技術分野
本発明は光ファイバ増幅器を構成する励起光源結合用の励起モジュールなど、後方励起用光結合方法およびその方法を用いた後方励起用光結合器に関する。
そして、以下の説明では、後方励起用光結合器を例にとって主に説明し、その説明を通じて本発明の光結合方法について説明する。
本発明でいう「光軸」とは、次の２つの場合があるが、説明の内容からどちらの場合であるかが明らかであるので、特に注釈をつけないで用いることにする。
１）複屈折結晶について用いる光軸、
すなわち、英語のｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｙｓｔａｌ ａｘｉｓの意味の場合、
２）光ビーム、光路について説明するときの光軸、
すなわち、英語のｏｐｔｉｃａｌ ｂｅａｍ ａｘｉｓの意味の場合。
背景技術
光ファイバ増幅器（以下、光ファイバのことを、単に、ファイバともいう）の一つであるエルビウム・ドープト・ファイバ増幅器（Ｅｒ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉ−ｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、ＥＤＦＡとも称す）はこれまで光ファイバ通信システムの分野で広く実用に供されている。
図５はＥＤＦＡの構成形態の１つである従来の後方励起型ＥＤＦＡの第１の例としての代表的な例を示す図である。周知のように、ＥＤＦＡにおいては、図５に示すように入力信号ポート４０３、出力信号ポート４０４および励起光入力ポート５０５をもち、入力信号ポート４０３から入射するたとえば１．５５μｍの波長の入力信号光は、ＥＤＦＡで増幅され、出力信号ポート４０４に達する。この場合、光増幅作用が行われるためには、これより短い波長をもつ励起光（たとえば、１．４８μｍなる波長）が、励起光入力ポート５０５からＷＤＭ（Ｗａ−ｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）カプラ５０１を経由してエルビウム・ドープト・ファイバ（以下ＥＤＦとも称す）４０２に結合されていることが必要である。
以下に図５に示すＥＤＦＡ内部の光経路について述べる。まず入力信号ポート４０３に入射したたとえば波長１．５５μｍの信号光は、矢印１１２３で示した信号光伝搬方向に進行して入力側光アイソレータ（以下、光アイソレータを単にアイソレータともいう）モジュール（以下、光アイソレータモジュールをアイソレータモジュールともいう。ここでいうアイソレータモジュールとは、アイソレータ素子にアイソレータ素子入力側のファイバコリメータとアイソレータ素子出力側のファイバコリメータとを組み込んだものをいう。）４０１を経由してＥＤＦ４０２に達する。
一方、これとは別に励起光入力ポート５０５から入射した励起光（たとえば、波長１．４８μｍの励起光）は、矢印１１３４と１１３５で示した励起光伝搬方向に、ＷＤＭカプラ５０１を経由して、前記ＥＤＦ４０２に結合する。このとき、ＥＤＦ４０２に入射する入力信号光と励起光の進行方向は、ＥＤＦ４０２内部において逆方向であることは言うまでもない。
つまり、大出力の励起光をＥＤＦ４０２の後方から注入することによって、微弱な入力信号光がＥＤＦ内部で増幅される。このようにして増幅された信号光は、矢印１１２４の方向へ進み、共通ポート５０６からＷＤＭカプラ５０１を経由し、矢印１１２５の方向へ、すなわち、出射ポート５０７に進み、出力側アイソレータモジュール５０８を通過した後、出力信号ポート４０４に達する。
一般にＥＤＦＡからの出力信号を増大するには、励起光出力を大にすることが必要である。この目的を達成するため、図５の構成のＥＤＦＡでは、２つの励起光源（ここでは半導体レーザ光源４０５および４０６）を用意し、これらの光源から出射する直線偏波光をそれぞれ偏波保持ファイバ（Ｐｏｌａｒｉｓａｔｉ−ｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ、以下、ＰＭＦとも称す）５０２および５０３に結合し、さらにこれらのＰＭＦから出射するそれぞれの直線偏波光を偏波合成器５０４にて合成し、その合成出力を前記ＷＤＭカプラ５０１の励起光入力ポート５０５へ入力している。
偏波合成器５０４は、２つの直線偏波入力光パワーの和に相当する光パワーを合成し、したがって、大出力の励起光源を生成せしめ、励起光入力ポート５０５へ供給することにより、大出力のＥＤＦＡを提供している。
このように、従来の後方励起用光結合方法では、後方励起用の光源からの光をＥＤＦに入射させるのに、少なくとも偏波合成器５０４とＷＤＭカプラ５０１を用いざるを得ず、さらにそのために余分の光ファイバを用いざるを得なかった。したがって、従来の方法を用いた後方励起用光結合器には、これら偏波合成器、ＷＤＭカプラ、さらにそれらに必要な光ファイバを組み込む必要があった。
上記のごとく、従来の方法によれば、後方励起用の励起光をＥＤＦに入力するために、少なくとも偏波合成器とＷＤＭカプラと余分の光ファイバが必要で、そのために、後方励起用光結合器が大型になり、製品コストも高くなるという大きな欠点があるばかりでなく、光学特性面では挿入損失が大きくなってしまうという大きな欠点があった。これらの諸課題について以下に説明する。
（１）光結合器が大型であることと高価であることについて
偏波合成器とＷＤＭカプラを実装することによる大型化と製品コストの上昇は特に詳しく記すまでもなく理解できることであるが、これに加えてこれら各部品を光ファイバで接続するにあたり、所定の長さの光ファイバが必要となり、この光ファイバの取り回しにかなりの実装スペースが必要であるとともに、光ファイバの接続コストが各光学部品の実装コストに加えてかかることになる。
また、一般に、後方励起用光源として用いられる半導体レーザ光源は、各々の半導体レーザモジュール内部に励起光源を安定化させる目的でアイソレータ（図示せず）が用いられている。この部分にアイソレータが用いられる理由は、ＥＤＦ側からレーザダイオード素子へ向かう光を吸収するためである。
このことはＥＤＦＡのコストを増大する一因となっている。
したがって、従来の後方励起用光結合器は、３０ｍｍ×２０ｍｍ×６．８ｍｍのケースに実装されている偏波合成器に直径５．５ｍｍ×長さ２５．５ｍｍのケースに実装されているＷＤＭカプラを接続して構成されており、さらにこれらを互いに結合するための光ファイバを収納する実装スペースも必要であるため、大型であり、たとえば後述する本発明の実施例に用いたような４１ｍｍ×２５ｍｍ×７ｍｍ以下のケースに実装できるような小型化は困難であり、製品価格を下げることも難しかった。
（２）挿入損失が大きくなることについて
ＷＤＭカプラ、偏波合成器、アイソレータモジュールはそれぞれ固有の挿入損失をもっている。これらはそれぞれ内部に光ファイバ間の光結合を形成するためのレンズ結合系が実装されており、レンズ結合そのものの結合損失が発生し、そのため各レンズ結合系の結合損失が挿入損失を増大させている。
しかるに、これら部品を互いに光結合したとき、光結合後の挿入損失総和は、これら個別機能部品の挿入損失の累積損失になるばかりでなく、これらを結合する光ファイバ接続に伴う損失が加算される。これらの挿入損失はＥＤＦＡの大出力化を阻害する原因となっている。
また、従来のＷＤＭカプラでは、一般に内部に波長分離素子たとえば誘電体多層膜フィルタが実装されており、異なる波長の光を合成、分離している。ＷＤＭカプラの特性は、その波長分離素子そのものの特性に依存し、その特性の不完全性はＥＤＦＡとしての信号伝送特性を劣化させる要因ともなっていた。
望ましくは 信号光波長に対して挿入損失特性が平坦であることが望まれる。
（３）課題を解決する従来の試み
図７は従来のＥＤＦＡの構成形態の第２の例を示す図である。
従来の後方励起型ＥＤＦＡの他の例として、図７のように光サーキュレータを用いた構成のものがある。
図７において、半導体レーザ光源７０１からの励起光（励起光波長として、たとえば１．４８μｍ）は、シングルモードファイバ（以下、ＳＭＦとも称す）７０２を矢印１１３７の方向へ進み光サーキュレータ７０３の励起光入力ポート５０５に入射した後、矢印１１３８の方向へ進み、共通ポート５０６から出射してＥＤＦ４０２に達する。
一方、入力信号ポート４０３から入射し入射側アイソレータ４０１を経由して矢印１１２６の方向へ進みＥＤＦ４０２内部で増幅された信号光（たとえば、波長１．５５μｍ）は、矢印１１２７の方向へ進み、前記光サーキュレータ７０３の共通ポート５０６に入射した後、矢印１１２８の方向へ進み出射ポート５０７から出射し、出力側アイソレータモジュール５０８を経由して、出力信号ポート４０４へ導かれる。この場合、信号光波長と励起光波長とは互いに近接しているため、両波長帯とも光サーキュレータの動作範囲内にあることは言うまでもない。
しかしながら、この構成のものもまた、大出力化のために必要な偏波合成器を光サーキュレータと半導体レーザ光源の間に必要とし、上記課題を回避することはできない。
発明の開示
本発明は、上記課題をすべて解決するとともに、大出力用ＥＤＦＡの後方励起部に必要とされる上記２種のモジュール機能と出力側アイソレータモジュールの能機と、さらには励起光源安定化用のアイソレータ機能の計４機能をわずか１つのアイソレータ素子を用いたモジュールにて実現することのできる新しい後方励起用光結合方法とその方法を用いた後方励起用光結合器を提供することを目的とする。
本発明の特に大きな特徴は、大出力特性を目的とする後方励起型ＥＤＦＡの後方励起部において必要な機能であるＷＤＭカプラ機能、偏波合成機能、信号光用のアイソレータ機能、さらには励起光源保護用のアイソレータ機能を１つのアイソレータ素子でもって併用せしめるものである。
これを実現する手段として、アイソレータ素子に、アイソレータ素子が本来有しているアイソレータ機能はもちろんのこと、アイソレータ素子に内在している複屈折光学結晶を用いた偏波合成機能を行わしめるとともに、さらに光アイソレータ素子が本来有している非相反特性を用いてＷＤＭ機能を同時に利用することにある。
本発明の後方励起用光結合方法およびその方法を用いた後方励起用光結合器は、アイソレータ素子の入力側にＳＭＦコリメータを配置し、出力側にＳＭＦコリメータと偏波保持ファイバコリメータ（ＰＭＦコリメータともいう）を配置し、ＰＭＦコリメータから励起光を入力することを特徴としている。
以下、具体的に本発明の特徴を説明する。
