JPH10223960A - 光ファイバ増幅器用集積モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間にわたって信号光の増幅を安定して行
える小型の光ファイバ増幅器用集積モジュールを提供す
る。 【解決手段】 希土類元素ドープ光ファイバに励起光を
導入し、該希土類元素ドープ光ファイバで増幅された信
号光を透過させる光ファイバ増幅器用集積モジュールに
おいて、同一パッケージ内に励起光源、励起光源モニタ
ー、ＷＤＭフィルター、光アイソレータ、ビームスプリ
ッター及び信号光出力モニターの各光学素子を配置して
なり、かつこれらの光学素子全部を冷却する電子冷却素
子を具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信の中継増幅
器やブースターアンプ、プレアンプに用いられる光ファ
イバ増幅器用集積モジュールに関するものであり、より
詳しくは、エルビウム等の希土類元素をドープした光フ
ァイバに励起光を導入し、該希土類元素ドープ光ファイ
バで増幅された信号光を透過させる光ファイバ増幅器用
集積モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの伝送損失等による信号光の
減衰を補うための中継増幅器やブースターアンプ、プレ
アンプとして、信号光を直接増幅することができる光増
幅器の開発が進められている。特に増幅媒体としてエル
ビウム等の希土類ドープファイバを用いた光ファイバ増
幅器は、ＯＥ（光−電気）変換増幅器に比べ格段に性能
がよいものが非常に小さくできる上、偏波依存性が小さ
く、低雑音であることから光ファイバ通信の分野で注目
されている。

【０００３】かかる光ファイバ増幅器は、信号光を増幅
するための希土類元素ドープ光ファイバ、該希土類元素
ドープ光ファイバを励起状態とするための励起光を発生
する励起光源、戻り光を防止する光アイソレータ、励起
光や信号光をモニターする２〜３個のモニターフォトダ
イオード、励起光や信号光を所望の方向に分岐、反射、
又は透過させるビームスプリッタやフィルタ等の光学素
子からなる。

【０００４】従来の光ファイバ増幅器は、図４に示す様
に、主要構成部品である励起光源、光アイソレータ等の
光学素子がそれぞれ別個にパッケージングされ、それら
が集まってひとつの光ファイバ増幅器となっていた。図
５に示す様な、同一パッケージ内に主要な光学素子を配
置してなる光ファイバ増幅器用集積モジュールも知られ
ており、この場合、主な発熱源である励起光源の周辺部
が電子冷却素子で温度制御される構造となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す様な光ファ
イバ増幅器は、パッケージングされた主要構成部品を基
板上に搭載して各部品間を光ファイバで接続して組み立
てる。部品間の相対的位置関係はさほど厳密に決める必
要がないので組立が容易だが、増幅器本体の大きさが各
構成部品のパッケージサイズから制約を受け、小型化が
困難であった。

【０００６】一方、図５の様な集積モジュールは、各光
学素子間の位置関係は精密に規定されており、組立は容
易でないが大幅な小型化が可能である。しかし、この様
な集積モジュールは、使用時の光学素子の特性が安定せ
ず、光ファイバ増幅器全体としても安定的に信号光を増
幅するのが困難で、未だ実用化には至っていない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、各光学素子を同一パ
ッケージ内に配置した上で、主たる発熱源である励起光
源以外の光学素子も含めてパッケージ内の光学素子全部
を冷却する構造を採用したところ、信号光の増幅を安定
的に行えることを見出し、本発明に到達した。

【０００８】即ち、本発明の要旨は、希土類元素ドープ
光ファイバに励起光を導入し、該希土類元素ドープ光フ
ァイバで増幅された信号光を透過させる光ファイバ増幅
器用集積モジュールにおいて、同一パッケージ内に励起
光源、励起光源モニター、ＷＤＭフィルター、光アイソ
レータ、ビームスプリッタ及び信号光出力モニターの各
光学素子を配置してなり、かつこれらの光学素子全部を
冷却する電子冷却素子を具備することを特徴とする光フ
ァイバ増幅器用集積モジュールに存する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明の光ファイバ増幅器用集積モジュールは、希
土類元素ドープ光ファイバに励起光を導入し、該希土類
元素ドープ光ファイバで増幅された信号光を透過させる
光ファイバ増幅器用集積モジュールである。光の増幅の
ために光ファイバにドープされる希土類元素としては、
エルビウム、ネオジム等が知られているが、現在長距離
光ファイバ通信の主力波長である１５５０ｎｍ近傍の信
号光を増幅するには、エルビウムドープ光ファイバ増幅
器が実用化されている。

