JPH1012953A - Composite module for optical fiber amplifier - Google Patents
Composite module for optical fiber amplifierInfo
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- JPH1012953A JPH1012953A JP16277996A JP16277996A JPH1012953A JP H1012953 A JPH1012953 A JP H1012953A JP 16277996 A JP16277996 A JP 16277996A JP 16277996 A JP16277996 A JP 16277996A JP H1012953 A JPH1012953 A JP H1012953A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野におい
て、長距離光伝送や光信号の分岐の際に用いられる光信
号を電気信号に変換することなく増幅する光ファイバア
ンプ用複合モジュールに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite module for an optical fiber amplifier for amplifying an optical signal used in long-distance optical transmission or branching of an optical signal without converting it into an electric signal in the field of optical communication. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ファイバアンプでは干渉膜フィルタ，
アイソレータ，ビームスプリッタ，フォトディテクタな
ど多数の光部品が使用されている。これらの光部品は、
それぞれが光入力部の光ファイバ端と出射光を平行光に
するレンズとを有し、光出力部に集光用のレンズと光フ
ァイバとを有するモジュールとするために、光ファイバ
の融着処理によって光学的に結合される。2. Description of the Related Art In an optical fiber amplifier, an interference film filter,
Many optical components such as isolators, beam splitters, and photodetectors are used. These optical components are
Each module has an optical fiber end of an optical input section and a lens for collimating emitted light, and a module having a condensing lens and an optical fiber in an optical output section. Optically coupled.
【０００３】従って、(1) 融着のための光ファイバの余
長等がアンプの小型化の弊害になる、(2) ファイバ入出
力端の結合ロスがアンプ全体のロスとなる、(3) 融着処
理の工程が多いため組立効率が低い等の欠点があった。
このような問題を解決する手段として、信号光を第一の
光ファイバより出射し、第二のレンズで平行光に整形し
たうえで、少なくとも干渉膜フィルタや光アイソレータ
等の光部品を通し、第三のレンズで第二の光ファイバに
再結合させると共に、励起光を第三の光ファイバから入
射し、第四のレンズで平行光にし干渉膜フィルタで反射
させた後、第二のレンズによって集光させて第一の光フ
ァイバに入射させる複数の光部品を複合化した光ファイ
バアンプ用の複合モジュールが既に実用化されている。Therefore, (1) the extra length of the optical fiber for fusion splicing adversely affects the miniaturization of the amplifier, (2) the coupling loss at the fiber input / output end becomes the loss of the entire amplifier, (3) There are drawbacks such as low assembly efficiency due to the large number of fusion processing steps.
As means for solving such a problem, the signal light is emitted from the first optical fiber, shaped into parallel light by the second lens, and then passed through at least an optical component such as an interference film filter or an optical isolator. The third lens is re-coupled to the second optical fiber by the third lens, and the excitation light is incident from the third optical fiber, converted into parallel light by the fourth lens, reflected by the interference filter, and then collected by the second lens. A composite module for an optical fiber amplifier, in which a plurality of optical components that emit light and enter the first optical fiber, is already in practical use.
【０００４】また、構成する光部品の更なる複合化を目
的に、励起用光源として1.５μｍ帯の信号光に対する励
起用光源としての半導体レーザを内蔵した光ファイバ増
幅用合波モジュールが特開平４−３６９６２７号公報等
に提案されている。Further, in order to further compose the constituent optical components, an optical fiber amplifying multiplexing module incorporating a semiconductor laser as a pumping light source for a 1.5 μm band signal light as a pumping light source has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 9-163568. It has been proposed in JP-A-4-369627 and the like.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】通常、励起用のレーザ
光源を内蔵しない光ファイバアンプ用の複合モジュール
においては、第一乃至第三の光ファイバ端に励起光や信
号光を結合させるレンズ系は、各光ファイバのモードフ
ィールド径を、第一の光ファイバと第二の光ファイバ並
びに第一と第三の光ファイバとの間で接続損失がないよ
うに設計すればよい。特に、３つの光ファイバ端が同じ
シングルモードファイバに接続されている場合は像倍率
が全て１となり、各端とも同じレンズで設計することが
出来る。Normally, in a composite module for an optical fiber amplifier which does not include a laser light source for excitation, a lens system for coupling excitation light or signal light to the first to third optical fiber ends is provided. The mode field diameter of each optical fiber may be designed so that there is no connection loss between the first optical fiber and the second optical fiber and between the first and third optical fibers. In particular, when the three optical fiber ends are connected to the same single mode fiber, the image magnification is all 1, and each end can be designed with the same lens.
【０００６】しかし、励起用光源として使用される半導
体レーザは、ビームウエスト直径が１〜３μｍ程度と小
さく、開口数(ＮＡ)も0.６程度と大きい。これに対し、
光ファイバは、モードフィールド径が約１０μｍ、ＮＡ
が約0.２と大きな違いがある。この違いにより、いくつ
かの光部品が複合化されたモジュールにおいては、前記
光ファイバ増幅用合波モジュールのように、励起用のレ
ーザ光源を複合化し、励起光と信号光がモジュール内で
共に十分な結合効率を得るように構成するには、以下の
ような問題があった。However, a semiconductor laser used as an excitation light source has a small beam waist diameter of about 1 to 3 μm and a large numerical aperture (NA) of about 0.6. In contrast,
The optical fiber has a mode field diameter of about 10 μm and NA
But there is a big difference with about 0.2. Due to this difference, in a module in which several optical components are combined, as in the optical fiber amplification multiplexing module, the pumping laser light source is combined, and both the pumping light and the signal light are sufficiently mixed in the module. In order to obtain a high coupling efficiency, there are the following problems.