本発明の目的を達成するため、本発明の後方励起用光結合器は、以下に述べるアイソレータ素子と各種コリメータを使用している。すなわち、本発明の後方励起用光結合器は、任意の偏波面をもつ光を順方向に入射させたとき、その出射光が互いに光軸を平行にもち、かつ近接した２つの光ビームに分離せしめ、他方、任意の偏波面をもつ光を逆方向に入射させたとき、その出射光が互いに直交する直線偏波面をもち、かつ互いに非平行なる光軸をもつ２つの光ビームに分離せしめる機能をもつ光アイソレータとも呼ばれているアイソレータ素子と、前記アイソレータ素子の、以下において入力側とも称する、光を順方向に入射させたときの光の入射側に、以下においてＳＭＦコリメータとも称するシングルモードファイバコリメータを１つ配置し、前記アイソレータ素子の出力側にＳＭＦコリメータを１つと偏波保持ファイバコリメータを２つ配置したことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記アイソレータ素子の入力側に配置されたＳＭＦコリメータである入力側ＳＭＦコリメータと前記アイソレータ素子の出力側に配置されたＳＭＦコリメータである出力側ＳＭＦコリメータとが前記アイソレータ素子を挟んで光結合が対向して形成されるように配置され、前記各偏波保持ファイバコリメータと前記入力側ＳＭＦコリメータとが前記アイソレータ素子を挟んで光結合が対向して形成されるように配置されていることを特徴としている。
また、本発明の後方励起用光結合器の例は、前記アイソレータ素子の出力側に光路変更プリズムを配置したことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記入力側ＳＭＦコリメータが１つで、前記出力側ＳＭＦコリメータが１つで、前記光路変更プリズムが２つで、前記偏波保持ファイバコリメータが２つであることを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記出力側ＳＭＦコリメータの両側に、それぞれ前記偏波保持ファイバコリメータを隣接配置し、前記出力側ＳＭＦコリメータは、前記アイソレータ素子をはさんで、前記入力側ＳＭＦコリメータと光結合が対向して形成されるように配置され、前記各々の偏波保持ファイバコリメータは、前記光路変更プリズムおよび前記アイソレータ素子を介して前記入力側ＳＭＦコリメータとそれぞれ対向して光結合が形成されるように配置されていることを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記２つの光路変更プリズムに、それぞれのプリズムの頂点間に空隙をもたせ、その空隙が少なくとも前記アイソレータ素子の入力側および出力側に対向してなる１対のＳＭＦコリメータが形成している光ビーム径より大であるように配置されていることを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、光路を平面的に折り返すことができる光路折り返しプリズムを少なくとも１つ設けたことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記出力側ＳＭＦコリメータと前記アイソレータ素子との間に、光路を平面的に折り返す光路折り返しプリズムを配置し、その部分の光路を反転することで、すべての４つのコリメータをケースの同一側面に配置せしめたことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記出力側ＳＭＦコリメータと前記アイソレータ素子との間に光路を平面的に折り返すことができる光路折り返しプリズムを２つ互いにその光通過面が対向するように配置し、その部分の光路を平行に移動することで、入力側ＳＭＦコリメータと他の３つのコリメータとをケースの対向側面に配置せしめたことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、ケースの少なくとも１つの面に、そこに実装される少なくとも１つの光学部品の前記面に配置する部分の形状寸法にほぼ等しいかあるいは少なくとも一つの辺または径の寸法が当該光学部品の寸法よりも０．１ｍｍ以内の範囲で大きいか小さい寸法の凹部を設け、その凹部に前記光学部品を配置したことを特徴としている。ここで凹部を設ける手段として、切削加工を用いることができる。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記ケースに配置された光学部品の位置を調整する手段を前記ケースに設けていないことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合器の例は、前記光結合器を構成している各光学部品が、直交する平面に投影した寸法がそれぞれ４１ｍｍ×２５ｍｍ×７ｍｍ以下のケースに実装することができる。
本発明の後方励起用光結合方法は、任意の偏波面をもつ光を順方向に入射させたとき、その出射光が互いに光軸を平行にもち、かつ近接した２つの光ビームに分離せしめ、他方、任意の偏波面をもつ光を逆方向に入射させたとき、その出射光が互いに直交する直線偏波面をもち、かつ互いに非平行なる光軸をもつ２つの光ビームに分離せしめる機能をもつ光アイソレータとも呼ばれているアイソレータ素子と、前記アイソレータ素子の、以下において入力側とも称する、光を順方向に入射させたときの光の入射側に、以下においてＳＭＦコリメータとも称するシングルモードファイバコリメータを１つ配置し、前記アイソレータ素子の出力側にＳＭＦコリメータを１つと偏波保持ファイバコリメータを２つ配置して光結合を行うことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合方法の例は、前記アイソレータ素子の入力側に配置されたＳＭＦコリメータである入力側ＳＭＦコリメータと前記アイソレータ素子の出力側に配置されたＳＭＦコリメータである出力側ＳＭＦコリメータとが前記アイソレータ素子を挟んで光結合が対向して形成されるように配置され、前記偏波保持ファイバコリメータと前記入力側ＳＭＦコリメータとが前記アイソレータ素子を挟んで光結合が対向して形成されるように配置されて光結合を行うことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合方法の例は、前記アイソレータ素子の出力側に光路変更プリズムを配置して光結合を行うことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合方法の例は、前記入力側ＳＭＦコリメータが１つで、前記出力側ＳＭＦコリメータが１つで、前記光路変更プリズムが２つで、前記偏波保持ファイバコリメータが２つであることを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合方法の例は、前記出力側ＳＭＦコリメータの両側に、それぞれ前記偏波保持ファイバコリメータを隣接配置し、前記出力側ＳＭＦコリメータは、前記アイソレータ素子をはさんで、前記入力側ＳＭＦコリメータと光結合が対向して形成されるように配置され、前記各々の偏波保持ファイバコリメータは、前記光路変更プリズムおよび前記アイソレータ素子を介して前記入力側ＳＭＦコリメータとそれぞれ対向して光結合が形成されるように配置されて光結合を行うことを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合方法の例は、前記２つの光路変更プリズムに、それぞれのプリズム頂点間に空隙をもたせ、その空隙間隔は前記アイソレータ素子の入力側および出力側に対向してなる１対のＳＭＦコリメータが形成している光ビーム径より大であるように配置されていることを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合方法の例は、前記出力側ＳＭＦコリメータと前記アイソレータ素子との間に、光路を平面的に折り返すための光路折り返しプリズムを少なくとも１つ配置し、その部分の光路を反転させていることを特徴としている。
本発明の後方励起用光結合方法の例は、前記出力側ＳＭＦコリメータと前記アイソレータ素子との間に光路を平面的に折り返すための２ヶの光路折り返しプリズムを互いにその光通過面が対向するように配置し、その部分の光路を平行に移動するようにしたことを特徴としている。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの各発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してあり、したがって、各図面の各部の寸法は必ずしも実際のものと相似形でないこともある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。
本発明の後方励起用光結合方法を用いた後方励起用光結合器の構成を示す前に、後方励起用光結合器の構成部品の一つであるアイソレータ素子そのものの構成と動作原理を図６を用いて説明する。
図６は、一般的なアイソレータモジュール６００の構成を説明する図である。この種のアイソレータ素子６１１の基本構成は、文献「１２ｔｈ Ｅｕｒｏｐ−ｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ−ｔｉｏｎ Ｓｅｐｔ．２２／２５ １９８６」に詳述されているように、円筒状の永久磁石６１０の同軸中心部に置かれたファラデー回転子６０９（非相反ガーネット）とその前後に配置された結晶光軸方向を異にしたくさび形状の複屈折光学結晶６０７および６０８からなっている。
アイソレータ素子６１１の前後に、レンズ６０３とシングルモードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ、すなわち、ＳＭＦ）６０１からなるＳＭＦコリメータ６０２と、レンズ６０６とＳＭＦ６０５とからなるＳＭＦコリメータ６０４を配置することによって、アイソレータモジュール６００が構成されている。
このアイソレータモジュール６００において、ＳＭＦコリメータ６０２から図６の右方向に向かう光は、アイソレータ素子６１１内部で２つの光ビームに分かれてアイソレータ素子６１１から出射する。このとき、この２つの光ビームの光軸は互いに平行になるごとく、かつ近接した状態で、アイソレータ素子６１１から出射する。コリメータの特性上、この２つの光ビームが互いに平行であり、かつ互いに近接しているとき、いずれの光ビームをもＳＭＦコリメータ６０４は受容することができる。
かくして、ＳＭＦコリメータ６０２からの光はそのまま低損失にてＳＭＦコリメータ６０４へと結合される。
一方、これとは逆にＳＭＦコリメータ６０４から図６の左方向に光が入射する場合を考える。このときはアイソレータ素子６１１の非相反性効果により、上記の場合とは異なり、２つに分かれた光ビームは、互いに直交する直線偏波光に分離されてはいるものの、それら光ビームの光軸は互いに平行にならずにアイソレータ素子６１１の左側に出射する。コリメータの特性上、光ビームの光軸方向を異にする光は、ＳＭＦコリメータ６０２に結合し得ず、したがって、ＳＭＦコリメータ６０２とＳＭＦコリメータ６０４との間には光結合系が形成され得ない。
