)では約１．３μm 付近でシステムが操
作される）及びエルビウム（第３の窓（third window)
では、約１．５５μm ）のような希土類イオンをコアに
添加したファイバーまたは導波路が利用される。増幅
は、増幅される信号の波長とは異なる適切な波長のポン
プ放射を、コアに加えることによって得られる。これら
の増幅器を使用する際に遭遇する主な問題は、増幅され
る信号及びポンプ信号をファイバーあるいは導波路内に
送り込むために、ダイクロイック結合器を使用しなけれ
ばならないことであり、前述の結合器は集積が困難であ
る上にかなり高価なものである。さらに、活性媒体の蛍
光時間に依存する増幅器のオン・オフ時間が、比較的長
いことも挙げられる（エルビウムの場合はミリ秒のオー
ダーである）。
【０００３】また、最近では、低い相互変調レベルを有
する半導体増幅器が提案されており、波長分割多重方式
システムと共に有効に利用することができる。この種の
増幅器は、G.Soulage 等による「広ダイナミックレンジ
オプティカルゲートとしての利得クランプ進行波型半導
体光増幅器」２５〜２９頁、ＥＣＯＣ’９４会議、フィ
レンツェ、イタリア、１９９４年９月、に記載されてい
る。このデバイスは、実質的に分布帰還型レーザーダイ
オードからなり、前記レーザーダイオードは、誘導放出
の条件下では第３の窓での波長の増幅が可能なものであ
る。このデバイスは、（ブラッグ波長以外の波長におけ
る）入力信号のパワーに対して広い範囲で一定で、かつ
入力信号の偏光に依存しない利得を示す。また、このデ
バイスは、レーザーの効果により放出されるパワーを利
用しておらず、さらに、全ての半導体増幅器と同様、比
較的ノイズが多いという欠点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い性能を
有し、かつノイズが少なく、ダイクロイック結合デバイ
スを必要としない光増幅器を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の増幅器は、第一
アクティブ光導波路増幅器からなる入力ステージ、第二
アクティブ光導波路増幅器からなる出力ステージ、及び
半導体増幅器からなる中間ステージであって、前記半導
体増幅器は、利得をクランピングするための手段と相関
しており、増幅する光信号の波長とは異なる波長を有し
かつアクティブ光導波路増幅器のポンプバンドと同じバ
ンド内にある放射を放出することが可能であり、放出条
件をもたらす電流によりバイアスを印加されており、誘
導放出によって放出される放射をポンプ放射として送り
込むように入力及び出力ステージを形成する光導波路に
連結している、前記中間ステージからなる増幅器であ
る。利得のクランピングは、半導体増幅器内に設けられ
た格子（grating)（これは、実質的には分布帰還型レー
ザーである）、あるいは、半導体増幅器の相対する側に
接続され、半導体増幅器の誘導放出波長における放射を
一部反射する二つの光ファイバー格子により得られる。
【０００６】本発明は、上述の要求を満足するものであ
る。利得クランプ型の増幅器は、ダイクロイック結合器
よりも安価であり、ポンプ放射源として使用すれば、構
造は単純かつ簡素なものになる。さらに、半導体増幅器
により生じるノイズは、入力ステージ（ファイバーまた
は集積光増幅器からなり、それ自体はさほどノイズは多
くない）での増幅が完了した信号に加えられるため、ノ
イズの影響は低減される。また、スイッチオフ特性も活
性媒体の蛍光時間には依存しないようになり、電流によ
り制御される半導体増幅器では、スイッチオフ時間はさ
らに短くなる（ナノ秒のオーダー）。さらに、半導体増
幅器の利得は入力パワーの広い範囲で実質的に一定であ
る一方、増幅器のポンプ放射の入力／出力強度（すなわ
ち、半導体増幅器の放出強度）は半導体増幅器に到達す
る放射の強度に反比例するように実質的に変化するた
め、増幅器の出力パワーは実質的に一定である。
【０００７】以下、本発明をさらに明確にするため、図
面を参照する。図１は、本発明の増幅器である。破線１
により示された部分は、入力ステージ２及び出力ステー
ジ３、及び中間ステージ４からなる。入力ステージ及び
出力ステージには、希土類金属イオン（特に、増幅され
る信号が第３の窓の範囲内の波長を有する場合にはＥｒ
イオン、増幅される信号が第２の窓の範囲内の波長を有
する場合にはＮｄまたはＰｒイオン）を添加した光ファ
イバー部で構成されたものを例示している。中間ステー
ジ４は、利得クランプ型の半導体増幅器からなり、増幅
器２及び３を構成しているファイバーに接続している。
半導体増幅器４は、レーザーの放出条件をもたらす電流
によりバイアスを印加されており、その結果、増幅器２
及び３に対してポンプ放射源として作用する。増幅器２
は、増幅される信号に対して逆方向に励起され、一方増
幅器３では信号とポンプ放射は同方向に伝播する。増幅
器２及び３を構成しているファイバーは、全くの従来の
方法で増幅器４に接続されている。光入力及び出力絶縁
器（insulator)５、６により、増幅器１は、増幅される
信号及び増幅された信号をそれぞれ伝達する二つのファ
イバー部７、８に接続している。
【０００８】利得クランプ型半導体増幅器４は、例え
ば、図２に示したG.Soulage 等の論文中に記載されてい
るような増幅器でも構わない。増幅器４は、実質的には
分布帰還型半導体レーザーであり、光フィードバックは
格子９によって得られる。劈開端ミラー(terminal face
t)には、ファブリ−ペロー共振を抑制するために反射防
止コーティング１０が施されている。レファレンス１
１、１２は、バイアス電流源に接続する電極及び導線を
表している。具体例より、増幅される信号が第３の窓の