【０００７】(1) 半導体レーザからの放射光をレンズで
平行光にする場合、ＮＡが大きいため第一レンズに焦点
距離の長いレンズを使用すると、放射光がレンズの外周
にまで及び、光結合の損失が発生する。また、損失を抑
えるためにレンズの有効径を大きくすると、小型化の点
で支障がある。逆に、焦点距離が短いレンズを使用する
と、半導体レーザとレンズが接触する可能性があり、製
造上支障がある。(1) When the light emitted from the semiconductor laser is converted into parallel light by a lens, if a lens having a long focal length is used as the first lens because of a large NA, the emitted light reaches the outer periphery of the lens and optical coupling occurs. Loss occurs. Further, if the effective diameter of the lens is increased in order to suppress the loss, there is a problem in miniaturization. Conversely, if a lens with a short focal length is used, there is a possibility that the semiconductor laser and the lens come into contact with each other, which hinders manufacturing.
【０００８】(2) 平行光とはいえレーザ光はガウスビー
ムであるため、ビームウエスト直径に依存して広がりを
持つ。このため、光部品の複合化により信号光の光路長
が長くなることに加え、レーザ光の広がりの影響でビー
ムがレンズ外周部まで広がって収差の影響が出る等、像
倍率の設計だけでは十分な結合効率が得られない。 (3) 励起光を集光させて第一の光ファイバに入射させる
第二のレンズは、同時に第一の光ファイバから出射され
た信号光を平行光にする役目を持つ。このため、励起光
の結合効率が十分な条件においても、信号光に関して十
分な結合効率が得られるとは限らない。(2) Although the laser beam is a Gaussian beam even though it is a parallel beam, it spreads depending on the beam waist diameter. For this reason, the design of the image magnification alone is sufficient because the optical path length of the signal light becomes longer due to the combination of the optical components, and the beam spreads to the outer peripheral portion of the lens due to the effect of the spread of the laser light. High coupling efficiency cannot be obtained. (3) The second lens that collects the excitation light and makes it incident on the first optical fiber has a function of simultaneously converting the signal light emitted from the first optical fiber into parallel light. Therefore, even if the coupling efficiency of the pump light is sufficient, it is not always possible to obtain a sufficient coupling efficiency for the signal light.
【０００９】以上より、従来のアンプのようにインライ
ン型光部品を融着接続したものに対し、十分な光出力を
確保し同時に小型化を実現するには最適な光学設計を選
定する必要があった。しかし、前記光ファイバ増幅用合
波モジュールのように、励起用レーザ光源をその他の光
部品と共に平行光で結合させたものでも、内部の光学設
計に関する詳細が具体的に提示され、かつ、良好な結合
特性が得られているものはまだ製造されていないのが現
状である。As described above, it is necessary to select an optimal optical design for securing a sufficient optical output and realizing miniaturization at the same time as a conventional amplifier in which an in-line optical component is fusion-spliced. Was. However, even when the pumping laser light source is coupled with other optical components by parallel light, as in the optical fiber amplification multiplexing module, details regarding the internal optical design are specifically presented, and At present, those having the binding characteristics have not been manufactured yet.
【００１０】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、複数の光部品から構成され、内部の光学設計を具体
的に提示した光ファイバアンプ用複合モジュールを提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a composite module for an optical fiber amplifier which includes a plurality of optical components and specifically presents an internal optical design.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らが、前記光ファイバ増幅用合波モジュー
ルに関する上記３つの問題について調査，研究を行った
結果、以下のようなことが明らかになった。第一のレン
ズによって平行光にされる1.４８μｍ帯の半導体レーザ
から放射される励起光は、第一の光ファイバに結合させ
るためのレンズとして第二のレンズを信号光用のレンズ
と共用することになる。このため、第一及び第二のレン
ズの関係においては、像倍率を最適にした上で半導体レ
ーザの励起光の結合効率と信号光の結合効率とが同時に
最適になる条件を見い出す必要がある。In order to achieve the above object, the present inventors have investigated and studied the above three problems relating to the optical fiber amplification multiplexing module. It was revealed. Excitation light emitted from the semiconductor laser in the 1.48 μm band, which is collimated by the first lens, shares the second lens with the signal light lens as a lens for coupling to the first optical fiber. Will be. For this reason, in the relationship between the first and second lenses, it is necessary to find a condition under which the coupling efficiency of the excitation light of the semiconductor laser and the coupling efficiency of the signal light are simultaneously optimized after optimizing the image magnification.
【００１２】従って、先ず、信号光の光結合について検
討した。第一の光ファイバから出射され、第二のレンズ
で整形された信号光は、前記(2) のようにビームウエス
ト直径に依存して広がり角が変化する。このため、広が
り角が大きい信号光は、平行光路長に対してビームが広
がり、レンズの有効径に入らなくなったり収差の影響が
出る等により結合効率が低下し易くなる。また、逆に、
ビームの広がり角を抑えようとすると、ビームウエスト
直径自体が大きくなるため、同様の原因による結合効率
の低下が起こり易くなる。Therefore, first, the optical coupling of the signal light was examined. The divergence angle of the signal light emitted from the first optical fiber and shaped by the second lens changes depending on the beam waist diameter as described in (2) above. For this reason, the signal light having a large divergence angle spreads the beam with respect to the parallel optical path length, so that the coupling efficiency is likely to be reduced due to the fact that the beam does not enter the effective diameter of the lens or the influence of aberration occurs. Also, conversely,
If an attempt is made to reduce the beam divergence angle, the beam waist diameter itself becomes large, so that the coupling efficiency tends to decrease due to the same cause.