このことは図６において、右方向に進む光は光結合が形成されるが、左方向に進む光は光結合が形成されない。つまり、アイソレータモジュールとしての機能が達成されることを示している。
本発明においては、以上のアイソレータ特性のみを使うことに非ずして、以下の副次的効果をも積極的に利用することに重点を置いたものである。
すなわち、本発明においては、
（１）上記アイソレータの逆方向（ＳＭＦコリメータ６０４からＳＭＦコリメータ６０２へ向かう方向）作用時に、互いに非平行の光ビーム光軸をもつ２つの光ビームに分かれることを述べたが、このとき、これら２つの光ビームは、その偏波面が互いに直交していることを利用する。
（２）次に、上記２つの直線偏波をもった光ビームを、それぞれアイソレータの逆方向からＳＭＦコリメータ６０２に結合する手段を講じる。
（３）さらに、この種のアイソレータでは挿入損失の波長特性が広いことを利用する。具体的には、ＥＤＦＡにおいて、たとえば、１．５μｍ帯の波長の光信号を増幅する際、たとえば１．４８μｍなる波長の励起光が必要となるが、幸いなことに、これらの波長帯は近接しており、この波長帯はアイソレータの低挿入損失領域にある。
以上述べた観点から、本発明の後方励起用光結合方法および後方励起用光結合器について説明する。
図１Ａと図１Ｂは本発明の後方励起用光結合器の第１の実施例を説明する図である。
図１Ａは本発明の第１の実施例の基本構成を示す図であって、アイソレータ素子１０９を挟んでコリメータ群が対向配置されている。
コリメータは前述のごとくファイバとレンズにて形成されており、ファイバ内を伝搬する光を平行ビームに変換する機能を有しており、ここでは２種類のものが使用される。そのうちの１種類のものは伝搬光の偏波方向に制限を与えることのないコリメータで、これに使用されるファイバは通常のＳＭＦであり、ＳＭＦコリメータ１０１と１０３である。
一方、他の種類のものは伝搬光の偏波方向を限定せしむるコリメータであり、これは偏波保持ファイバコリメータ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔ−ａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ コリメータ、すなわち、ＰＭＦコリメータ）１０５と１０８である。
この２つのＰＭＦコリメータ１０５および１０８は、ＳＭＦコリメータ１０３の両側に隣接配置されており、アイソレータ素子１０９とはそれぞれ光路変更プリズム１１０および１１１を介在して、光学的に結合している。
ＰＭＦコリメータ１０５から矢印１１３１で示す方向へ進む励起光は、符号１１４で示す紙面に垂直な方向の偏波方向を有し、図示のように偏向角θ１でアイソレータ１０９に入射し、ＰＭＦコリメータ１０８から矢印１１３２で示す方向へ進む励起光は、符号１１５で示す紙面内で上下方向の偏波方向を有し、偏向角θ２でアイソレータ１０９に入射し、それぞれＳＭＦコリメータ１０１に結合する。なお、偏向角θ１とθ２は等しいこともあり、おおむね２〜４度である。
次にこのモジュールの動作原理について述べる。
図１Ａにおいて、まずＳＭＦ１０２とレンズ１１６から成るＳＭＦコリメータ１０１から、図１Ａの右方向に、すなわち、アイソレータ素子１０９に入射した光がアイソレータ素子１０９の順方向（矢印１１２１で示す方向）に相当しているものとする。
任意の偏波面をもつ入射光は、アイソレータ素子１０９内で２つの光ビームに分離し、さらにアイソレータ素子１０９から出射するときには、これらの２つの光は互いに光ビームの光軸が平行であり、かつ、２つの近接した光ビームに分かれる。この２つの近接した光は矢印１１２２で示す方向へ進み、コリメータの特質上、そのいずれの光もレンズ１１８とＳＭＦ１０４とから成るＳＭＦコリメータ１０３（すなわちＳＭＦ１０４）に低損失で結合する。
逆に、ＳＭＦコリメータ１０３から左方向に出射する光は、アイソレータ素子１０９内部で互いに非平行なる光ビームの光軸をもち、かつ、互いに直交する直線偏波面をもつ２つの光に分かれる。このように互いに非平行の光ビームの光軸を持つ光は、原理的に同一のコリメータ、すなわち、ＳＭＦコリメータ１０１には結合し得ない。
以上説明したアイソレータの作用は従来周知のことであり、その詳細は、アイソレータに関する文献（１２ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｐｔ．２２／２５ １９８６）に述べられている。
本発明の目的の１つである従来のような偏波合成器を用いることなく偏波合成機能を得るためには、上記アイソレータ素子内部において逆方向に伝搬するそれぞれの直線偏波光をいずれも同一のＳＭＦに効率よく結合せしむることが必要である。
これを実現するには、逆方向伝搬光として、ＳＭＦコリメータ１０３の実装位置から出射させるのではなく、アイソレータ素子１０９内部において、逆方向伝搬時に生じる偏向角度に相当する角度をもって、逆方向伝播光をアイソレータ素子１０９の逆方向から入射させることによりこれを可能とする。ただし、このとき、アイソレータ素子１０９に図の右側から左側に向かって進む光の偏波面は、適正な偏波回転角度をもった直線偏波光でなければならないことは言うまでもない。
ここで重要なことは、アイソレータ素子１０９の逆方向から適正な偏向角（図１Ａでθ１およびθ２で示した角）（偏波回転角度ではない）をもって入射させ、これをＳＭＦコリメータ１０１に結合しうる光は１つのみではなく２つ存在するという事実である。
すなわち、偏波保持ファイバからなるＰＭＦコリメータ１０５および１０８から矢印１１３１および１１３２で示す方向へそれぞれ出射する光は、それらの偏波面が互いに直交し、かつ、それぞれのコリメータのアイソレータ素子１０９への入射偏向角θ１およびθ２が適正に配置されているときに限り、アイソレータ素子１０９を矢印１１３３で示す方向へ逆方向伝搬した後に、いずれもＳＭＦコリメータ１０１、すなわちＳＭＦ１０２に結合し得る。
図１Ａに示した例では、ＰＭＦコリメータ１０５から出射した直線偏波方向は紙面に垂直に、またＰＭＦコリメータ１０８から出射した直線偏波方向は紙面に平行な場合が１つの例として描かれている。
ここで、アイソレータ素子１０９へのこれら２つの直線偏波光の入射偏向角θ１およびθ２は、一般に小（２度程度）であるために、隣接配置されるコリメータ、つまりＰＭＦコリメータ１０５とＳＭＦコリメータ１０３およびＰＭＦコリメータ１０８とＳＭＦコリメータ１０３との各々の間隔が小となりやすい。この間隔を大ならしむるために光路変更プリズム１１０および１１１を用いる。
図１Ａに示した例においては、ＰＭＦコリメータ１０５から出射する光の偏波方向は紙面に垂直に（黒丸で図示）、またＰＭＦコリメータ１０８から出射する光の偏波方向は紙面に平行（線で図示）になるごとく、各コリメータが配置されている。
以上説明したように、偏波保持ファイバ（すなわちＰＭＦ）１０６と１０７の各々からの直線偏波光は、同一のＳＭＦ１０２に結合する。換言すればこの部分で偏波合成機能が達成されることを意味する。
次に、本発明の後方励起用光結合器の特性について述べる。
まず、ＳＭＦコリメータ１０１からＳＭＦコリメータ１０３へ向かう信号光に対しては、ＥＤＦＡの光増幅波長帯である１．５μｍ帯の光を低損失にて結合し、逆にＳＭＦコリメータ１０３からＳＭＦコリメータ１０１に向かう光に対しては同波長帯で大きな損失を与える。
この特性はアイソレータ特性そのものであり、ＥＤＦＡの増幅作用を可能にするための必要不可欠な条件として作用する。
一方、ＰＭＦコリメータ１０５から出射した波長１．４８μｍの直線偏波光は、励起光としてＳＭＦコリメータ１０１に達する。この波長は、アイソレータ素子１０９の低損失なる波長領域であるので、励起光を低損失にてＳＭＦコリメータ１０１に結合することができる。
同様にＰＭＦコリメータ１０８から出射した波長１．４８μｍの直線偏波光もＳＭＦコリメータ１０１に低損失にて結合することができる。
さらに、この後方励起用光結合器においては、ＳＭＦコリメータ１０１からの光は、前述のごとくＳＭＦコリメータ１０３には結合するが、ＰＭＦコリメータ１０５やＰＭＦコリメータ１０８には結合し得ない。このことは、ＳＭＦコリメータ１０１からの光は、ＰＭＦコリメータ１０５、ＰＭＦコリメータ１０８の他端に接続されている励起光源である半導体レーザへ向かう光を阻止することができることを意味している。
図１Ｂは本発明の第１の実施例の具体的実装構成図である。各コリメータ１０１、１０３、１０５、１０８は、筐体ケース（以下、単に、ケースともいう）１１１６にＹＡＧ溶接等によって直接固定されている。各コリメータの光通過部においては、それぞれ貫通孔１１１７，１１１８，１１１９，１１２０が設けられている。
図２Ａと図２Ｂは本発明の第２の実施例を説明する図であり、図２Ａはその基本構成と機能を説明する図、図２Ｂはその実装構成を説明する図である。
図２Ａの基本構成図において、第１の実施例と異なる点は、光路折り返しプリズム２０１を用いていることである。光路折り返しプリズム２０１により、アイソレータ素子１０９からＳＭＦコリメータ１０３へ向かう光路およびＰＭＦコリメータ１０５および１０８からアイソレータ素子１０９へ向かう光路を図２Ａに示すように反転させることにより、すべてのコリメータを、図２Ｂに示すように、アイソレータ素子１０９の同じ側に、そしてケース２０２の同じ側に配置することができる。
図２Ｂで、符号２０３〜２０６は貫通孔であり、各コリメータ１０１、１０３、１０５、１０８がＹＡＧ溶接等により、ケース２０２に固定されている。
動作については、第１の実施例において図１Ａを用いて述べたことと基本的に同様である。
本発明の第３の実施例を図３Ａ〜Ｄに示す。図３Ａに基本構成を示すように、光路折り返しプリズム３０１と３０２で、アイソレータ素子１０９からＳＭＦコリメータ１０３へ向かう光路およびＰＭＦコリメータ１０５および１０８からアイソレータ素子１０９へ向かう光路をそれぞれ反転させることで、全体寸法を小さくすることができる。
図３Ｂは、実際の実装構成図である。符号３０３はケース、３０４〜３０７は貫通孔である。ケース３０３の各コリメータの光通過部には貫通孔３０４〜３０７が設けられている。各コリメータ１０１，１０３，１０５，１０８は、ＹＡＧ溶接やねじ止め等によりケース３０３に保持されている。
動作については、第１の実施例において図１Ａを用いて述べたことと基本的に同様である。
