JP3251330B2 - 光増幅器用光モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエルビウム等の希土類元
素をドープした光ファイバを使用した光増幅器用の光モ
ジュールに関する。

【０００２】最近、光信号を直接増幅できる光増幅器の
研究が盛んに進められており、その中で希土類元素（Ｅ
ｒ，Ｎｂ，Ｙｂ等）をドープした光ファイバと励起光を
組み合わせた光増幅器が注目されている。

【０００３】この光増幅器は、偏波依存性がないこと、
低雑音であること、光ファイバ伝送路との結合損失が小
さいといった優れた特徴があり、光ファイバ伝送システ
ムにおける伝送中継距離の飛躍的増大、光信号の多数へ
の分配を可能にすると期待されている。

【０００４】このような光増幅器を実現するためには、
少なくとも信号光と励起光を分波する分波器、モニタ光
取り出しのためのカプラ等を含んだ光回路が必要であ
り、エルビウムドープ光ファイバの前方に配置する光回
路と後方に配置する光回路とをコンパクトにまとめた光
増幅器用光モジュールが要望されている。

【０００５】

【従来の技術】従来、エルビウムドープ光ファイバの前
方に前方光モジュール、後方に後方光モジュールがそれ
ぞれ独立して配置されており、各々の光モジュールは分
波器、カプラ等の個別の光デバイスを基板上に実装して
構成されている。

【０００６】そして、光デバイスとして、図１（Ａ）に
示すような一方の直角プリズム３の斜面に分波膜、カプ
ラ膜等の光学膜４を蒸着し、光学接着剤６で他方の直角
プリズム５を貼り合わせて構成したキューブ状のビーム
スプリッタ２を採用していた。

【０００７】このような光デバイスの光学膜は直角プリ
ズム間に挟まれているため、ショート構成と称され、光
路構成を簡略化することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の光増幅器用光モジュールにはショート構成の光学膜を
使用したキューブ状のビームスプリッタ等の光デバイス
が使用されているため、励起光出力及び信号光出力がハ
イパワーになると、有機物質である光学接着剤が光エネ
ルギーで劣化損傷し、光デバイスの信頼性を損なうとい
う問題があった。

【０００９】また、従来はキューブ状の光デバイスを個
々に基板上に実装して前方光モジュール及び後方光モジ
ュールを構成していたため、実装面積の増大、挿入損失
の増加という問題があった。

【００１０】しかし、ただ単に多数のオープン膜を独立
したガラス基板に蒸着して、これらのガラス基板を個々
に基板又は筐体に固定すると、ガラス基板の相互の位
置、角度を精密に制御しにくく、各々のガラス基板の温
度、経時変化等に起因する角度ずれが反射回数分加算さ
れて光路の安定性が低いという問題があった。

【００１１】さらに、従来は前方光モジュール及び後方
光モジュールが相互に独立していたため、光モジュール
の占有スペースが大きくなり、光増幅器の小型化を阻害
する要因となっていた。

【００１２】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、オープン構成の各
種光学膜を使用して希土類ドープ光ファイバの前方の光
回路と後方の光回路とを同一筐体内に一体化した光増幅
器用光モジュールを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、分波膜、カプラ膜、偏光分離膜等の
各種オープン光学膜を第１及び第２平行平板状ガラス基
板表面に部分的に蒸着し、ガラス基板表面及び基板内で
反射又は屈折させる光路構成を取ることにより、光機能
の一体集積化を図る。

【００１４】また、信号光の伝搬方向に対し希土類ドー
プ光ファイバの前方の光回路と、後方の光回路とを一つ
の筐体内に一体化して、コンパクトな光モジュールを構
成する。

【００１５】さらに、光増幅器の光回路は、光増幅器の
使用目的に応じて種々の構成があり、これをより小型
に、より効率的な光路で一体化するために、光学膜、ア
イソレータ等の配列構成を最適化する。

【００１６】

【作用】本発明によれば、ガラス基板上に部分的に蒸着
したオープン光学膜で各種光デバイスの機能を一体化し
たため、従来のように励起光及び信号光のハイパワーで
デバイスが劣化を起こすことがなく、小型で高信頼の光
増幅器用光モジュールを提供することができる。