【００１３】そこで、ビームウエスト直径を変化させる
よう焦点距離ｆがそれぞれｆ＝1500, 2300, 3000, 3800
μｍの第二のレンズを４種類用意し、波長λ＝1.５５μ
ｍの信号光を使用して整形後のビームウエスト直径の測
定と、第三のレンズと第二の光ファイバとの光軸を結合
状態が最適になるよう調心し、そのときの結合効率の測
定を行った。その際、第一と第二の光ファイバにはモー
ドフィールド径が等しいシングルモードファイバを使用
したため、第一の光ファイバからの出射光のモードフィ
ールド径２Ｗ1 に対し第二の光ファイバへ入射するとき
のモードフィールド径２Ｗ2 が等しくなるように、第三
のレンズの焦点距離を第二のレンズと等しく設定した。In order to change the beam waist diameter, the focal lengths f are 1500, 2300, 3000, and 3800, respectively.
Prepare 4 types of second lens of μm, wavelength λ = 1.55μ
Measurement of the beam waist diameter after shaping using the signal light of m and alignment of the optical axis of the third lens and the second optical fiber so that the coupling state is optimal, and the coupling efficiency at that time A measurement was made. At that time, since a single mode fiber having the same mode field diameter was used for the first and second optical fibers, the light emitted from the first optical fiber was incident on the second optical fiber with respect to the mode field diameter 2W1. The focal length of the third lens is set to be equal to that of the second lens so that the mode field diameter 2W2 of the second lens becomes equal.
【００１４】その結果を、信号光の光路長(μｍ)と整形
後のビーム直径(μｍ)との関係（図５(ａ)）並びに信号
光の光路長(μｍ)と結合損失（ｄＢ）との関係（図５
(ｂ)）として図示する。これらの関係は、それぞれ以下
のようにして測定した。先ず、図５（ａ）に示す関係
は、第一の光ファイバと第二のレンズと用い、第一の光
ファイバから出射した1.５５μｍのレーザ光を第二のレ
ンズでコリメートし、これを顕微鏡にて拡大観察したも
のである。第一の光ファイバと第二のレンズとの間の距
離は、十分に長い光路長におけるビーム直径が最も小さ
くなるところを選んで固定した。また、第二のレンズ
は、焦点距離がｆ＝1,500 〜3,800 μｍまでの４種類の
ものを使用した。The results are shown in the relationship between the optical path length (μm) of the signal light and the beam diameter (μm) after shaping (FIG. 5A), and the optical path length (μm) and the coupling loss (dB) of the signal light. (Fig. 5
This is illustrated as (b)). These relationships were measured as follows. First, the relationship shown in FIG. 5A is that the 1.55 μm laser light emitted from the first optical fiber is collimated by the second lens using the first optical fiber and the second lens, and this is collimated. This is a magnified observation with a microscope. The distance between the first optical fiber and the second lens was selected and fixed where the beam diameter at a sufficiently long optical path length was smallest. As the second lens, four types having a focal length of f = 1,500 to 3,800 μm were used.
【００１５】図５（ｂ）に示す関係は、図５（ａ）の測
定を行った第一の光ファイバと第二のレンズに対し、こ
れに対向させて第三のレンズと第二の光ファイバとを配
置し、レンズ間で形成されるコリメート光の光路長を変
化させて第二の光ファイバへの結合損失の測定を行った
結果である。この際、第一の光ファイバと第二のレンズ
との距離は、ビームウエスト直径の測定を行ったときと
同様の条件とし、第三のレンズと第二の光ファイバとの
距離は、光路長を固定して最適な結合効率が得られる位
置に調心して測定した。また、第三のレンズもビームウ
エスト直径の測定と同様、焦点距離がｆ＝1,500 〜3,80
0 μｍまでの４種類のものを使用した。図５（ａ），
（ｂ）から以下のことが分かった。FIG. 5B shows a relationship between the first optical fiber and the second lens, which were measured in FIG. 5A, and the third lens and the second light, which face each other. This is the result of measuring the coupling loss to the second optical fiber by disposing a fiber and changing the optical path length of the collimated light formed between the lenses. At this time, the distance between the first optical fiber and the second lens is set to the same condition as when the beam waist diameter is measured, and the distance between the third lens and the second optical fiber is the optical path length. Was fixed and the position was adjusted to the position where the optimum coupling efficiency was obtained. The third lens also has a focal length f = 1,500 to 3,80, as in the measurement of the beam waist diameter.
Four types up to 0 μm were used. FIG. 5 (a),
The following was found from (b).
【００１６】先ず、第１に、第二，第三のレンズにおけ
る焦点距離がｆ＝3,000 μｍ程度では、整形したビーム
ウエスト直径が700 μｍ程度となり、結合損失は0.２ｄ
Ｂ以下と最も小さく、光路長に殆ど依存しないこと。第
２に、焦点距離ｆ＝3,800 μｍのときは、整形したビー
ムウエスト直径が850 μｍ程度で信号光の結合効率はｆ
＝3,000 μｍに比べ0.１〜0.２ｄＢ程度低くなること。
これとは逆に、ビームウエスト直径が500 μｍ程度にな
ると、光路長が５０μｍ前後と短いときには十分な結合
効率が得られるが、光路長がそれ以上になると距離に依
存して結合効率が低下すること、また、それ以下のビー
ムウエスト直径では光路長による結合損失の増大が顕著
になることが分かった。First, when the focal length of the second and third lenses is about f = 3,000 μm, the shaped beam waist diameter is about 700 μm, and the coupling loss is 0.2d.