【００１０】図１は、本発明の光ファイバ増幅器用集積
モジュールの一例の内部の上面説明図である。図１に示
す様に、本発明モジュールは、同一パッケージ内に励起
光源、励起光源モニター、ＷＤＭフィルター、光アイソ
レータ、ビームスプリッター及び信号光出力モニターの
各光学素子を配置してなる。励起光源は、希土類元素ド
ープ光ファイバを励起状態とする波長のレーザ光を発生
する光源であればよく、エルビウムドープ光ファイバ用
には、波長９８０ｎｍ近傍のＩｎＧａＡｓ系歪超格子半
導体レーザ、波長１４８０ｎｍ近傍のＩｎＧａＡｓＰ系
半導体レーザ又は波長８００ｎｍ近傍のＡｌＧａＡｓ系
半導体レーザが用いられる。

【００１１】励起光源モニターは、励起光源の光出力を
監視、制御する受光素子であり、ＰＩＮフォトダイオー
ド、アバランシェ・フォトダイオード等のフォトダイオ
ードが用いられる。アバランシェ・フォトダイオードは
感度や応答速度に優れるが、安定性と動作電圧が低いこ
とから、特に高感度を必要としない場合にはＰＩＮフォ
トダイオードが用いられる。材料としては、励起光源波
長が８００ｎｍならＳｉ、９８０ｎｍならＳｉまたはＩ
ｎＧａＡｓ、１４８０ｎｍならＧｅまたはＩｎＧａＡｓ
が用いられる。

【００１２】ＷＤＭフィルターは、励起光源からの励起
光を希土類元素ドープ光ファイバに導入し、該希土類元
素ドープ光ファイバ内で励起された信号光は出力側に進
行させる。ＷＤＭフィルターは、特定波長の光を反射し
他の特定波長の光を透過させるフィルターであり、通
常、誘電体膜を単層又は多層に蒸着してなるガラスが用
いられる。通常、図１の様に信号光を直進させ、励起光
を信号光光路の９０°方向から導入する構成を採るの
で、励起光を反射して希土類元素ドープ光ファイバに導
入し、信号光を透過する材料からなるＷＤＭフィルター
が用いられる。

【００１３】ＷＤＭフィルターを通過した信号光は、光
アイソレータに導入される。光アイソレータは、信号光
を順方向にのみ通過させ、逆方向の戻り光を遮断して戻
り光による雑音の増加等の不具合を防止する素子であ
り、レーザ光の偏光面を回転させるファラデー回転子と
複屈折結晶板の組み合わせ等が用いられる。光アイソレ
ータを通過した信号光は、ビームスプリッタで分岐さ
れ、大部分出力側に通過し、一部が信号光出力モニター
に導入される。ビームスプリッタとしては、ＴＡＰフィ
ルターまたはプリズム等が用いられる。

【００１４】信号光出力モニターは、先出の励起光源モ
ニターと同様、信号光の光出力を監視、制御する受光素
子であり、信号光の波長に応じて適宜選択すればよい。
１５５０ｎｍの場合、ＧｅまたはＩｎＧａＡｓが用いら
れる。このほかに出力側の光ファイバが断線する等の異
常が発生した場合、信号光がモジュールに戻ってくる
が、これをモニターするため、上記信号光出力モニター
と同様の材料からなる出力端反射モニターを配置するの
が好ましい。出力端反射モニターを用いる場合、ビーム
スプリッタがプリズムであると、図１に示す様に、信号
光出力モニターと出力端反射モニターとをプリズムの一
方の側にまとめて配置することができるので、図３に示
すビームスプリッタがＴＡＰフィルターである場合と比
べて一層の小型化が可能となり、好ましい。

【００１５】電子冷却素子は、ペルチェ効果を利用した
冷却素子であり、精密な温度制御が可能である。本発明
集積モジュールは、励起光源、励起光源モニター、ＷＤ
Ｍフィルター、光アイソレータ、ビームスプリッター及
び信号光出力モニター、更に、出力端反射モニターを有
する場合はそれも含めてパッケージ内の光学素子全部を
電子冷却素子で冷却することを特徴とする。