範囲内の波長（１．５５μm ）を有する場合を考える
と、増幅器２、３にはエルビウムを添加したファイバー
を使用し、増幅器４を、例えば１．５３μm 〜１．５６
μm の波長を有する信号を増幅し、かつエルビウムのポ
ンプバンドの範囲内の放射（１．４８μm ）を放出する
ように設計すればよい。所望の値が得られるように格子
を設計することは、当業者には容易なことである。
【０００９】上述の装備では、増幅される信号（例え
ば、波長分割多重信号）が連続して３回増幅されるた
め、優れた性能が得られる。入力及び半導体増幅器に対
しては１０ｄＢオーダーの値、出力増幅器に対しては５
ｄＢオーダーの値が容易に得られる。上述の通り、半導
体増幅器４は、入力パワーに依存しない実質的に一定の
利得を有する。これに反し、レーザーの作用に起因して
放出されるパワー、すなわち、ファイバー増幅器のポン
プパワーは、入力パワーが増加すると減少するため、フ
ァイバー増幅器の利得を減少させる。しかしながら、出
力パワー全体としては実質的に一定を保っている。ファ
イバー増幅器で上述のような増幅値を得るためには、フ
ァイバーの長さは約１０メートルのオーダーで十分であ
る。したがって、絶縁器を含むデバイスは、縮小サイズ
のモジュール（各辺とも数センチメートル）に装備する
ことが可能である。
【００１０】図３に示された具体例では、利得クランプ
型半導体増幅器４は、一対の光ファイバー格子２０、３
０に接続した従来の半導体増幅器４０からなる。前記光
ファイバー格子は、増幅器４０により放出される波長
（例えば、１．４８μm ）を一部反射し、それによって
共振器効果（cavity effect)を奏することができるもの
である。増幅器４０により放出される放射の一部によっ
て光ファイバー増幅器２、３を励起するため、反射はあ
くまでも一部でなければならない。格子２０、３０は、
図に示してあるようにファイバー２、３の端部に形成し
てもよいし、または、ファイバー２、３に接続させた従
来のファイバーの部分に形成しても構わない。
【００１１】以上、本発明を記載してきたが、本発明は
上述の具体例に限定されるものではない。特許請求の範
囲から外れることのない様々な例も実施可能である。特
に、入力及び出力ステージは、アクティブ型の集積光導
波路で構成しても構わない。これらも、また、半導体増
幅器に容易に接続できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の増幅器の構成図。
【図２】利得クランプ型半導体増幅器の概要図。
【図３】応用具体例の構成図。
【符号の説明】
１・・・増幅器 ２・・・入力ステージ（増幅器） ３・・・出力ステージ（増幅器） ４・・・中間ステージ（増幅器） ５・・・光入力絶縁器 ６・・・光出力絶縁器 ７、８・・・ファイバー ９・・・格子 １０・・・反射防止コーティング １１・・・電極 １２・・・導線 ２０、３０・・・光ファイバー格子 ４０・・・半導体増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エンツオ・フオテイ イタリー国、シ・エツセオ・セバストポリ 306／２ (72)発明者 ルチアノ・ネツビア イタリー国トリノ、ヴイア・モンテ・オル チガラ 41 (72)発明者 ステフアノ・サンドリ イタリー国トリノ、ピー・ツエーツア・マ ツサウア７

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第一アクティブ光導波路増幅器からなる入
    力ステージ（２）、 第二アクティブ光導波路増幅器からなる出力ステージ
    （３）、 及び利得をクランピングするための手段（９または２
    ０、３０）と相関し、誘導放出により、増幅する光信号
    の波長以外でアクティブ導波路増幅器のポンプバンドに
    位置する波長での放射を放出することが可能であり、放
    出条件をもたらす電流によりバイアスを印加されてお
    り、誘導放出によって放出される放射をポンプ放射とし
    て送り込むように入力及び出力ステージ（２、３）を形
    成する導波路に連結している半導体増幅器からなる中間
    ステージ（４または２０、３０、４０）からなることを
    特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項２】 利得をクランピングするための手段が、
    半導体増幅器（４）内に設けられた格子（９）からなる
    ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  3. 【請求項３】 利得をクランピングするための手段が、
    半導体増幅器（４０）に接続され、誘導放出によって半
    導体増幅器（４０）から放出される放射を一部反射する
    ように配置された、一対の光ファイバー格子（２０、３
    ０）からなることを特徴とする請求項１に記載の光増幅
    器。
  4. 【請求項４】 光ファイバー格子（２０、３０）が、入
    力及び出力ステージ（２、３）を形成するアクティブ光
    ファイバーの端部内に設けられることを特徴とする請求
    項３に記載の光増幅器。
  5. 【請求項５】 光増幅器が、増幅される信号及び増幅さ
    れた信号をそれぞれ伝達する光伝送線（７、８）と入力
    及び出力ステージ（２、３）を接続するための入力絶縁
    器（５）及び出力絶縁器（６）を含むことを特徴とする
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の光増幅器。
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