B or less, and almost independent of the optical path length. Second, when the focal length f is 3,800 μm, the shaped beam waist diameter is about 850 μm, and the coupling efficiency of the signal light is f
= 0.1 to 0.2 dB lower than 3,000 μm.
Conversely, when the beam waist diameter is about 500 μm, sufficient coupling efficiency can be obtained when the optical path length is as short as about 50 μm, but when the optical path length is longer, the coupling efficiency decreases depending on the distance. In addition, it was found that when the beam waist diameter was smaller than that, the coupling loss increased significantly due to the optical path length.
【００１７】次に、半導体レーザの放射角度は、光ファ
イバの３〜４倍程度と広い。このため、焦点距離が長い
レンズを使用すると、放射光の広がりによりレンズの収
差等に起因する損失の原因となる。また、半導体レーザ
からの放射光を平行光にする第一のレンズは、全体のサ
イズの関係から第一のレンズをあまり大きくすることが
できない。従って、第一のレンズを通るレーザ光のビー
ムウエスト直径には上限がある。Next, the radiation angle of the semiconductor laser is as wide as three to four times that of the optical fiber. Therefore, when a lens having a long focal length is used, the spread of the radiated light causes a loss due to aberration of the lens and the like. In addition, the first lens that converts the light emitted from the semiconductor laser into parallel light cannot be made too large because of the overall size. Therefore, the beam waist diameter of the laser beam passing through the first lens has an upper limit.
【００１８】そこで、実用上可能な範囲で第一のレンズ
を選び、第二のレンズの焦点距離を変化させ半導体レー
ザが最適に結合する条件を実験により調査した。その結
果を、波長1.４８μｍの励起レーザ光の光路長（μｍ）
と結合損失（ｄＢ）との関係として図６に示す。これ
は、励起レーザから出射したレーザ光をコリメートする
第一のレンズと、コリメート光を光ファイバに集光する
第二のレンズとの間の光路長を変化させて、第一の光フ
ァイバへの結合損失の測定を行った結果である。先ず、
第一のレンズは、コリメートされたレーザ光の光路長に
対し、十分に長い光路長におけるビーム直径が最小にな
るように励起レーザに対して固定され、次に第一の光フ
ァイバを所定の光路長になるように設置された第二のレ
ンズに対し、最適な結合効率が得られるように調心して
測定した。この結果、以下のようなことが確認された。Therefore, the first lens was selected within a practically feasible range, the focal length of the second lens was changed, and the conditions under which the semiconductor laser was optimally coupled were examined by experiments. The result is expressed as the optical path length (μm) of the pump laser light having a wavelength of 1.48 μm.
FIG. 6 shows the relationship between the coupling loss and the coupling loss (dB). This involves changing the optical path length between a first lens that collimates the laser light emitted from the excitation laser and a second lens that focuses the collimated light on the optical fiber, and It is the result of having measured the coupling loss. First,
The first lens is fixed with respect to the excitation laser such that the beam diameter at a sufficiently long optical path length is minimized with respect to the optical path length of the collimated laser light. The measurement was performed with the center of the second lens installed so as to be long so as to obtain the optimum coupling efficiency. As a result, the following was confirmed.
【００１９】先ず第一に、焦点距離がｆ＝2,300 μｍ程
度のときは結合損失が最も少なく、また、光路長に対す
る損失変動が殆どないこと。逆に、焦点距離がｆ＝1,50
0 μｍになると、光路長に依存する損失変動が大きく、
従って焦点距離がｆ＝約2,000μｍ程度を境にそれより
短いレンズを用いると、光路長に依存して損失が急激に
変化すると考えられる。First, when the focal length is about f = 2,300 μm, the coupling loss is the smallest, and there is almost no loss variation with respect to the optical path length. Conversely, the focal length is f = 1,50
At 0 μm, loss variation depending on the optical path length is large,
Therefore, when a lens having a focal length of f = about 2,000 μm and a shorter lens is used, it is considered that the loss rapidly changes depending on the optical path length.
【００２０】第二に、焦点距離がｆ＝3,000 μｍ程度の
ときは、ｆ＝2,300 μｍのときに比べ若干光路長に依存
した損失変動があるものの、測定を行った範囲において
は0.１ｄＢ程度であり、実用上あまり問題にならない程
度であること。第三に、焦点距離がｆ＝3,800 μｍ程度
のときは、光路長が長い方が結合損失が少なく、光路長
が２〜３×１０4 （μｍ）程度の間であれば、ｆ＝2,30
0 μｍの場合に比べ損失の違いは0.１ｄＢ程度であるこ
と等が分かった。Second, when the focal length is about f = 3,000 μm, there is a slight loss variation depending on the optical path length as compared with the case where f = 2,300 μm, but about 0.1 dB in the measured range. That is not so much of a problem in practical use. Third, when the focal length is about f = 3,800 μm, the longer the optical path length, the smaller the coupling loss. If the optical path length is about 2-3 × 10 4 (μm), f = 2, 30
It was found that the difference in loss was about 0.1 dB compared to the case of 0 μm.
【００２１】この結果、ｆ＝2,000〜4,000μｍ程度で半
導体レーザの放射光の光ファイバへの最適結合条件が得
られること、また、ｆ＝1,500μｍ程度になると、２５
ｍｍを越える光路長において急激に損失が増大すること
等が分かった。このとき、第一のレンズでコリメートさ
れた励起光のビームウエスト直径を測定したところ、約
400〜600μｍ程度であることが確認された。As a result, the optimum coupling condition of the radiation light of the semiconductor laser to the optical fiber can be obtained when f = about 2,000 to 4,000 μm.