図３Ｃ〜Ｄは図３Ａの基本構成を用いた本発明の第３の実施例の実装を説明する図で、図３Ｃはケース３０３ａにアイソレータ素子１０９、光路折り返しプリズム３０１ａ、３０２ａ、光路変更プリズム１１０、１１１を配置したときの平面図、図３Ｄは、この光結合器を図３ＣのＸ１−Ｘ２の位置で切断して見たときの側面図である。図３Ｃ、図３Ｄともに、コリメータ１０１、１０３、１０５、１０８およびそれらをケース３０３ａに取り付ける位置のケースに設けられている各貫通孔は図示していない。図３Ｃにおいて、アイソレータ素子１０９、光路折り返しプリズム３０１ａ、３０２ａ光路変更プリズム１１０、１１１の各光学部品は、前記ケース底面の各部品の配置位置に前記各光学部品の寸法よりわずかに大きいたとえば１つの辺の寸法で０．１ｍｍ程度大きいか小さい凹部を形成しておき、その凹部に各当該部品を配置して固定することによって、難しい調整をすることなく、容易に、高精度にケース内に配置することができる。
たとえば、図３Ｃのケース３０３ａのアイソレータ素子１０９，光路折り返しプリズム３０１ａ、３０２ａ光路変更プリズム１１０、１１１が配置される面（たとえばケース３０３ａの底面）に、アイソレータ素子１０９，光路折り返しプリズム３０１ａ、３０２ａ光路変更プリズム１１０、１１１の当該面の形状（たとえば、図示のアイソレータ１０９の場合には四角形の、光路折り返しプリズム３０１ａの場合には図のような三角形の２つの頂点を切り取った五角形の形状）とほぼ同じ形状でしかも各辺の寸法がほぼ等しいか少なくとも一つの辺の寸法が０．１ｍｍ以内の範囲で大きいか小さい寸法の凹部を設けておき、その凹部にそこに配置される光学部品をはめ込んで固定する。この固定手段としては、接着剤を用いることもでき、あるいは、該凹部の少なくとも一つの辺の寸法を光学部品の当該寸法よりわずかに小さく形成しておき、該凹部に光学部品を押し込んだり打ち込んだりして接着剤を用いずに固定する手段などがある。
また、この凹部の形成手段としては、たとえば部品を搭載しているケース底面の金属平面部の一部を光学部品の形状に応じて掘りこみ加工をする方法がある。
ケース３０３ａの底面に設けた前記各凹部の一部とそこに配置する各当該部品に基準面を１〜２カ所設けておくことにより、高精度で簡単に光結合器を組み立てることができるとともに、一層の小型化を図ることができる。
図３Ｄにおいて、符号１１０（１１１）は光路変更プリズム１１０の向こう側に光路変更プリズム１１１があることを意味している。
図３Ｃと図３Ｄで、符号１２００はアイソレータ素子１０９の入力側ＳＭＦコリメータから出力側ＳＭＦコリメータに結合する信号光の光路の中心線を示す点線で、図中、励起光の光路については図示していない。
また、光路折り返しプリズム３０１ａと３０２ａは、図３Ｂのような三角形の二つの頂点（コーナー）を切り取ってあり、一層の小型化を図っている。
そして、光路折り返しプリズム３０１ａと３０２ａの前記切り取られた部分（頂点）の間に、アイソレータ素子１０９の入力側ＳＭＦコリメータと出力側ＳＭＦコリメータの間で形成されている信号光ビームの径よりも大きな間隙（隙間）を設けて光路折り返しプリズム３０１ａと３０２ａを配置している。
図３Ｃ〜Ｄに示した各寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、本実装例の場合、それぞれ４１ｍｍ、２５ｍｍ、７ｍｍである。この実装寸法は、さらに小さくすることができる。
図３Ｃ〜Ｄに示したケースに図示のように光学部品を配置して、さらに、図示していないが、各貫通孔と各コリメータを配置して、図３Ａと同様の構成の光結合器を構成したところ、次の特性が得られた。
１）前記入力側ＳＭＦコリメータから前記出力側ＳＭＦコリメータへの信号光挿入損失は、波長１．５５μｍの信号光の場合、０．４４ｄＢであり、ＰＤＬは０．１ｄＢ以下であった。
２）前記出力側ＳＭＦコリメータから前記入力側ＳＭＦコリメータへの光アイソレーションは、波長が１．５５μｍの信号光の場合、５２ｄＢであった。
３）励起光を入力する前記２つのＰＭＦコリメータから前記入力側ＳＭＦコリメータへ励起光を伝送する場合の励起光挿入損失は、たとえば、波長が１．４８μｍの励起光でそれぞれ０．６７ｄＢと０．７１ｄＢであった。
図４は、本発明の後方励起用光結合器を使った大出力ＥＤＦＡへの適用形態の例を示す図である。
図４において、入力側アイソレータモジュール４０１とＥＤＦ４０２の部分は図５に示した従来のＥＤＦＡの形態と同じであるが、後方励起部には本発明の後方励起用光結合器（点線で囲んだ部分）４１２を適用している。
この構成において、増幅されるべき波長１．５μｍ帯の信号光は、入力信号ポート４０３から入力側アイソレータモジュール４０１を通過後、ＥＤＦ４０２に達する。
一方、半導体レーザ光源４０５から励起光入力ポート４０７を通して入射した波長１．４８μｍの直線偏波光をもつ励起光は、ＰＭＦ４１０を経由してＰＭＦコリメータ１０５から直線偏波光ビームの形でアイソレータ素子１０９を逆進（図４の右から左方向へ、すなわち、矢印１１３３で示した方向へ進行）し、ＳＭＦコリメータ１０１に結合し、ＥＤＦ４０２を励起する。
同様に、他の半導体レーザ光源４０６から励起光入力ポート４０８を経由して入射した波長１．４８μｍ帯の励起光もまた、ＰＭＦ４１１、ＰＭＦコリメータ１０８を通り、アイソレータ素子１０９を逆進する前記と同様の過程を経てＥＤＦ４０２を励起する。
この状態において、入力信号ポート４０３から入射した１．５μｍ帯の信号光は、ＥＤＦ４０２内部で大出力に増幅され共通ポート４０９に入力され、ＳＭＦコリメータ１０１から矢印１１２１で示した方向へ進み、アイソレータ素子１０９を経由し、ＳＭＦコリメータ１０３に結合し、矢印１１２２の方向へ進み、出力ポート４０４へと出力される。
以上のように、本発明の後方励起用光結合器は、大出力ＥＤＦＡの基本構成部品として作用することがわかる。
産業上の利用可能性
この後方励起用光結合器をＥＤＦＡに適用したとき、従来のＥＤＦＡと比較して、その利点は次の如くである。
（１）１つのアイソレータ素子を利用することによって４つの機能を作用させることができる。
すなわち、本発明の光結合方法によれば、１つのアイソレータ素子に
▲１▼信号光に対するアイソレータ機能、
▲２▼励起光に対する偏波合成機能、
▲３▼励起光に対するＷＤＭ機能（励起光をＥＤＦに結合するとともに、信号光をＳＭＦコリメータ１０３に結合し、出力信号ポートに出力する機能）、
▲４▼励起用光源へ向かう光を阻止する機能、
の４つの機能を与えることができるので、従来のＥＤＦＡの構成形態と比較して、構成部品点数が極端に少なくなり、したがって品質の信頼性が増大する。
（２）低価格の後方励起モジュールが提供できる。
１つのアイソレータ素子にて、上記４つの機能を持つモジュールが実現できる。したがって、本モジュールは従来のような個別のモジュールコストの総和に比較して、はるかに安価である。さらに従来のように個別のモジュールを互いに光ファイバにて接続（融着接続）する必要がないので その作業にかかわるコストも発生しない。
（３）小型である。
従来の後方励起モジュールのように個別のモジュール間を光ファイバにて接続することがないので、その部分のファイバの実装スペースそのものが存在しない。
さらに、第２の実施例に示す如く、４つのポートすべてをケースの同じ方向に実装する場合は、ファイバ余長を処理するためのスペースを全て共通にすることができ、一層の小型化が図れる。このため、モジュール寸法を小にすることができる。
（４）光結合損失が小さい。
従来のように個別のモジュールを光ファイバにて接続すると、全体の挿入損失は少なくともそれらの累積損失を上回る。さらにそのほかに、ファイバ同士の接続損失が発生する。
しかるに、本発明の後方励起用光結合方法およびその方法を用いた後方励起用光結合器においては、１つの対向しているコリメータビームの間にアイソレータ素子のみが挿入された状態にあるので、ファイバ接続損失はもちろんのこと、累積損失が発生しない。したがって、光結合損失が小さい。
（５）信号光の波長損失特性が平坦である。
従来においては、励起光と信号光とを共通のファイバに合波、分波する場合、合分波機能をもつ波長分離素子（たとえば誘電体薄膜）が用いられていた。周知のように、波長分離素子は、励起光と信号光の波長の境界部に急峻な波長・損失特性をもたせているので、励起光波長帯域および信号光波長帯域にはその波長損失特性がそれぞれ平坦になりにくい。
光ファイバ通信システムにおいてはこの平坦性は信号伝送特性上重要な特性である。
しかるに、本発明の後方励起用光結合器においては、このような波長分離素子を含まないので、両波長帯においても平坦性が得られ、したがって、これによる信号伝送特性劣化を招かない。
以上、本発明の詳細を本発明の後方励起用光結合器を中心に説明してきたが、本発明の後方励起用光結合方法は、主に、上記図１Ａ〜Ｂ、図２Ａ〜Ｂ、図３Ａ〜Ｄ、図４および図６を用いて説明した後方励起用光結合器において用いられた光結合方法と同様であり、上記発明の効果も同様である。
以上説明したように、本発明によれば、従来は考えられなかったような小型の後方励起用光結合器を安価に、高精度に、量産することができるため、光増幅器の一層の利用拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａと図１Ｂは本発明の後方励起用光結合器の第１の実施例を説明する図であり、図１Ａは基本構成を示す図、図１Ｂは実装構成を示す図である。
図２Ａと図２Ｂは本発明の後方励起用光結合器の第２の実施例を説明する図であり、図２Ａは基本構成を示す図、図２Ｂは実装構成を示す図である。
図３Ａ〜Ｄは本発明の後方励起用光結合器の第３の実施例を説明する図であり、図３Ａは基本構成を示す図、図３Ｂは実装構成を示す図、図３Ｃと図３Ｄは実際に実装した例を説明する図で、図３Ｃは平面図、図３Ｄは側面図である。
図４は本発明の後方励起用光結合器を大出力ＥＤＦＡへ適用した例を説明する図である
図５は従来のＥＤＦＡの構成形態の第１の例を説明する図である。
図６はアイソレータモジュールの構成を説明する図である。
図７は従来のＥＤＦＡの構成形態の第２の例を示す図である。Technical field
The present invention relates to a backward pumping optical coupling method, such as a pumping light source coupling pumping module constituting an optical fiber amplifier, and a backward pumping optical coupler using the method.
