JP3282246B2 - 光増幅器用光モジュール - Google Patents

光増幅器用光モジュール

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類ドープ光ファイ
バを用いた光増幅器に励起光を供給するための光モジュ
ール構成に関する。近年光ファイバ増幅器の実用化が進
められており、特に高出力の目的の光ファイバ増幅器の
場合は高出力後方励起方式が有効である。このため、高
出力・高信頼の励起用光モジュールが必要である
【0002】
【従来の技術】従来の光モジュールの構成例を図11に、
従来の合波プリズムの構成例を図12にそれぞれ示す。図
中、10はエルビウムドープファイバで、増幅機能を持つ
もの、61及び71は励起レーザーダイオードで、エルビウ
ムドープファイバを励起するもの、50は前段光回路で信
号光を送出するもの、90は光モジュール構成で、励起レ
ーザー光を結合してエルビウムドープファイバに注入す
ると共に増幅された信号光を分離するもの、91は筐体
で、結合レンズと分合波プリズムを固定するもの、40は
合分波プリズムで、複数のガラスプリズム41を接着して
構成したもの、43は合分波膜、44は偏光分離膜であり、
合分波を司るものである。
【0003】このように、従来、エルビム等の希土類
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
モジュールは、光路構成を簡略にするために、ガラスプ
リズム41間に挟んで光学接着された光学膜42(ショート
膜と言う。)を用いた個別デバイスで構成されていた。
ところが、励起光出力および信号光出力が高出力である
ため、有機物質である光学接着剤45が光エネルギーで劣
化損傷する可能性がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このため、デバイスの
信頼性を損ない、ひいては光中継器全体の信頼性を損な
うおそれがあるという問題があった。本発明は、光増幅
用光モジュールに、光学接着剤を使用しない構成を採
り、光学接着剤がレーザー光によって損傷を受けること
によるデバイスの劣化を回避することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。図中、21は複屈折結晶のプリズムで、光を屈
折させるもの、22はオープン膜、即ち複屈折結晶のプリ
ズムの表面に蒸着した光学膜で、光を選択的に反射若し
くは透過するものである。本発明は、複屈折結晶に入射
または出射する常光及び異常光に対する屈折率が相違す
ることを利用するものである、すなわち二つの励起光線
を複屈折結晶のプリズム(21)にそれぞれ常光及び異常
光として、一定の入射角で入射させ、オープン膜(22)
で反射した後、プリズムから出射するときは、同じ出射
位置、角度になるようにして、二つの励起光を合成する
ものである。
【0006】
【作用】光増幅器用光モジュールにはその光学機能上、
波長合分波膜(WDM膜と略す。)や偏光合分波膜(P
BS膜と略す。)が用いられることが多いが、これらの
オープン膜を独立したガラス基板に蒸着して、独立に本
体基板に固定すると、ガラス基板相互の位置・角度を精
密に制御しにくく、またそれぞれのガラス基板の角度ず
れ(温度・経時変化による)が反射回数分加算されて、
光軸の安定度が低いという問題が発生する。
【0007】ところで、複屈折結晶に光線を入射した場
合、入射光線は結晶軸に垂直な成分(常光)と結晶軸を
含め面に平行な成分(異常光)とに別れ、それぞれ異な
る屈折角で屈折する。従って、該複屈折結晶から出射す
る際、常光と異常光とでは出射点が異なる事になる。こ
の出射点から、逆に常光と異常光を入射すると、逆の経
路を辿って、両者の合成した光が一点から一方向に出射
されることが期待される。
【0008】本含発明は、この原理を使って、相異なる
2点から励起光を入射して合成する方法を提供するもの
である。即ち、WDM膜を複屈折結晶の一面に蒸着し、
その複屈折結晶内で反射屈折させる光路構成により、2
つの励起光を二重化し、信号光と励起光を合分波する機
能を一個の結晶に一体化する。この事により、オープン
膜を使用して信頼性が高く、且つ一体化構造で光軸の安
定性が高い構成が実現する。
【0009】本発明では、図1の如く、複屈折結晶板21