It was found that the loss suddenly increased at an optical path length exceeding mm. At this time, when the beam waist diameter of the excitation light collimated by the first lens was measured,
It was confirmed that the thickness was about 400 to 600 μm.
【００２２】一方、コリメートされた信号光の光路中で
使用する光アイソレータは偏波無依存型のものが使用さ
れる。この光アイソレータは、複屈折板とファラデー回
転子の組み合わせにより入射光と反射光の光路を分岐さ
せ、反射光の入射側光ファイバへのモード再結合を防ぎ
光のアイソレーションを実現させている。光アイソレー
タは、構造的には、大別して複屈折板に平行平板型を使
用する場合と、楔形のものを使用する場合がある。後者
は、同一サイズに対しよく知られているようにアイソレ
ーションが大きくとれるだけでなく、入射光の光軸と分
岐帰還光の光軸の隔たりであるスプリット幅が大きくな
るという特徴を備えている。このため、後者の構造の光
アイソレータは、ビームウエスト直径が大きい場合も戻
り光のモード再結合が起こりにくく高いアイソレーショ
ンが取れ、より小型になる。On the other hand, an optical isolator used in the optical path of the collimated signal light is of a polarization independent type. In this optical isolator, the optical path of the incident light and the reflected light is branched by a combination of a birefringent plate and a Faraday rotator, thereby preventing the mode recombination of the reflected light to the optical fiber on the incident side and realizing light isolation. Structurally, optical isolators are roughly classified into those using a parallel plate type birefringent plate and those using a wedge type birefringent plate. The latter not only has a large isolation as is well known for the same size, but also has a feature that the split width, which is the distance between the optical axis of the incident light and the optical axis of the branch return light, is increased. . For this reason, in the optical isolator having the latter structure, even when the beam waist diameter is large, mode recombination of return light hardly occurs, high isolation can be obtained, and the optical isolator can be made smaller.
【００２３】そこで、同程度のサイズを持つ平行平板型
及び楔形の３種類の光アイソレータを使用し、ビームウ
エスト直径が600 μｍ程度のときのアイソレーションを
測定した。その結果を表１に示す。Then, three types of optical isolators, a parallel plate type and a wedge type, having the same size were used, and the isolation was measured when the beam waist diameter was about 600 μm. Table 1 shows the results.
【００２４】[0024]
【表１】 表１において、Ａ，Ｂが平行平板型、Ｃが楔形複屈折板
の光アイソレータをそれぞれ使用した場合である。[Table 1] In Table 1, A and B are the cases where the parallel plate type is used, and C is the case where the wedge-shaped birefringent plate optical isolator is used.
【００２５】この結果より、同一サイズの光アイソレー
タにおいては、数百μｍのビームウエスト直径で十分な
アイソレーションを確保できるのは楔形複屈折板を使用
したもののみであり、本光学設計を用いた光ファイバア
ンプ用複合モジュールの小型化に適していることが確認
された。本発明は、上記の結果に基づいてなされたもの
で、励起光を放射するレーザ光源と、このレーザ光源か
ら放射された励起光を平行光にする第一のコリメータ
と、信号光を出射する第一の光ファイバと、前記第一の
光ファイバ端から出射された信号光を平行光にする第二
のコリメータと、前記第二のコリメータによってコリメ
ートされた信号光を入射するように配置された第二の光
ファイバと、平行にされた信号光を集光して前記第二の
光ファイバ端に再結合させる第三のコリメータと、前記
第一のコリメータにより平行光にされた励起光と前記第
二のコリメータにより平行光にされた信号光とを合波す
る合波手段及び光アイソレータを有し、前記第二のコリ
メータと前記第三のコリメータとの間に配置される光学
系とが複合化された光ファイバアンプ用複合モジュール
において、ビームウエストにおける略平行光のピーク値
に対する相対強度が１／ｅ2 となるビームウエスト直径
を、前記第一のコリメータは前記励起光を４００〜６０
０μｍの範囲に、前記第二のコリメータは信号光を４５
０〜９００μｍの範囲に、それぞれコリメートする特性
を備えると共に、前記第一及び第二のコリメータは、前
記励起光を前記第一の光ファイバに入射させるときは、
レーザ光源出射端でのビームのモードフィールド径を当
該光ファイバのモードフィールド径に等しくさせる焦点
距離を有したものとし、かつ、前記第三のコリメータ
は、前記第一の光ファイバから出射される信号光を前記
第二の光ファイバに入射させるときは、前記第一の光フ
ァイバから出射される信号光のモードフィールド径を第
二の光ファイバのモードフィールド径に等しくさせる焦
点距離を有し、前記光アイソレータは楔形複屈折板が偏
光子と検光子として用いられた構成としたのである。From these results, in an optical isolator of the same size, sufficient isolation can be ensured with a beam waist diameter of several hundred μm only by using a wedge-shaped birefringent plate. It was confirmed that the composite module for an optical fiber amplifier was suitable for miniaturization. The present invention has been made based on the above results, and includes a laser light source that emits excitation light, a first collimator that converts the excitation light emitted from the laser light source into parallel light, and a second light source that emits signal light. One optical fiber, a second collimator that converts signal light emitted from the first optical fiber end into parallel light, and a second collimator that is arranged to receive the signal light collimated by the second collimator. A second optical fiber, a third collimator that collects the parallel signal light and recombines it with the end of the second optical fiber, an excitation light that has been made parallel by the first collimator, and the second An optical isolator having a multiplexing means for multiplexing the signal light converted into parallel light by the second collimator and an optical system disposed between the second collimator and the third collimator; Optical fiber In composite module amplifier, the beam waist diameter relative intensity to the peak value of the substantially parallel light at the beam waist is 1 / e 2, the first collimator said excitation light 400-60
In the range of 0 μm, the second collimator converts the signal light to 45 μm.