【００１６】図５に示す様な従来の集積モジュールで
は、励起光源周辺のみが冷却されていた。これは、励起
光源が主たる発熱源であって、その他の光学素子は特に
冷却の必要がないと考えられていたためと思われる。特
に、海底光通信等の非常に安定した温度条件下では、励
起光源周辺部以外の冷却の必要性は全くないと考えられ
ていた。しかしながら、本発明者等の知見によれば、従
来の集積モジュールでは、励起光源から伝播する熱によ
る小幅の温度上昇により各光学素子自体の特性に影響が
あるほか、熱膨脹により各光学素子間の相対的位置関係
が微妙に狂ってモジュール全体の特性が不安定となる。
例えば、ビームスプリッタとその前段の光アイソレータ
との相対的位置ずれにより、分岐光の信号光出力モニタ
ーへの入射位置が微妙にずれると、信号光出力モニター
には信号光出力レベルが実際より小さく感じられ、制御
回路が励起光源の出力上昇を指示してしまうため、信号
光が必要以上に増幅されてしまう結果となる。

【００１７】本発明においては、各光学素子を全部電子
冷却素子で冷却する構造を採るので特性が非常に安定す
る。その結果、海底光通信の様な非常に安定した温度条
件下で高度に安定した信号光増幅を行えるほか、温度変
化の激しい条件下での使用にも好適である。各光学素子
を全部電子冷却素子で冷却する構造は、必ずしも各光学
素子全部に電子冷却素子が直接接触する構造に限定され
ず、金属の様な熱電導率の高い材料を介して間接的に接
触する構造としてもよい。簡便には、図２に横断面説明
図を示す様に、各光学素子を搭載した金属プレートの裏
面に、該プレートを介して各光学素子と接する様に電子
冷却素子をとりつけるとよい。

【００１８】更に、本発明集積モジュールは、各モニタ
ー素子からの情報を処理して励起光源の出力を調節する
制御回路により制御されるが、かかる制御回路は、集積
モジュールのパッケージ内に内蔵されていてもよいが、
パッケージ外に設けられていてもよい。このほか、入力
側の希土類元素ドープ光ファイバと出力側の光ファイバ
の取り付け部分には、通常、信号光を平行光とするレン
ズ等のコリメータが設置される。

【００１９】

【発明の効果】本発明の光ファイバ増幅器用集積モジュ
ールは、パッケージ内の光学素子はすべて電子冷却素子
で温度制御され、一定温度に保たれる上、冷却素子上の
光学素子の相対位置も安定するので、長時間にわたって
信号光の増幅を安定して行える。また、小型で広い温度
領域で使用可能なので、応用範囲が広く、多大な工業的
利益を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光ファイバ増幅器用集積モジュールの一
例であって、ビームスプリッタとしてプリズムを用いて
なる集積モジュールの内部の上面説明図である。

【図２】図１の光ファイバ増幅器用集積モジュールの横
断面説明図である。

【図３】本発明光ファイバ増幅器用集積モジュールの他
の一例であって、ビームスプリッタとしてＴＡＰフィル
ターを用いてなる集積モジュールの内部の上面説明図で
ある。

【図４】従来の光ファイバ増幅器の上面説明図である。

【図５】従来の光ファイバ増幅器用集積モジュールの内
部の上面説明図である。

【符号の説明】

１：光ファイバ ２：励起光源 ３：ＷＤＭフィルター
４：光アイソレータ ５：プリズム ６：電子冷却素子 ７：励起光源モニタ
ー ８：信号光出力モニター ９：出力端反射モニター
１０：レンズ １１：金属プレート １２：ＴＡＰフ
ィルター １３：ビームスプリッター １４：励起光源
モジュール １５：制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 準二 茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱化学 株式会社筑波事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類元素ドープ光ファイバに励起光を
   導入し、該希土類元素ドープ光ファイバで増幅された信
   号光を透過させる光ファイバ増幅器用集積モジュールに
   おいて、同一パッケージ内に励起光源、励起光源モニタ
   ー、ＷＤＭフィルター、光アイソレータ、ビームスプリ
   ッター及び信号光出力モニターの各光学素子を配置して
   なり、かつこれらの光学素子全部を冷却する電子冷却素
   子を具備することを特徴とする光ファイバ増幅器用集積
   モジュール。
2. 【請求項２】 前記パッケージ内に更に出力端反射モニ
   ターを配置してなり、前記電子冷却素子が該出力端反射
   モニターをも冷却し、かつ前記分波器がプリズムである
   ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器用集
   積モジュール。