の一つの面にWDM膜を構成したもので、WDM膜を構
成した面に対向する面から、互いに偏波面の直交する二
つの励起光を当該結晶に対して常光及び異常光として、
適当な角度で入射すると、WDM膜で反射して、対向面
から2重化された励起光として、エルビウムドープファ
イバに注入される。エルビウムドープファイバで増幅さ
れた信号光は、WDM膜に入射するが、WDM膜は信号
光に対しては透過特性を示すので、その点で結晶外に出
射する。
【0010】
【実施例】以下の実施構成例に共通する光増幅器の全体
の構成を図2に示す。本願発明は図中の破線で示す部分
の構成に関する。第1の実施構成例のモジュール構造を
図3に、その複屈折結晶板の構成を図4に示す。エルビ
ウムドープファイバ10で増幅された信号光は、偏波面保
存ファイバ12から筐体91に固定されたレンズAs11でコ
リメートビームにされ、複屈折結晶板の第1面の無発射
膜(AR膜と略す。)23に入射する(AR膜の無い場合
もあるが、以下の説明では在るものとする。)。ここで
の信号光の電束密度ベクトルDの振動方向は主断面(光
線と光軸を含む平面のことである。)と垂直(或いは平
行)である。このため、信号光は第2面から単一の光信
号の状態で結晶外の一定方向に出射し、次段(アイソレ
ータ等)に入力される。また、信号光が任意の偏光状態
(即ち、常光、異常光共に存在する)場合でも、常光と
異常光の分離度が低い場合には、次段(レンズアッセン
ブリイーやアイソレータ等)に対して問題なく結合でき
る。
【0011】二つの励起光の内、一つは励起レーザ61か
ら偏波面保存ファイバ62及びレンズアッセンブリ(レン
ズASと略す。)63を通って、複屈折結晶21に第1面か
ら入射するが、ここで電束密度ベクトルDの振動方向は
主断面と垂直(或いは平行)にして第1面上のAR膜23
に入射する。複屈折結晶21に入射した励起光は第2面上
の合分波膜22で反射する。信号光の電束密度ベクトルD
の振動方向が主断面と垂直(或いは平行)の時にとりう
る光軸に、この反射光の光軸を一致させる様に入射する
位置、角度を設定する。
【0012】またもう一つの励起光は励起レーザ71から
偏波面保存ファイバ72、レンズAS73を通り第1面上の
AR膜23に入射するがその際の電束密度ベクトルDの振
動方向は主断面に平行(或いは垂直)で、前の励起光と
同様第2面上の分波膜22で反射する。この光軸を信号光
が電束密度ベクトルDの振動方向が主断面に対し平行
(或いは垂直)の時にとりうる光軸と一致する様に入射
位置、角度を設定する。
【0013】このようにして、第2面上の合分波膜22で
反射した二つの励起光は第1面で屈折して共にレンズA
s11を通って、エルビウムドープファイバ10に入射され
エルビュウムを励起する。第2の実施構成例の複屈折結
晶板の構成を図5に示す。第1面の信号光が入射する部
分に信号光反射・励起光透過特性を有するWDM膜をつ
け、第2面に全反射膜(HR膜と略する。)を付け、こ
のHR膜を反射した漏洩信号光が第1面に入射する部分
にAR膜を付けた構成とする。第1の実施構成例と同様
にして複屈折結晶板に入射した励起光は第2面のHR膜
で全反射し、第1面のWDM膜を透過してエルビウムド
ープファイバに入射する。エルビウムドープファイバで
増幅された信号光は第1面のWDM膜で反射して結晶外
の一定方向に出射し、次段(アイソレータ等)に入力さ
れる。第1面のWDM膜を透過した漏洩信号光は第2面
のHR膜で全反射し、第1面のAR膜の箇所から結晶外
へ放出される。
【0014】同じ構造で第2面のAR膜を、信号光透過
・励起光反射のWDM膜で置き換えることにより同様の
機能を実現することが出来る。この場合、第1面のWD
M膜を透過した漏洩信号光は第2面のWDM膜を透過し
て結晶外へ放出され、漏洩信号光が励起LDに入るのを
防ぐことができる。その他の動作はHR膜使用の場合と
同様である。
【0015】第3の実施構成例の複屈折結晶板の構成を
図6に示す。第1面の信号光が入射する部分にAR膜を
つけ、このAR膜を透過した信号光が第2面に入射する
部分に信号光透過・励起光反射のWDM膜をつけ、第1
面の励起光の入射する部分にAR膜をつけ、励起光が第
1面と第2面で複数回反射して第2面のWDM膜で反射
後第1面の信号光入射部分に到達する光路の第1面と第
2面の反射部分にHR膜をつけた構成とする。第1の実