In the range of 0 to 900 μm, each having a characteristic of collimating, the first and second collimators, when the excitation light is incident on the first optical fiber,
The laser has a focal length that makes the mode field diameter of the beam at the light emitting end equal to the mode field diameter of the optical fiber, and the third collimator has a signal emitted from the first optical fiber. When the light is incident on the second optical fiber, having a focal length to make the mode field diameter of the signal light emitted from the first optical fiber equal to the mode field diameter of the second optical fiber, The optical isolator had a configuration in which a wedge-shaped birefringent plate was used as a polarizer and an analyzer.
【００２６】但し、最小の結合損失となるビームウエス
ト直径については、信号光、励起光の光路長に依存する
ため、光路長の設計に従い前記ビームウエスト直径の範
囲内において、図５（ａ），（ｂ）及び図６に示された
関係に従い、最適の条件を選択することが望ましい。例
えば、信号光の光路長２×１０4 μｍ以上、励起光の光
路長1.５×１０4μｍ以上の広い範囲で、ビームウエス
ト直径約700μｍとなる焦点距離がｆ＝3,000μｍのレン
ズはほぼ最小の結合損失を得ることができる。However, since the beam waist diameter at which the minimum coupling loss occurs depends on the optical path lengths of the signal light and the pumping light, the beam waist diameter must be within the range of the beam waist diameter according to the design of the optical path length, as shown in FIG. It is desirable to select the optimal conditions according to the relationship shown in (b) and FIG. For example, a lens having a beam waist diameter of about 700 μm and a focal length of f = 3,000 μm in a wide range with an optical path length of signal light of 2 × 10 4 μm or more and an optical path length of excitation light of 1.5 × 10 4 μm or more is almost used. A minimum coupling loss can be obtained.
【００２７】本発明は、従来の後段励起用の主要光部品
（光アイソレータ、干渉膜フィルタ）を複合化したモジ
ュールに対し、更に励起用のレーザ光源を複合化した光
ファイバアンプ用複合モジュールにおいて、レーザ光源
からの励起光、第一，第二の光ファイバのモードフィー
ルド径のそれぞれから得られる光学系の像倍率を最適化
し、かつ、平行にされた信号光のビームウエスト直径を
最適に設計した。According to the present invention, there is provided a composite module for an optical fiber amplifier, in which a conventional main optical component (optical isolator, interference filter) for post-stage excitation is combined, and a laser light source for excitation is further combined. The image magnification of the optical system obtained from each of the excitation light from the laser light source and the mode field diameter of the first and second optical fibers was optimized, and the beam waist diameter of the parallel signal light was optimized. .
【００２８】従って、光路長が長くなったことによるビ
ームの広がりに起因する光損失が殆どなくなった。同時
に、レーザ光源の結合効率が最適となるように第一，第
二のコリメータの条件を決定したため、励起光もほぼ最
適な結合効率を実現することができる。光アイソレータ
も、楔形複屈折板を用いたものを使用し、大きめに設定
されたビームウエスト直径に対しても戻り光のスプリッ
ト幅が十分大きく取れ、十分なアイソレーションを取っ
た上で光ファイバアンプ用複合モジュール全体を小型化
することができる。Therefore, light loss due to beam divergence due to an increase in optical path length has been almost eliminated. At the same time, the conditions of the first and second collimators are determined so that the coupling efficiency of the laser light source is optimized, so that the excitation light can also achieve almost optimal coupling efficiency. The optical isolator uses a wedge-shaped birefringent plate, and the split width of the return light can be made sufficiently large even for a relatively large beam waist diameter. The entire composite module can be downsized.
【００２９】以上により、より多くの励起用光部品が複
合化され、光ファイバの融着部が減少するため、同一部
品を使用した従来の光ファイバアンプに対し、光ファイ
バの余長部分が減少してアンプ製造における加工工数が
減少し、専有面積も低減してアンプの小型化が実現でき
る。また、同時にインライン形の光部品を経由すること
による光ファイバからの放射や再結合時のロスが低減さ
れた。As described above, since more pumping optical components are combined and the number of fused portions of the optical fiber is reduced, the extra length of the optical fiber is reduced as compared with the conventional optical fiber amplifier using the same component. As a result, the number of processing steps in the manufacture of the amplifier is reduced, and the occupied area is reduced, so that the amplifier can be downsized. At the same time, radiation from the optical fiber due to passing through the in-line optical component and loss at the time of recombination are reduced.
【００３０】本明細書において、前段励起とは、レーザ
光源から放射された励起光の導入によって励起光を出射
する光ファイバに対し、励起光を信号光の伝搬方向と同
一方向に入射する場合をいい、後段励起とは、前記光フ
ァイバに対し、励起光を信号光の伝搬方向と逆方向から
入射する場合をいう。また、ビームウエストは、光軸上
において、レンズを透過したビームの直径が最小になる
場所でのビームスポットをいい、この近傍においてはガ
ウスビームは平面波で近似される。一方、ビームウエス
ト直径は、その場所でのビーム直径をいうものとする。In the present specification, pre-stage pumping refers to a case where pumping light is incident on an optical fiber that emits pumping light by the introduction of pumping light emitted from a laser light source in the same direction as the propagation direction of signal light. In other words, post-stage pumping refers to a case where pumping light is incident on the optical fiber in a direction opposite to the signal light propagation direction. The beam waist refers to a beam spot on the optical axis where the diameter of the beam transmitted through the lens is minimized. In the vicinity, the Gaussian beam is approximated by a plane wave. On the other hand, the beam waist diameter refers to the beam diameter at that location.