【００１７】さらに、前方光回路と後方光回路とを同一
筐体内に一体化したため、光モジュールの小型化をさら
に促進することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。まず図２を参照すると、本発明の光モジュ
ールが適用される光増幅器のブロック図が示されてい
る。１０はコア中にエルビウム（Ｅｒ）をドープしたＥ
ｒドープ光ファイバであり、Ｅｒドープ光ファイバ１０
の前方には前方光回路１２が設けられており、後方には
後方光回路２６が設けられている。

【００１９】前方光回路１２は光カプラ１４と、光アイ
ソレータ１６と、分波器１８と、フォトダイオード２０
と、偏波カプラ２４とから構成されている。フォトダイ
オード２０はカプラ１４で分岐された信号光を検出し
て、信号光の監視を行うものである。

【００２０】後方光回路２６は分波器２８と、光アイソ
レータ３０と、光カプラ３２と、フォトダイオード３
４，３６と、偏波カプラ４０とから構成される。フォト
ダイオード３４は光カプラ３２で分岐された信号光を検
出し、増幅された信号光パワーが一定となるように図示
しないＡＰＣ回路によりフィードバック制御するもので
ある。

【００２１】フォトダイオード３６は、出力側の光ファ
イバに接続されたコネクタの嵌合が外れた場合、信号光
が反射して戻ってくるがこの一部を光カプラ３２で反射
してフォトダイオード３６で検出し、励起用レーザダイ
オード２２ａ，２２ｂ，３８ａ，３８ｂの駆動電流を落
として光増幅器を停止させ、安全を図るためのでもので
ある。

【００２２】然して、励起用レーザダイオード２２ａか
ら出射されたＰ偏光の励起光と、レーザダイオード２２
ｂから出射されたＳ偏光の励起光は、偏波カプラ２４で
合成され、分波器１８で反射されてＥｒドープ光ファイ
バ１０に入力され、ドープ光ファイバ１０中のＥｒイオ
ンを高いエネルギー準位に励起する。

【００２３】同様に、励起用レーザダイオード３８ａか
ら出射されたＰ偏光の励起光と、レーザダイオード３８
ｂから出射されたＳ偏光の励起光は、偏波カプラ４０で
合成され、分波器２８で反射されてＥｒドープ光ファイ
バ１０に後方から入力され、Ｅｒイオンを高いエネルギ
ー準位に励起する。

【００２４】このような状態のところに、光カプラ１
４、光アイソレータ１６及び分波器１８を介して例えば
波長１．５５μｍの信号光が入力すると、信号光と同一
波長の光の誘導放出が起こり、信号光がＥｒドープ光フ
ァイバ１０に沿って次第に増幅される。

【００２５】増幅された信号光は分波器２８、光アイソ
レータ３０及び光カプラ３２を透過して光ファイバ伝送
路に送出される。光カプラ３２で分岐された信号光はフ
ォトダイオード３４で検出され、増幅された信号光パワ
ーが一定となるように図示しないＡＰＣ回路によりフィ
ードバック制御される。

【００２６】また、フォトダイオード２０の出力により
ＬＤ２２ａ，２２ｂ，３８ａ，３８ｂの駆動回路が信号
光の入力に応じてオンオフ制御される。次に図３を参照
して、本発明の光モジュールの実施例を詳細に説明す
る。図２のブロック図に示された構成部分と実質的に同
一構成部分については同一符号を付して説明する。

【００２７】筐体４２には光ファイバから出射された光
ビームをコリメートビームにする８個のレンズアセンブ
リ４４，４６，４８，５２，７６，７８，８０，８２
と、３個のフォトダイオード２０，３４，３６とが取り
付けられている。

【００２８】レンズアセンブリ４４はＥｒドープ光ファ
イバ１０の入力側に接続され、レンズアセンブリ４６は
その出力側に接続される。レンズアセンブリ４８は入力
側光ファイバ５０に接続され、光モジュールの入力ポー
トとして作用し、レンズアセンブリ５２は出力側光ファ
イバ５４に接続され、光モジュールの出力ポートとして
作用する。出力側光ファイバ５４の端部は光コネクタ５
６に接続されている。