施構成例と同様にして複屈折結晶板に入射した励起光は
第2面及び第1面のHR膜で全反射を繰り返し、第2面
のWDM膜で反射後、第1面のAR膜を透過してエルビ
ウムドープファイバに入射する。エルビウムドープファ
イバで増幅された信号光は第1面のAR膜を透過後、第
2面のWDM膜を透過して結晶外の一定方向に出射し、
次段(アイソレータ等)に入力される。本構成の場合励
起光が複数回反射を繰り返すので、2つの励起光の入射
点でのビームの間隔を大きくすることができる。
【0016】同じ構造で第1面及び第2面の励起光反射
用のHR膜を信号光透過・励起光反射のWDM膜で置き
換えることにより同様の機能を実現することが出来る。
この場合第2面は前面同一のWDM膜を使用できるので
膜構成が簡単になる、又漏洩信号光は各反射点で結晶外
に放出され、信号光の漏れ込みを低減できる。第4の実
施構成例の複屈折結晶板の構成を図7に示す。本構成は
第3の実施構成例の複屈折結晶板の構成において、第1
面の信号光が入射する部分のAR膜の代わりに信号光反
射・励起光透過のWDM膜をつけ、第2面にHR膜をつ
けたものである。エルビウムドープファイバで増幅され
た信号光は第1面のWDM膜で反射され結晶外の一定方
向に出射し、次段(アイソレータ等)に入力される。励
起光の伝搬については第3の実施構成例の場合と同じで
ある。
【0017】同じ構造で第1面及び第2面の励起光反射
用のHR膜を信号光透過・励起光反射のWDM膜で置き
換えることにより同様の機能を実現することが出来る。
この場合第2面は前面同一のWDM膜を使用できるので
膜構成が簡単になる、又漏洩信号光は各反射点で結晶外
に放出され、信号光の漏れ込みを低減できる。第5の実
施構成例の複屈折結晶板の構成を図8に示す。本実施構
成例は第1面と第2面が平行でない複屈折結晶板を使用
し、第1面の光線が入射する部分にAR膜を付け、第2
面に信号光を透過し励起光を反射するWDM膜を付けた
ものである。
【0018】第6の実施構成例の複屈折結晶板の構成を
図9に示す。本実施構成例は第1面と第2面が平行でな
い複屈折結晶板を使用し、第1面の光線が入射する部分
に信号光を反射し励起光を透過するWDM膜を付け、第
2面にHR膜を付けたものである。同じ構造で第2面の
HR膜を信号光透過・励起光反射のWDM膜に置き換え
ることにより同様の機能を実現することが出来る。
【0019】第7の実施構成例を図10に示す。本構成例
は、第1の複屈折結晶プリズムとして、図8の複屈折結
晶板の構成を用い、その信号出力側に、光信号の偏波面
を45°回転させる磁気光学結晶を配置し、更に第2の
複屈折結晶プリズムを配した構成である。第2の複屈折
結晶プリズムの結晶軸を第1のそれに対して45°回転
させておく。このことにより、アイソレータ内蔵の構成
となる。
【0020】なお、第1の複屈折結晶プリズム及び第2
の複屈折結晶プリズムの構成は、図4、図5、図6の複
屈折結晶板の構成でも同様の効果を得ることが出来る。
また、以上の実施構成例のいずれについても、光信号出
力側に、狭帯域帯域濾波器、分岐器等の光学膜を用いた
光回路を挿入する構成も採ることができる。以上の説明
から明らかなように、請求項1ないし請求項8の発明に
より、
【発明が解決しようとする課題】に記載した「光学接着
剤を使用しない構成を採り、光学接着剤がレーザー光に
よって損傷を受けることによるデバイスの劣化を回避す
る」ことが可能となった。
【0021】
【発明の効果】本請求項1ないし8の構成を用いること
により、偏光分離膜をガラスプリズムの間に挟み込むた
めに必要であった光学接着剤が不要となり、その光学接
着剤がレーザ光によって損傷を受けることによるデバイ
スの劣化を回避することが可能となった。 したがって、
本実施例によれば、偏波合成して高出力化した励起光を
エルビウムドープファイバへ後方励起する光モジュール
の信頼性を損なうことなく、その光モジュールを小型・
低損失に構成する事ができ、光増幅器の小型化・高性能
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】光増幅器の全体の構成例である。
【図3】第1の実施構成例のモジュール構造である。
【図4】第1の実施構成例の複屈折結晶板の構成であ
る。
【図5】第2の実施構成例の複屈折結晶板の構成であ
る。
【図6】第3の実施構成例の複屈折結晶板の構成であ