In the following description, an optical coupler for backward pumping will be mainly described as an example, and the optical coupling method of the present invention will be described through the description.
The “optical axis” in the present invention includes the following two cases, but it is clear from the contents of the description that such a case is used, so that it will be used without any special annotation.
1) the optical axis used for the birefringent crystal,
In other words, in the case of English meaning of optical crystal axis,
2) an optical axis for describing a light beam and an optical path;
That is, in the case of English meaning of optical beam axis.
Background art
An erbium-doped fiber amplifier (hereinafter, also referred to as EDFA), which is one of optical fiber amplifiers (hereinafter, simply referred to as an optical fiber), is an optical fiber communication system. Is widely used in the field.
FIG. 5 is a diagram showing a representative example of a first example of a conventional backward-pumped EDFA, which is one of the configurations of the EDFA. As is well known, an EDFA has an input signal port 403, an output signal port 404, and an excitation light input port 505 as shown in FIG. 5, and an input signal light having a wavelength of, for example, 1.55 μm incident from the input signal port 403. Are amplified by the EDFA and reach the output signal port 404. In this case, in order to perform an optical amplification operation, pumping light having a shorter wavelength (for example, a wavelength of 1.48 μm) passes from the pumping light input port 505 through a WDM (Wa-length Division Multiplexer) coupler 501. Erbium-doped fiber (hereinafter, also referred to as EDF) 402.
The optical path inside the EDFA shown in FIG. 5 will be described below. First, the signal light having a wavelength of, for example, 1.55 μm that has entered the input signal port 403 travels in the signal light propagation direction indicated by the arrow 1123 and is input to an input-side optical isolator (hereinafter, the optical isolator is also simply referred to as an isolator) module (hereinafter, referred to as an isolator). The optical isolator module is also referred to as an isolator module.The isolator module referred to here is a device in which a fiber collimator on the input side of the isolator element and a fiber collimator on the output side of the isolator element are incorporated in the isolator element. Reach
On the other hand, pumping light (for example, pumping light having a wavelength of 1.48 μm) incident from the pumping light input port 505 separately from the pumping light passes through the WDM coupler 501 in the pumping light propagation direction indicated by arrows 1134 and 1135. It is coupled to the EDF 402. At this time, it goes without saying that the traveling directions of the input signal light and the pump light entering the EDF 402 are opposite directions inside the EDF 402.
That is, by injecting a high-output pump light from behind the EDF 402, a weak input signal light is amplified inside the EDF. The signal light amplified in this way travels in the direction of arrow 1124, passes through the WDM coupler 501 from the common port 506, travels in the direction of arrow 1125, that is, travels to the output port 507, and passes through the output side isolator module 508. After that, it reaches the output signal port 404.
Generally, to increase the output signal from the EDFA, it is necessary to increase the pump light output. In order to achieve this object, in the EDFA having the configuration shown in FIG. 5, two excitation light sources (here, semiconductor laser light sources 405 and 406) are prepared, and linearly polarized light emitted from these light sources is respectively polarized with a polarization maintaining fiber (Polarisati). −on Maintaining Fiber (hereinafter, also referred to as PMF) 502 and 503, and further combines respective linearly polarized lights emitted from these PMFs in a polarization combiner 504, and outputs the combined output of the WDM coupler 501. The light is input to the excitation light input port 505.
The polarization combiner 504 combines the optical powers corresponding to the sum of the two linearly polarized input light powers, and thus generates a high-output pump light source and supplies it to the pump light input port 505 to provide a large output. EDFA.
As described above, in the conventional optical coupling method for backward pumping, at least the polarization combiner 504 and the WDM coupler 501 have to be used to make the light from the backward pumping light source incident on the EDF. An extra optical fiber had to be used. Therefore, it is necessary to incorporate the polarization combiner, the WDM coupler, and the optical fibers required for the polarization combiner, the WDM coupler, and the optical coupler for backward pumping using the conventional method.
As described above, according to the conventional method, at least a polarization combiner, a WDM coupler, and an extra optical fiber are required to input the pumping light for backward pumping into the EDF. In addition to the major drawback that the device becomes large and the product cost increases, there is a major drawback in that the insertion loss increases in terms of optical characteristics. These issues will be described below.
(1) Large and expensive optical couplers
The increase in size and the increase in product cost due to the implementation of the polarization combiner and the WDM coupler can be understood without any particular description, but in addition to this, when connecting these components with an optical fiber, a predetermined length is required. Such an optical fiber is required, and the routing of the optical fiber requires a considerable mounting space, and the connection cost of the optical fiber is added to the mounting cost of each optical component.
In general, as a semiconductor laser light source used as a backward excitation light source, an isolator (not shown) is used inside each semiconductor laser module for the purpose of stabilizing the excitation light source. The reason why the isolator is used in this portion is to absorb light from the EDF side toward the laser diode element.
This contributes to an increase in the cost of the EDFA.
Therefore, the conventional optical coupler for backward pumping is a WDM coupler mounted in a case of 5.5 mm in diameter × 25.5 mm in length in a polarization combiner mounted in a case of 30 mm × 20 mm × 6.8 mm. And also requires a mounting space for accommodating optical fibers for coupling these together, so that it is large, for example, 41 mm × 25 mm as used in an embodiment of the present invention described later. It was difficult to reduce the size so that it could be mounted in a case of × 7 mm or less, and it was also difficult to reduce the product price.
(2) Increasing insertion loss
Each of the WDM coupler, the polarization combiner, and the isolator module has an inherent insertion loss. In each of these, a lens coupling system for forming an optical coupling between optical fibers is mounted inside, and coupling loss of the lens coupling itself occurs, so that coupling loss of each lens coupling system increases insertion loss. I have.
However, when these components are optically coupled to each other, the total insertion loss after optical coupling is not only the cumulative loss of the insertion loss of these individual functional components, but also the loss associated with the optical fiber connection that couples them. . These insertion losses hinder the increase in the output of the EDFA.
Further, in a conventional WDM coupler, generally, a wavelength separation element, for example, a dielectric multilayer filter is mounted inside to combine and separate lights of different wavelengths. The characteristics of the WDM coupler depend on the characteristics of the wavelength separation element itself, and the imperfections of the characteristics have been a factor of deteriorating the signal transmission characteristics of the EDFA.
It is desirable that the insertion loss characteristics be flat with respect to the signal light wavelength.
(3) Conventional attempt to solve the problem
FIG. 7 is a diagram showing a second example of the configuration of a conventional EDFA.
As another example of a conventional backward-pumped EDFA, there is a configuration using an optical circulator as shown in FIG.
In FIG. 7, pumping light (a pumping light wavelength of, for example, 1.48 μm) from a semiconductor laser light source 701 travels through a single mode fiber (hereinafter, also referred to as SMF) 702 in the direction of arrow 1137, and pumping light input to an optical circulator 703. After entering the port 505, the light travels in the direction of arrow 1138, exits from the common port 506, and reaches the EDF 402.