【００２９】レンズアセンブリ７６は偏波面保存ファイ
バ８６によりＰ偏光を出力する前方励起用レーザダイオ
ード２２ａに接続され、レンズアセンブリ７８は偏波面
保存ファイバ８８によりＳ偏光を出力する前方励起用レ
ーザダイオード２２ｂに接続されている。

【００３０】一方、レンズアセンブリ８０は偏波面保存
ファイバ９０によりＰ偏光を出力する後方励起用レーザ
ダイオード３８ａに接続され、レンズアセンブリ８２は
偏波面保存ファイバ９２によりＳ偏光を出力する後方励
起用レーザダイオード３８ｂに接続されている。

【００３１】筐体４２の内部には信号光を分岐するカプ
ラプリズム５８と、励起光を信号光に合波する励起プリ
ズム６４とが信号光光路に対して所定角度、例えば４５
°傾けて配置されている。

【００３２】カプラプリズム５８は平行平板状ガラス６
０の一方の面６０ａにカプラ膜６２を蒸着し、他方の面
６０ｂに無反射膜を蒸着して構成されている。カプラ膜
６２は高屈折材料を使用した偏光無依存性カプラ膜であ
る。

【００３３】励起プリズム６４は平行平板状ガラス６６
の一方の面６６ａに分波膜６８を蒸着し、他方の面６６
ｂに第１偏光分離膜７０と第２偏光分離膜７２を蒸着
し、残部表面に無反射膜を蒸着して構成されている。

【００３４】カプラプリズム５８と励起プリズム６４の
間の入力信号光の光路上には光アイソレータ１６が挿入
されており、出力信号光の光路上には光アイソレータ３
０が挿入されている。これらの光アイソレータ１６，３
０は例えば特公昭６１−５８８０９号に記載されたよう
なテーパルチル型光アイソレータから構成されている。

【００３５】さらに、光アイソレータ３０とカプラプリ
ズム５８との間の出力信号光の光路上には、波長１．５
５μｍの信号光のみを透過させる狭帯域バンドパスフィ
ルタ７４が挿入されている。

【００３６】然して、ＬＤ２２ｂから出射した波長１．
４８μｍのＳ偏光の励起光は無反射膜を透過して分波膜
６８で反射され、第１偏光分離膜７０に入射し、ここで
また反射される。

【００３７】一方、ＬＤ２２ａから出射した波長１．４
８μｍのＰ偏光の励起光は第１偏光分離膜７０を透過
し、Ｓ偏光と合成されて分波膜６８に入射する。合成さ
れた励起光は分波膜６８で反射されてレンズアセンブリ
４４を介してＥｒドープ光ファイバ１０に前方から入力
され、Ｅｒイオンを高いエネルギー準位に励起する。

【００３８】ＬＤ３８ｂから出射した波長１．４８μｍ
のＳ偏光の励起光は無反射膜を透過して分波膜６８で反
射され、第２偏光分離膜７２に入射し、ここでまた反射
される。

【００３９】一方、ＬＤ３８ａから出射した波長１．４
８μｍのＰ偏光の励起光は第２偏光分離膜７２を透過
し、Ｓ偏光と合成されて分波膜６８に入射する。合成さ
れた励起光は分波膜６８で反射されてレンズアセンブリ
４６を介してＥｒドープ光ファイバ１０に後方から入射
され、Ｅｒイオンを高いエネルギー準位に励起する。

【００４０】入力光ファイバ５０からの信号光はレンズ
アセンブリ４８を介して光モジュールに入射され、カプ
ラプリズム５８、光アイソレータ１６、励起プリズム６
４を透過して、レンズアセンブリ４４を介してＥｒドー
プ光ファイバ１０に入力される。

【００４１】Ｅｒイオンが高いエネルギー準位に励起さ
れているので、波長１．５５μｍの信号光がＥｒドープ
光ファイバ１０に入力されると、信号光と同一波長の光
が誘導放出され、信号光はドープ光ファイバ１０に沿っ
て次第に増幅される。

【００４２】入力信号光はカプラプリズム５８のカプラ
膜６２でその一部が反射分岐され、フォトダイオード２
０で検出れさる。フォトダイオード２０の出力によりＬ
Ｄ２２ａ，２２ｂ，３８ａ，３８ｂの駆動回路がオンオ
フ制御される。