る。
【図7】第4の実施構成例の複屈折結晶板の構成であ
る。
【図8】第5の実施構成例の複屈折結晶板の構成であ
る。
【図9】第6の実施構成例の複屈折結晶板の構成であ
る。
【図10】第7の実施構成例の複屈折結晶板の構成であ
る。
【図11】従来の光モジュールの構成例である。
【図12】従来の合分波プリズムの構成例である。 10 エルビウムドープファイバ 11、63、73 レンズAS 12、62、72 偏波面保存ファイバ 21 複屈折結晶 22 光学膜(オープン膜) 23 AR膜 40 合波プリズム 41 ガラスプリズム 42 光学膜(ショート膜) 43 合分波膜 44 偏光分離膜 45 光学接着剤 50 前段回路 61、71 励起レーザ 90 光モジュール構成 91 筐体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/17 (72)発明者 福島 暢洋 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−252629(JP,A) 特開 平4−127130(JP,A) 特開 平5−341232(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 G02F 1/35 501 H04B 10/16 H04B 10/17 JICSTファイル(JOIS)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コリメータビーム中に光学機能部品を挿入
    し、希土類ドープ光ファイバ増幅器の後方励起光と信号
    光の結合及び分岐をする光増幅用モジュールにおいて、 信号光入力光軸に対し一定の角度だけ傾けて配置した複
    屈折結晶平板の、信号光からみての第1面に対向する第
    2面に信号光は透過、励起光は反射する光学膜を付けて
    光路を構成した事を特徴とする光モジュール構成。
  2. 【請求項2】請求項1において、第1面の光線が入射す
    る部分に信号光は反射、励起光は透過する波長分波膜を
    付け、第2面に少なくとも励起光は反射する光学膜を付
    けた事を特徴とする光モジュール構成。
  3. 【請求項3】請求項1において、第1面を透過した光線
    が第2面に入射する部分に波長分波膜を付け、励起光の
    第1面への入射点と信号光の第1面への入射点の間の第
    1面上及び該光学膜で反射した励起光が入射する第2面
    上に少なくとも励起光を反射する光学膜を付けた事を特
    徴とする光モジュール構成。
  4. 【請求項4】請求項3において、第1面の信号光の入射
    する部分に信号光は反射、励起光は透過する光学膜を付
    けた事を特徴とする光モジュール構成。
  5. 【請求項5】コリメータビーム中に光学機能部品を挿入
    する構成を採り、希土類ドープ光ファイバ増幅器の後方
    励起光と信号光の結合及び分岐に使用する光増幅用モジ
    ュールにおいて、 信号光入力光軸に対し一定の角度だけ傾けて配置したテ
    ーパ型複屈折結晶板の信号光からみての第1面に対向す
    る第2面に信号光は透過、励起光は反射する光学膜を付
    けて光路を構成した事を特徴とする光モジュール構成。
  6. 【請求項6】請求項5において、第1面の光線が入射す
    る部分に信号光は反射、励起光は透過する波長分波膜を
    付け、第2面に少なくとも励起光は反射する光学膜を付
    けた事を特徴とする光モジュール構成。
  7. 【請求項7】請求項1、請求項3、請求項5において、
    信号光の出射光軸上に、光線の偏波軸を45°回転させ
    る磁気光学結晶を配置し、さらに請求項1、請求項3、
    請求項5の複屈折結晶に対し45°結晶軸が回転してい
    る複屈折結晶を置き、信号光に対しアイソレーション機
    能を持たせた事を特徴とする光モジュール構成。
  8. 【請求項8】請求項1から請求項7までの各請求項にお
    いて、信号光入射部分又は励起光入射部分で波長分波
    膜、全反射膜のいずれをも付していない部分に無反射膜
    を付けたことを特徴とする光モジュール構成。
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