On the other hand, the signal light (for example, a wavelength of 1.55 μm) which enters from the input signal port 403 and travels in the direction of the arrow 1126 via the incident side isolator 401 and is amplified inside the EDF 402 travels in the direction of the arrow 1127, and After entering the common port 506 of the circulator 703, it proceeds in the direction of arrow 1128, exits from the exit port 507, and is guided to the output signal port 404 via the output side isolator module 508. In this case, since the signal light wavelength and the pump light wavelength are close to each other, it goes without saying that both wavelength bands are within the operating range of the optical circulator.
However, this configuration also requires a polarization combiner required for increasing the output between the optical circulator and the semiconductor laser light source, and the above problem cannot be avoided.
Disclosure of the invention
The present invention solves all of the above-mentioned problems, and furthermore, the above two types of module functions required for the rear-side excitation part of the high-output EDFA, the functions of the output-side isolator module, and the isolator for stabilizing the excitation light source. It is an object of the present invention to provide a new backward pumping optical coupling method capable of realizing a total of four functions with a module using only one isolator element and a backward pumping optical coupler using the method.
Particularly significant features of the present invention include a WDM coupler function, a polarization combining function, an isolator function for signal light, and a pump light source protection, which are necessary functions in a backward pumping section of a backward pump EDFA aiming at a large output characteristic. The isolator function is used together with one isolator element.
As a means for realizing this, the isolator element performs not only the isolator function originally possessed by the isolator element but also a polarization combining function using the birefringent optical crystal inherent in the isolator element, and furthermore, An object of the present invention is to simultaneously use a WDM function by using a non-reciprocal characteristic inherent to an optical isolator element.
The optical coupling method for backward excitation of the present invention and the optical coupler for backward excitation using the method have an SMF collimator disposed on the input side of the isolator element, and an SMF collimator and a polarization maintaining fiber collimator (PMF collimator) on the output side. This is characterized in that excitation light is input from a PMF collimator.
Hereinafter, the features of the present invention will be specifically described.
In order to achieve the object of the present invention, an optical coupler for backward pumping of the present invention uses an isolator element and various collimators described below. That is, the backward-pumping optical coupler of the present invention is configured such that, when light having an arbitrary polarization plane is made to enter in the forward direction, the emitted light is split into two adjacent light beams having optical axes parallel to each other. On the other hand, when light having an arbitrary polarization plane is incident in the opposite direction, the emitted light is separated into two light beams having linear polarization planes orthogonal to each other and non-parallel optical axes to each other. An isolator element, also referred to as an optical isolator, and a single-mode fiber, also referred to as an input side, hereinafter referred to as an input side, on a light incident side when light is made to enter in a forward direction, and hereinafter also referred to as an SMF collimator. One collimator is arranged, and one SMF collimator and two polarization maintaining fiber collimators are arranged on the output side of the isolator element. That.
Examples of the optical coupler for backward pumping of the present invention include an input-side SMF collimator, which is an SMF collimator disposed on the input side of the isolator element, and an output-side SMF collimator, which is an SMF collimator disposed on the output side of the isolator element. Are arranged so that optical couplings are formed facing each other with the isolator element interposed therebetween, and each of the polarization maintaining fiber collimators and the input side SMF collimator are formed with optical couplings facing each other with the isolator element interposed therebetween. It is characterized by being arranged so that it may be.
Further, an example of the optical coupler for backward excitation of the present invention is characterized in that an optical path changing prism is arranged on the output side of the isolator element.
An example of the optical coupler for backward pumping of the present invention is that the input side SMF collimator is one, the output side SMF collimator is one, the optical path changing prism is two, and the polarization maintaining fiber collimator is two. It is characterized by one.
In the example of the optical coupler for backward pumping of the present invention, the polarization-maintaining fiber collimator is disposed adjacent to each side of the output-side SMF collimator, and the output-side SMF collimator is disposed across the isolator element. The input side SMF collimator is disposed so as to face the optical coupling with the input side SMF collimator, and each of the polarization maintaining fiber collimators faces the input side SMF collimator via the optical path changing prism and the isolator element, respectively. It is characterized by being arranged so that optical coupling is formed.
In an example of the optical coupler for backward excitation according to the present invention, the two optical path changing prisms are provided with a gap between the vertices of the respective prisms, and the gap faces at least the input side and the output side of the isolator element. It is characterized in that the pair of SMF collimators are arranged so as to be larger than the light beam diameter formed by the pair.
An example of the optical coupler for backward excitation according to the present invention is characterized in that at least one optical path folding prism capable of folding an optical path in a plane is provided.
An example of the backward-pumping optical coupler of the present invention is arranged between the output-side SMF collimator and the isolator element, by disposing an optical path turning prism that turns an optical path two-dimensionally, and by inverting the optical path of that part, It is characterized in that all four collimators are arranged on the same side of the case.
An example of the optical coupler for backward pumping according to the present invention includes two optical path turning prisms that can turn an optical path in a plane between the output side SMF collimator and the isolator element so that their light passing surfaces face each other. The input side SMF collimator and the other three collimators are arranged on the opposing side surfaces of the case by moving the optical path of that portion in parallel.
An example of an optical coupler for backward pumping according to the present invention is that at least one side of the case has at least one side which is substantially equal to the geometrical size of a portion of the at least one optical component mounted on the case which is arranged on the side. Alternatively, a concave portion having a diameter larger or smaller than the dimension of the optical component within 0.1 mm is provided, and the optical component is arranged in the concave portion. Here, cutting can be used as a means for providing the concave portion.
The example of the optical coupler for backward excitation of the present invention is characterized in that means for adjusting the position of the optical component disposed in the case is not provided in the case.
In the example of the optical coupler for backward excitation of the present invention, each optical component constituting the optical coupler can be mounted in a case where dimensions projected on an orthogonal plane are each 41 mm × 25 mm × 7 mm or less. .
The optical coupling method for backward pumping of the present invention is such that, when light having an arbitrary polarization plane is made to enter in the forward direction, the emitted light has an optical axis parallel to each other, and is separated into two adjacent light beams, On the other hand, when light having an arbitrary polarization plane is incident in the opposite direction, the emitted light has a function of separating two light beams having linear polarization planes orthogonal to each other and having optical axes non-parallel to each other. An isolator element, also called an optical isolator, and a single mode fiber collimator, also called an SMF collimator, on the light incident side when light is made to enter in the forward direction, hereinafter also called an input side of the isolator element. One SMF collimator and two polarization maintaining fiber collimators are arranged on the output side of the isolator element to perform optical coupling. To have.
An example of the optical coupling method for backward pumping according to the present invention includes an input-side SMF collimator, which is an SMF collimator disposed on the input side of the isolator element, and an output-side SMF collimator, which is an SMF collimator disposed on the output side of the isolator element. And the polarization maintaining fiber collimator and the input side SMF collimator are formed so that the optical coupling faces each other with the isolator element interposed therebetween. It is characterized by being arranged so as to perform optical coupling.
An example of the optical coupling method for backward excitation according to the present invention is characterized in that an optical path changing prism is arranged on the output side of the isolator element to perform optical coupling.
An example of the optical coupling method for backward pumping of the present invention is that the input side SMF collimator is one, the output side SMF collimator is one, the optical path changing prism is two, and the polarization maintaining fiber collimator is two. It is characterized by one.
An example of the optical coupling method for backward pumping of the present invention is such that the polarization maintaining fiber collimator is disposed adjacent to both sides of the output side SMF collimator, and the output side SMF collimator is provided with the isolator element interposed therebetween. The input side SMF collimator is disposed so as to face the optical coupling with the input side SMF collimator, and each of the polarization maintaining fiber collimators faces the input side SMF collimator via the optical path changing prism and the isolator element, respectively. It is characterized by being arranged so as to form optical coupling and performing optical coupling.
In an example of the optical coupling method for backward excitation according to the present invention, the two optical path changing prisms are provided with a gap between the vertices of the respective prisms, and a gap between the gaps faces the input side and the output side of the isolator element. It is characterized in that the SMF collimators are arranged so as to be larger than the light beam diameter formed by the pair.
An example of the optical coupling method for backward pumping of the present invention is that at least one optical path turning prism for folding an optical path in a plane is disposed between the output side SMF collimator and the isolator element, and the optical path of that part is arranged. It is characterized by being inverted.
An example of the optical coupling method for backward excitation according to the present invention is such that two optical path folding prisms for planarly folding an optical path are provided between the output side SMF collimator and the isolator element so that their light passing surfaces face each other. And the optical path of that portion is moved in parallel.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings used in the description schematically show the dimensions, shapes, arrangements, and the like of the components so that these inventions can be understood. Therefore, the dimensions of each part in each drawing are not necessarily the actual ones. It may not be similar. Also, in each of the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
Before showing the configuration of the backward pumping optical coupler using the backward pumping optical coupling method of the present invention, FIG. 6 shows the configuration and operation principle of an isolator element itself, which is one of the components of the backward pumping optical coupler. This will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a general isolator module 600. The basic structure of this type of isolator element 611 is, as described in detail in the document "12th European-Conference on Optical Communica-tion Sept. 22/25 1986", at the coaxial center of the cylindrical permanent magnet 610. It comprises a placed Faraday rotator 609 (non-reciprocal garnet) and front and rear wedge-shaped birefringent optical crystals 607 and 608 having different crystal optical axis directions.
By placing an SMF collimator 602 composed of a lens 603 and a single mode fiber (SMF) 601 before and after the isolator element 611, and an SMF collimator 604 composed of a lens 606 and an SMF 605, the isolator module 600 can be configured. It is configured.
In the isolator module 600, the light traveling rightward in FIG. 6 from the SMF collimator 602 is split into two light beams inside the isolator element 611 and emitted from the isolator element 611. At this time, the two light beams are emitted from the isolator element 611 in such a manner that the optical axes of the two light beams are parallel to each other and close to each other. Due to the characteristics of the collimator, when the two light beams are parallel to each other and are close to each other, the SMF collimator 604 can receive either light beam.