【００４３】Ｅｒドープ光ファイバ１０で増幅された信
号光は筐体４２に固定されたレンズアセンブリ４６でコ
リメートビームにされ、分岐カプラ６４の表面に形成さ
れた無反射膜及び分波膜６８を透過し、さらに偏光無依
存性光アイソレータ３０及び信号光のみを透過させる狭
帯域バンドパスフィルタ７４を透過してカプラプリズム
５８に入射する。

【００４４】カプラプリズム５８のカプラ膜６２で信号
光の一部はフォトダイオード３４に反射分岐され、増幅
後の信号光パワーが一定値となるように図示しないＡＰ
Ｃ回路によりフィードバック制御される。殆どの信号光
はカプラ膜６２を透過してレンズアセンブリ５２を介し
て出力側光ファイバ５４に結合される。

【００４５】出力側光ファイバ５４の先端に接続された
光コネクタ５６の嵌合が外れると、信号光が反射して増
幅器に戻ってくるが、この反射帰還光はレンズアセンブ
リ５２からカプラプリズム５８に入射し、その一部はカ
プラ膜６２で反射されてフォトダイオード３６で検出さ
れる。フォトダイオード３６で反射帰還光を検出する
と、励起用ＬＤ２２ａ，２２ｂ，３８ａ，３８ｂの駆動
電流を落として光増幅器を停止させ、安全を図る。

【００４６】上述した実施例では、励起プリズム６４の
片面６６ａ全面に分波膜６８を蒸着して、ＬＤ２２ｂ，
３８ｂからの励起光を反射させているが、分波膜では若
干反射損失が生ずるので、この部分をマスクして全反射
膜を部分的に蒸着し、反射損失を低減するようにしても
よい。

【００４７】本実施例によれば、２つのプリズムを使用
してそれぞれ２個の励起用ＬＤを有する前方光回路と後
方光回路とを同一筐体内に収容することができるため、
光増幅器の小型化及び性能の向上を図ることができる。

【００４８】図４を参照すると、カプラプリズムの他の
構成が示されている。カプラプリズム５８′は上述した
実施例と同様に平行平板状ガラス基板６０から構成さ
れ、その一方の面６０ａには第１の分岐比を有するカプ
ラ膜６２′が蒸着され、残部表面には無反射膜が蒸着さ
れている。また、ガラス基板６０の他方の面６０ｂには
第２の分岐比を有するカプラ膜９４が蒸着され、残部表
面には無反射膜が蒸着されている。

【００４９】この実施例では、増幅された信号光の一部
はカプラプリズム５８′のカプラ膜６２′で反射され、
その一部がカプラ膜９４でさらに反射されて矢印Ａ方向
に伝搬する。図３に示した信号光モニタ用のフォトダイ
オード３４は矢印Ａ方向に伝搬する信号光を検出する位
置に取り付けられる。

【００５０】一方、カプラ膜６２′で反射分岐された信
号光の大部分はカプラ膜９４を透過し矢印Ｂ方向に伝搬
する。この信号光を光モニタに取り入れることにより、
信号光波形を観察することができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように構成したの
で、光増幅器の光回路を低損失で小型化、高安定化で
き、光増幅器の小型化、高性能化を実現できる。また、
オープン構成の光学膜をガラス基板に蒸着したカプラプ
リズム及び励起プリズムを採用し前方光回路と後方光回
路とを同一筐体内に収容したため、光増幅器用光モジュ
ールの小型化、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学膜のショート構成及びオープン構成を示す
図である。

【図２】本発明が適用される光増幅器のブロック図であ
る。

【図３】本発明実施例の平面図である。

【図４】カプラプリズムの他の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ Ｅｒドープ光ファイバ １６，３０ 光アイソレータ ２２ａ，２２ｂ，３８ａ，３８ｂ レーザダイオード ２０，３４，３６ フォトダイオード ４２ 筐体 ４４，４６，４８，５２，７６，７８，８０，８２ レ
ンズアセンブリ ５８ カプラプリズム ６２ カプラ膜 ６４ 励起プリズム ６８ 分波膜 ７０，７２ 偏光分離膜 ７４ バンドパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 輝洋 北海道札幌市中央区北一条西２−１ 富 士通北海道ディジタルテクノロジ株式会 社内株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/10 H01S 3/06 - 3/07 H01S 3/0941 G02F 1/35