【００３１】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明の光ファイバアンプ
用複合モジュールに係る一実施形態を図１乃至図４を参
照しながら詳細に説明する。光ファイバアンプ用複合モ
ジュール（以下、単に「複合モジュール」という）１
は、図１に示すように、半導体レーザ２、第１レンズ
３、第１ファイバ４、第２レンズ５、第２ファイバ６、
第３レンズ７及び平行光学系１０を有し、これらの光部
品が複合化されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a composite module for an optical fiber amplifier according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. Composite module for optical fiber amplifier (hereinafter simply referred to as “composite module”) 1
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser 2, the first lens 3, the first fiber 4, the second lens 5, the second fiber 6,
It has a third lens 7 and a parallel optical system 10, and these optical components are combined.
【００３２】半導体レーザ２は、波長1.４８μｍの励起
光を放射するレーザ光源で、励起光はエルビウムドープ
ファイバ中にて1.５μｍ帯の信号光を誘導放出により増
幅させる。第１レンズ３は、半導体レーザ２から放射さ
れた励起光をビームウエスト直径５００μｍ程度の平行
光にする第一のコリメータである。第１レンズ３は、ビ
ームウエストにおいて励起光の相対強度におけるピーク
値の１／ｅ2 でのビームウエスト直径を４００〜６００
μｍの範囲で略平行光にする特性を備え、励起光を第１
ファイバ４に入射させるときは、半導体レーザ２の出射
端におけるビームのモードフィールド径を第１ファイバ
４のモードフィールド径に等しくさせる焦点距離（ｆ＝
700 μｍ）を有している。The semiconductor laser 2 is a laser light source that emits a pump light having a wavelength of 1.48 μm, and the pump light amplifies a 1.5 μm band signal light by stimulated emission in an erbium-doped fiber. The first lens 3 is a first collimator that converts excitation light emitted from the semiconductor laser 2 into parallel light having a beam waist diameter of about 500 μm. The first lens 3 has a beam waist diameter of 400 to 600 at 1 / e 2 of the peak value of the relative intensity of the excitation light at the beam waist.
It has the property of making the light substantially parallel in the range of μm,
When the laser beam is incident on the fiber 4, the focal length (f = f) is set so that the mode field diameter of the beam at the emission end of the semiconductor laser 2 is equal to the mode field diameter of the first fiber 4.
700 μm).
【００３３】第１ファイバ４は、1.５μｍ帯の信号光を
一端から出射する光ファイバで、一端近傍に第２レンズ
５が配置されている。第１ファイバ４は、図示しない他
端側にエルビウムドープファイバが接続されている。第
２レンズ５は、第１ファイバ４の一端から出射された信
号光をビームウエスト直径７００μｍ程度の平行光にす
る第二のコリメータである。第２レンズ５は、ビームウ
エストにおける信号光の相対強度におけるピーク値の１
／ｅ2 でのビームウエスト直径を４５０〜９００μｍの
範囲で略平行光にする特性を備え、励起光を第１ファイ
バ４に入射させるときは、半導体レーザ２の出射端にお
けるビームのモードフィールド径を第１ファイバ４のモ
ードフィールド径に等しくさせる焦点距離（ｆ＝3,000
μｍ）を有している。The first fiber 4 is an optical fiber that emits 1.5 μm band signal light from one end, and a second lens 5 is disposed near one end. The first fiber 4 has an erbium-doped fiber connected to the other end (not shown). The second lens 5 is a second collimator that converts the signal light emitted from one end of the first fiber 4 into parallel light having a beam waist diameter of about 700 μm. The second lens 5 has a peak value of 1 in the relative intensity of the signal light at the beam waist.
The beam waist diameter at / e 2 is in the range of 450 to 900 μm to make it substantially parallel light, and when the excitation light is made to enter the first fiber 4, the mode field diameter of the beam at the emission end of the semiconductor laser 2 is reduced. The focal length (f = 3,000) to be equal to the mode field diameter of the first fiber 4
μm).
【００３４】第２ファイバ６は、第１ファイバ４との間
に平行光学系１０を介して対向配置され、一端に第３レ
ンズ７で集光された信号光が入射する。第３レンズ７
は、第２レンズ５で平行にされ、平行光学系１０を通っ
て伝送されてくる信号光を集光して第２ファイバ６の一
端に再結合させる。第３レンズ７は、第１ファイバ４か
ら出射される信号光を第２ファイバ６の一端に入射させ
るときは、第１ファイバ４から出射される信号光のモー
ドフィールド径を第２ファイバ６のモードフィールド径
に等しくさせる焦点距離（ｆ＝3,000 μｍ）を有してい
る。The second fiber 6 is opposed to the first fiber 4 via the parallel optical system 10, and the signal light condensed by the third lens 7 is incident on one end. Third lens 7
Is made parallel by the second lens 5, condenses the signal light transmitted through the parallel optical system 10, and is recombined with one end of the second fiber 6. When the signal light emitted from the first fiber 4 is incident on one end of the second fiber 6, the third lens 7 sets the mode field diameter of the signal light emitted from the first fiber 4 to the mode of the second fiber 6. It has a focal length (f = 3,000 μm) that is equal to the field diameter.
【００３５】平行光学系１０は、第２レンズ５と第３レ
ンズ７との間に配置され、干渉膜フィルタ１１と光アイ
ソレータ１２とを有している。干渉膜フィルタ１１は、
例えば、ガラス基板上に誘電体多層膜を形成したもので
ある。光アイソレータ１２は、楔形複屈折板が偏光子と
検光子として用いられた偏波無依存型光アイソレータで
ある。The parallel optical system 10 is disposed between the second lens 5 and the third lens 7, and has an interference film filter 11 and an optical isolator 12. The interference film filter 11
For example, a dielectric multilayer film is formed on a glass substrate. The optical isolator 12 is a polarization independent optical isolator using a wedge-shaped birefringent plate as a polarizer and an analyzer.