Thus, light from SMF collimator 602 is coupled to SMF collimator 604 with low loss.
On the other hand, on the other hand, let us consider a case where light is incident from the SMF collimator 604 to the left in FIG. At this time, due to the nonreciprocity effect of the isolator element 611, unlike the above case, the two split light beams are separated into linearly polarized light beams orthogonal to each other, but the optical axes of the light beams are The light is emitted to the left side of the isolator element 611 without being parallel to each other. Due to the characteristics of the collimator, light having different optical axis directions of the light beam cannot be coupled to the SMF collimator 602, and therefore, no optical coupling system can be formed between the SMF collimator 602 and the SMF collimator 604.
This means that, in FIG. 6, light traveling in the right direction has optical coupling, but light traveling in the left direction has no optical coupling. That is, this indicates that the function as the isolator module is achieved.
In the present invention, instead of using only the above-described isolator characteristics, emphasis is placed on actively utilizing the following secondary effects.
That is, in the present invention,
(1) It has been described that when the isolator operates in the opposite direction (direction from the SMF collimator 604 to the SMF collimator 602), the light beams are split into two light beams having optical axes that are not parallel to each other. One light beam utilizes the fact that its polarization planes are orthogonal to each other.
(2) Next, means for coupling the two linearly polarized light beams to the SMF collimator 602 from opposite directions of the isolator is taken.
(3) Further, this type of isolator takes advantage of the wide wavelength characteristics of insertion loss. Specifically, for example, when amplifying an optical signal having a wavelength of 1.5 μm in the EDFA, pump light having a wavelength of 1.48 μm is required. Fortunately, these wavelength bands are close to each other. This wavelength band is in the low insertion loss region of the isolator.
From the viewpoint described above, a backward pumping optical coupling method and a backward pumping optical coupler of the present invention will be described.
FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating a first embodiment of the optical coupler for backward excitation according to the present invention.
FIG. 1A is a diagram showing a basic configuration of the first embodiment of the present invention, in which a group of collimators is opposed to each other with an isolator element 109 interposed therebetween.
As described above, the collimator is formed of the fiber and the lens, and has a function of converting light propagating in the fiber into a parallel beam. Here, two types of collimators are used. One of them is a collimator that does not limit the polarization direction of the propagating light. The fiber used for this is an ordinary SMF, and SMF collimators 101 and 103 are used.
On the other hand, another type is a collimator that limits the direction of polarization of the propagating light, and is a polarization maintaining fiber collimator (a PMF collimator) 105 or 108.
The two PMF collimators 105 and 108 are disposed adjacent to both sides of the SMF collimator 103, and are optically coupled to the isolator element 109 via optical path changing prisms 110 and 111, respectively.
Excitation light traveling from the PMF collimator 105 in the direction indicated by the arrow 1131 has a polarization direction perpendicular to the paper surface indicated by the reference numeral 114, enters the isolator 109 at a deflection angle θ1 as shown in FIG. The excitation light traveling in the direction indicated by the arrow 1132 has a vertical polarization direction in the plane of the paper indicated by the reference numeral 115, enters the isolator 109 at a deflection angle θ2, and is coupled to the SMF collimator 101. Note that the deflection angles θ1 and θ2 may be equal, and are approximately 2 to 4 degrees.
Next, the operating principle of this module will be described.
In FIG. 1A, first, the light incident on the isolator element 109 from the SMF collimator 101 including the SMF 102 and the lens 116 corresponds to the forward direction of the isolator element 109 (the direction indicated by the arrow 1121). It is assumed that
The incident light having an arbitrary polarization plane is split into two light beams in the isolator element 109, and when the two light beams exit from the isolator element 109, the optical axes of the light beams are parallel to each other, and Split into two adjacent light beams. The two adjacent lights travel in the direction indicated by the arrow 1122, and due to the nature of the collimator, any of the light is coupled with low loss to the SMF collimator 103 (ie, the SMF 104) including the lens 118 and the SMF 104.
Conversely, light emitted from the SMF collimator 103 to the left is split into two lights having optical axes of light beams that are not parallel to each other inside the isolator element 109 and having linear polarization planes orthogonal to each other. In this way, light having optical axes of light beams that are not parallel to each other cannot be coupled to the same collimator, that is, the SMF collimator 101 in principle.
The operation of the isolator described above is well known in the art, and the details thereof are described in a literature relating to the isolator (12th European Conference on Optical Communication Sept. 22/25 1986).
In order to obtain a polarization combining function without using a conventional polarization combiner, which is one of the objects of the present invention, in order to obtain the same linearly polarized light propagating in the opposite direction inside the isolator element, Must be efficiently coupled to the SMF.
In order to realize this, the backward propagating light is not emitted from the mounting position of the SMF collimator 103 as the backward propagating light, but is generated inside the isolator element 109 at an angle corresponding to the deflection angle generated at the time of the backward propagating. This is made possible by making the light incident from the opposite direction of the isolator element 109. However, at this time, it goes without saying that the plane of polarization of light traveling from the right side to the left side in the isolator element 109 must be linearly polarized light having an appropriate polarization rotation angle.
What is important here is that light is incident from the opposite direction of the isolator element 109 at an appropriate deflection angle (the angles indicated by θ1 and θ2 in FIG. 1A) (not the polarization rotation angle), and this is coupled to the SMF collimator 101. The fact is that there are two possible lights, not just one.
That is, the light emitted from the PMF collimators 105 and 108 composed of polarization maintaining fibers in the directions indicated by arrows 1131 and 1132 respectively has their polarization planes orthogonal to each other and is incident on the isolator element 109 of each collimator. As long as the angles θ1 and θ2 are properly arranged, both can be coupled to the SMF collimator 101, that is, the SMF 102 after the isolator element 109 propagates backward in the direction indicated by the arrow 1133.
In the example shown in FIG. 1A, a case where the linear polarization direction emitted from the PMF collimator 105 is perpendicular to the paper surface and the case where the linear polarization direction emitted from the PMF collimator 108 is parallel to the paper surface is illustrated as one example. .
Here, since the incident deflection angles θ1 and θ2 of these two linearly polarized lights on the isolator element 109 are generally small (about 2 degrees), the collimators arranged adjacently, that is, the PMF collimator 105 and the SMF collimator 103, Each interval between the PMF collimator 108 and the SMF collimator 103 tends to be small. Optical path changing prisms 110 and 111 are used to increase the distance.
In the example shown in FIG. 1A, the polarization direction of the light emitted from the PMF collimator 105 is perpendicular to the plane of the drawing (shown by a black circle), and the polarization direction of the light emitted from the PMF collimator 108 is parallel to the drawing (a line). Each collimator is arranged as shown in FIG.
As described above, linearly polarized light from each of the polarization maintaining fibers (ie, PMFs) 106 and 107 is coupled to the same SMF 102. In other words, this means that the polarization combining function is achieved in this portion.
Next, characteristics of the optical coupler for backward excitation of the present invention will be described.
First, with respect to the signal light traveling from the SMF collimator 101 to the SMF collimator 103, light in the 1.5 μm band, which is the optical amplification wavelength band of the EDFA, is coupled with low loss, and conversely, from the SMF collimator 103 to the SMF collimator 101. A large loss is given to the incoming light in the same wavelength band.
This characteristic is the isolator characteristic itself, and acts as an indispensable condition for enabling the EDFA to amplify.
On the other hand, the linearly polarized light having a wavelength of 1.48 μm emitted from the PMF collimator 105 reaches the SMF collimator 101 as excitation light. Since this wavelength is a wavelength region where the loss of the isolator element 109 is low, the pump light can be coupled to the SMF collimator 101 with low loss.
Similarly, linearly polarized light having a wavelength of 1.48 μm emitted from the PMF collimator 108 can be coupled to the SMF collimator 101 with low loss.
Furthermore, in the optical coupler for backward excitation, the light from the SMF collimator 101 is coupled to the SMF collimator 103 as described above, but cannot be coupled to the PMF collimator 105 or the PMF collimator 108. This means that the light from the SMF collimator 101 can block the light going to the semiconductor laser which is the excitation light source connected to the other ends of the PMF collimator 105 and the PMF collimator 108.
FIG. 1B is a specific mounting configuration diagram of the first embodiment of the present invention. Each of the collimators 101, 103, 105, and 108 is directly fixed to a housing case (hereinafter, simply referred to as a case) 1116 by YAG welding or the like. In the light passage portion of each collimator, through holes 1117, 1118, 1119, and 1120 are provided, respectively.
2A and 2B are diagrams illustrating a second embodiment of the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating the basic configuration and functions, and FIG. 2B is a diagram illustrating the mounting configuration.
2A is different from the first embodiment in that an optical path turning prism 201 is used. By turning the optical path from the isolator element 109 to the SMF collimator 103 and the optical path from the PMF collimators 105 and 108 to the isolator element 109 by the optical path turning prism 201 as shown in FIG. 2A, all the collimators are shown in FIG. 2B. As such, they can be located on the same side of the isolator element 109 and on the same side of the case 202.
In FIG. 2B, reference numerals 203 to 206 denote through holes, and the collimators 101, 103, 105, and 108 are fixed to the case 202 by YAG welding or the like.
The operation is basically the same as that described with reference to FIG. 1A in the first embodiment.
A third embodiment of the present invention is shown in FIGS. As shown in the basic configuration in FIG. 3A, the optical path turning prisms 301 and 302 invert the optical path from the isolator element 109 to the SMF collimator 103 and the optical path from the PMF collimators 105 and 108 to the isolator element 109, respectively, so that the overall dimensions are reduced. Can be reduced.
FIG. 3B is an actual mounting configuration diagram. Reference numeral 303 denotes a case, and 304 to 307 denote through holes. Through holes 304 to 307 are provided in the light passage portion of each collimator of the case 303. Each of the collimators 101, 103, 105, and 108 is held in the case 303 by YAG welding, screwing, or the like.