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号光伝搬方向に対し、希土類ドープ光
   ファイバの前方の光回路と後方の光回路とを共通の筐体
   内に構成した光増幅器用光モジュールであって、 筐体に前記希土類ドープ光ファイバの入力端及び出力端
   がそれぞれ接続される第１入力ポート及び第１出力ポー
   トと、入力光ファイバが接続される第２入力ポートと、
   出力光ファイバが接続される第２出力ポートと、第１励
   起光源からの励起光が導入される第３入力ポートとを設
   け、 第１の平行平板ガラスの一方の面に第１カプラ膜の形成
   されたカプラプリズムと、第２の平行平板ガラスの一方
   の面に分波膜の形成された励起プリズムとを、信号光の
   光路に対してそれぞれ所定角度傾けて筐体内に配置し、 前記第１カプラ膜で反射分岐された入力側の信号光及び
   出力側の信号光をそれぞれ受光する第１及び第２受光素
   子を筐体に取り付けて構成され、 前記第１励起光源からの励起光を前記分波膜で反射させ
   て前記第１入力ポート及び第１出力ポートの一方に導入
   するようにした ことを特徴とする光増幅器用光モジュー
   ル。
2. 【請求項２】 第２励起光源からの励起光が導入される
   第４入力ポートを前記筐体に設け、前記第１励起光源か
   らの励起光を前記分波膜で反射させて前記第１入力ポー
   ト及び第１出力ポートの一方に導入し、前記第２励起光
   源からの励起光を該分波膜で反射させて前記第１入力ポ
   ート及び第１出力ポートの他方に入力させるように構成
   したことを特徴とする請求項１記載の光増幅器用光モジ
   ュール。
3. 【請求項３】 第３励起光源からの励起光が導入される
   第５入力ポートと、第４励起光源からの励起光が導入さ
   れる第６入力ポートとを前記筐体に設け、 前記第２の平行平板ガラスの他方の面に第１及び第３励
   起光源からの励起光を合成する第１偏光分離膜と第２及
   び第４励起光源からの励起光を合成する第２偏光分離膜
   とを形成したことを特徴とする請求項２記載の光増幅器
   用光モジュール。
4. 【請求項４】 前記出力ファイバに接続された光コネク
   タの嵌合外れに起因する反射帰還光を、前記第１カプラ
   膜で反射して検出する第３受光素子を筐体に取り付けた
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光増
   幅器用光モジュール。
5. 【請求項５】 前記第１の平行平板ガラスの他方の面に
   第２カプラ膜を形成し、前記希土類ドープ光ファイバで
   増幅された信号光の一部が前記第１カプラ膜で反射さ
   れ、さらに前記第２カプラ膜で反射された信号光の一部
   を受光する位置に前記第２受光素子を取り付け、前記第
   ２カプラ膜を透過する信号光が出力される位置に光モニ
   タに接続可能な第３出力ポートを設けたことを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれかに記載の光増幅器用光モジュ
   ール。
6. 【請求項６】 前記カプラプリズムと前記励起プリズム
   との間に、前記第２入力ポートから前記第１入力ポート
   方向のみの信号光の通過を許容する第１偏光無依存性光
   アイソレータと、前記第１出力ポートから前記第２出力
   ポート方向のみの信号光の通過を許容する第２偏光無依
   存性光アイソレータとを設けたことを特徴とする請求項
   １〜５のいずれかに記載の光増幅器用光モジュール。
7. 【請求項７】 前記第２偏光無依存性光アイソレータと
   前記カプラプリズムとの間に信号光のみを透過させる狭
   帯域バンドパスフィルタを挿入したことを特徴とする請
   求項１〜６のいずれかに記載の光増幅器用光モジュー
   ル。
8. 【請求項８】 前記第１及び第２カプラ膜が高屈折率材
   料から形成した偏光無依存性カプラ膜であることを特徴
   とする請求項５記載の光増幅器用光モジュール。