The operation is basically the same as that described with reference to FIG. 1A in the first embodiment.
3C to 3D are views for explaining the implementation of the third embodiment of the present invention using the basic configuration of FIG. 3A. FIG. 3C shows an isolator element 109, optical path turning prisms 301a and 302a, and an optical path changing prism 110 in a case 303a. , 111 are arranged, and FIG. 3D is a side view of the optical coupler cut off at the position of X1-X2 in FIG. 3C. 3C and 3D, the collimators 101, 103, 105, and 108 and the respective through holes provided in the case at the position where they are attached to the case 303a are not shown. In FIG. 3C, the optical components of the isolator element 109, the optical path turning prisms 301a and 302a, and the optical path changing prisms 110 and 111 are slightly larger than the dimensions of the optical components, for example, on one side at the arrangement positions of the components on the case bottom surface. By forming a concave portion larger or smaller by about 0.1 mm in the size of the above, and arranging and fixing each component in the concave portion, it is possible to easily and accurately arrange the component in the case without performing difficult adjustment. be able to.
For example, the isolator element 109 and the optical path turning prisms 301a and 302a are disposed on the surface (for example, the bottom surface of the case 303a) on which the isolator element 109 and the optical path turning prisms 301a and 302a of the case 303a in FIG. The shape of the surface of the prisms 110 and 111 is substantially the same as the shape of the surface (for example, a quadrangle in the case of the illustrated isolator 109 and a pentagonal shape obtained by cutting two vertices of a triangle as shown in the case of the optical path turning prism 301a). A concave part with a large or small dimension is provided in the shape and the dimensions of each side are almost equal or at least one side is within 0.1 mm, and the optical components arranged there are fitted and fixed in the concave part. I do. As the fixing means, an adhesive can be used, or the dimension of at least one side of the concave portion is formed slightly smaller than the dimension of the optical component, and the optical component is pushed or driven into the concave portion. For fixing without using an adhesive.
As a method of forming the concave portion, for example, there is a method in which a part of a metal flat portion on the bottom surface of a case in which a component is mounted is dug in accordance with the shape of the optical component.
By providing one or two reference planes on a part of each of the concave portions provided on the bottom surface of the case 303a and on each of the components arranged therein, it is possible to easily and accurately assemble the optical coupler, Further downsizing can be achieved.
In FIG. 3D, reference numeral 110 (111) means that the optical path changing prism 111 is located on the other side of the optical path changing prism 110.
3C and 3D, reference numeral 1200 is a dotted line indicating the center line of the optical path of the signal light coupled from the input side SMF collimator to the output side SMF collimator of the isolator element 109. In the drawings, the optical path of the excitation light is illustrated. Absent.
In addition, the optical path turning prisms 301a and 302a are cut off at two vertices (corners) of a triangle as shown in FIG. 3B to further reduce the size.
Then, a gap larger than the diameter of the signal light beam formed between the input side SMF collimator and the output side SMF collimator of the isolator element 109 is provided between the cut-out portions (apex) of the optical path turning prisms 301a and 302a. (Gaps) are provided, and the optical path turning prisms 301a and 302a are arranged.
The dimensions D1, D2, and D3 shown in FIGS. 3C to 3D are 41 mm, 25 mm, and 7 mm, respectively, in the case of this mounting example. This mounting dimension can be further reduced.
Optical components are arranged as shown in the cases shown in FIGS. 3C to 3D, and further, though not shown, each through-hole and each collimator are arranged to provide an optical coupler having the same configuration as that of FIG. 3A. With the configuration, the following characteristics were obtained.
1) The signal light insertion loss from the input-side SMF collimator to the output-side SMF collimator was 0.44 dB for a signal light having a wavelength of 1.55 μm, and the PDL was 0.1 dB or less.
2) The optical isolation from the output side SMF collimator to the input side SMF collimator was 52 dB when the signal light had a wavelength of 1.55 μm.
3) When the pump light is transmitted from the two PMF collimators to which the pump light is input to the input-side SMF collimator, the pump light insertion loss is, for example, 0.67 dB and 0.4 mm for pump light having a wavelength of 1.48 μm, respectively. It was 71 dB.
FIG. 4 is a diagram showing an example of an application form to a high-output EDFA using the backward-pumping optical coupler of the present invention.
In FIG. 4, the portions of the input side isolator module 401 and the EDF 402 are the same as those of the conventional EDFA shown in FIG. 5, but the backward pumping section includes the backward pumping optical coupler (the portion surrounded by a dotted line) of the present invention. ) 412 is applied.
In this configuration, the signal light having a wavelength of 1.5 μm to be amplified reaches the EDF 402 after passing through the input side isolator module 401 from the input signal port 403.
On the other hand, pumping light having a linearly polarized light having a wavelength of 1.48 μm incident from the semiconductor laser light source 405 through the pumping light input port 407 passes through the PMF 410 from the PMF collimator 105 to the isolator element 109 in the form of a linearly polarized light beam. 4 (from the right to the left in FIG. 4, that is, in the direction indicated by the arrow 1133), is coupled to the SMF collimator 101, and excites the EDF 402.
Similarly, the pump light of the wavelength of 1.48 μm incident from another semiconductor laser light source 406 via the pump light input port 408 also passes through the PMF 411 and the PMF collimator 108 and travels backward through the isolator element 109 in the same manner as described above. The EDF 402 is excited through the process described above.
In this state, the 1.5 μm band signal light incident from the input signal port 403 is amplified to a large output inside the EDF 402 and input to the common port 409, travels from the SMF collimator 101 in the direction indicated by the arrow 1121, and Via 109, the light is coupled to the SMF collimator 103, travels in the direction of the arrow 1122, and is output to the output port 404.
As described above, it can be seen that the backward-pumping optical coupler of the present invention functions as a basic component of a high-output EDFA.
Industrial applicability
When this optical coupler for backward pumping is applied to an EDFA, its advantages are as follows as compared with a conventional EDFA.
(1) Four functions can be operated by using one isolator element.
That is, according to the optical coupling method of the present invention, one isolator element
(1) Isolator function for signal light,
(2) Polarization combining function for pump light,
{Circle around (3)} WDM function for pumping light (function to couple pumping light to EDF and signal light to SMF collimator 103 and output to output signal port);
(4) Function to block light going to the excitation light source,
Since the four functions described above can be provided, the number of components is extremely reduced as compared with the configuration of the conventional EDFA, and the reliability of quality is increased.
(2) An inexpensive backward excitation module can be provided.
A module having the above four functions can be realized by one isolator element. Therefore, the present module is much cheaper than the conventional sum of the individual module costs. Furthermore, there is no need to connect (fusing) individual modules to each other with optical fibers as in the prior art, so that there is no cost associated with the work.
(3) It is small.
Since the individual modules are not connected by an optical fiber unlike the conventional backward excitation module, there is no space for mounting the fiber in that part.
Further, as shown in the second embodiment, when all four ports are mounted in the same direction of the case, all the spaces for processing the extra fiber length can be made common, and the size can be further reduced. . Therefore, the module size can be reduced.
(4) Optical coupling loss is small.
When individual modules are connected by optical fibers as in the prior art, the total insertion loss exceeds at least their cumulative loss. In addition, a connection loss occurs between the fibers.
However, in the backward pumping optical coupling method of the present invention and the backward pumping optical coupler using the method, since only the isolator element is inserted between one facing collimator beam, the fiber There is no cumulative loss as well as connection loss. Therefore, optical coupling loss is small.
(5) The wavelength loss characteristics of the signal light are flat.
Conventionally, when the pump light and the signal light are multiplexed and demultiplexed on a common fiber, a wavelength separation element (for example, a dielectric thin film) having a multiplexing / demultiplexing function has been used. As is well known, the wavelength separation element has a sharp wavelength and loss characteristic at the boundary between the wavelengths of the pump light and the signal light, so that the wavelength loss characteristics of the pump light wavelength band and the signal light wavelength band are respectively different. Difficult to be flat.
In an optical fiber communication system, this flatness is an important characteristic in signal transmission characteristics.
However, since the optical coupler for backward pumping of the present invention does not include such a wavelength separation element, flatness can be obtained in both wavelength bands, so that signal transmission characteristics do not deteriorate.
As described above, the details of the present invention have been mainly described with reference to the optical coupler for backward pumping of the present invention. However, the optical coupling method for backward pumping of the present invention is mainly described in FIGS. 3A to 3D, the same as the optical coupling method used in the backward-pumping optical coupler described with reference to FIGS. 4 and 6, and the effect of the present invention is also the same.
As described above, according to the present invention, it is possible to mass-produce a small-sized backward-pumping optical coupler inexpensively and with high precision, which was not conceivable in the past. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams for explaining a first embodiment of the optical coupler for backward pumping according to the present invention. FIG. 1A is a diagram showing a basic configuration, and FIG. 1B is a diagram showing a mounting configuration.
2A and 2B are diagrams illustrating a second embodiment of the optical coupler for backward pumping according to the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating a basic configuration, and FIG. 2B is a diagram illustrating a mounting configuration.
3A to 3D are diagrams illustrating a third embodiment of the optical coupler for backward pumping according to the present invention. FIG. 3A is a diagram illustrating a basic configuration, FIG. 3B is a diagram illustrating a mounting configuration, and FIGS. 3C and 3D. FIG. 3C is a view for explaining an example of actual mounting, FIG. 3C is a plan view, and FIG. 3D is a side view.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which the optical coupler for backward pumping of the present invention is applied to a high-output EDFA.
FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of the configuration of a conventional EDFA.
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the isolator module.
FIG. 7 is a diagram showing a second example of the configuration of a conventional EDFA.