【００３６】以上のような構成とした結果、信号光の光
路長は約５×１０4 （μｍ）、励起光の光路長は約2.５
×１０4 （μｍ）程度となった。複合モジュール１は以
上のように構成されているので、光ファイバ増幅器の後
段励起用には、以下のようにして使用される。即ち、半
導体レーザ２から放射された励起光は、第１レンズ３で
ビームウエスト直径５００μｍ程度の平行光にされ、干
渉膜フィルタ１１で反射され、第２レンズ５によりビー
ムスポット径が第１ファイバ４のモードフィールド径に
等しくなるよう集光されて第１ファイバ４の一端に入射
する。これによって、励起光は、第１ファイバ４の他端
に接続されたエルビウムドープファイバ内で、信号光を
誘導放出により増幅する。As a result, the optical path length of the signal light is about 5 × 10 4 (μm) and the optical path length of the pump light is about 2.5.
It was about × 10 4 (μm). Since the composite module 1 is configured as described above, it is used as described below for the latter stage excitation of the optical fiber amplifier. That is, the excitation light emitted from the semiconductor laser 2 is converted into parallel light having a beam waist diameter of about 500 μm by the first lens 3, reflected by the interference film filter 11, and reduced in beam spot diameter by the second lens 5 to the first fiber 4. And is incident on one end of the first fiber 4. Thus, the pump light amplifies the signal light by stimulated emission in the erbium-doped fiber connected to the other end of the first fiber 4.
【００３７】一方、信号光は、第１ファイバ４の一端よ
り出射され、第２レンズ５によりビームウエスト直径７
００μｍ程度の平行光にされ、干渉膜フィルタ１１，光
アイソレータ１２を透過した後、第３レンズ７によりビ
ームスポット径が第２ファイバ６のモードフィールド径
に等しくなるよう集光され、第２ファイバ６の一端に入
射する。On the other hand, the signal light is emitted from one end of the first fiber 4 and is emitted by the second lens 5 to a beam waist diameter of 7 mm.
After being converted into parallel light of about 00 μm and passing through the interference film filter 11 and the optical isolator 12, the light is condensed by the third lens 7 so that the beam spot diameter becomes equal to the mode field diameter of the second fiber 6. Incident on one end of
【００３８】以上のように構成される複合モジュール１
を従来の外付け励起レーザモジュールを使用した複合モ
ジュールと比較したところ、アンプの小型化において重
要な要素となる実装基板上の占有面積は従来の約６割程
度で済むことが分かった。また、励起光と信号光の損失
を比較するため、従来の複合モジュールに励起レーザモ
ジュールを融着接続してアンプに組み込んだもの及び本
発明による複合モジュールをアンプに組み込んだものそ
れぞれ２０個について全体の損失の測定を行った。ここ
で、励起光の損失とは、励起レーザ素子の出射光出力に
対するエルビウムドープファイバへの結合損失を示し、
信号光の損失とは信号光の入出射端間での結合損失を示
す。また、全体の損失とは、励起光，信号光両方の損失
を対数値において合計したものである。The composite module 1 configured as described above
Was compared with a conventional composite module using an externally-pumped laser module. As a result, it was found that the area occupied on the mounting board, which is an important factor in downsizing the amplifier, was only about 60% of the conventional area. In addition, in order to compare the loss of the pump light and the signal light, the conventional composite module was fused and spliced with the pump laser module and incorporated into the amplifier, and the composite module according to the present invention was incorporated into the amplifier, and each of the 20 was combined. Was measured. Here, the pumping light loss indicates a coupling loss to the erbium-doped fiber with respect to the output light output of the pumping laser element,
The signal light loss indicates a coupling loss between the input and output ends of the signal light. The total loss is the sum of the losses of both the pump light and the signal light in logarithmic values.
【００３９】その結果、本発明の複合モジュールを組み
込んだアンプは、従来の複合モジュールに励起レーザモ
ジュールを融着接続して組み込んだアンプに比べて励起
光の結合損失が改善され、全体の損失において約１０〜
１５％程度励起光の結合損失が小さいことが確認され
た。ここで、複合モジュール１は、光ファイバ増幅器の
前段励起用に使用するときには、図２に示すように、第
２ファイバ６側から信号光を入射させる。As a result, in the amplifier incorporating the composite module of the present invention, the coupling loss of the pump light is improved as compared with the amplifier in which the pump laser module is fusion-bonded to the conventional composite module, and the overall loss is reduced. About 10
It was confirmed that the coupling loss of the excitation light was small by about 15%. Here, when the composite module 1 is used for the pre-stage excitation of the optical fiber amplifier, as shown in FIG. 2, the signal light is incident from the second fiber 6 side.
【００４０】次に、複合モジュールの他の実施形態を図
３及び図４を参照しながら説明する。尚、以下の説明に
おいては、同一の構成部材には同一の符号を付して説明
を省略する。複合モジュール２０は、光ファイバ増幅器
の後段励起用に使用され、図３に示すように、半導体レ
ーザ２、第１レンズ３、第１ファイバ４、第２レンズ
５、第２ファイバ６、第３レンズ７、平行光学系１０、
半透鏡２１及びフォトディテクタ２２，２３を有してい
る。Next, another embodiment of the composite module will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The composite module 20 is used for the latter-stage excitation of the optical fiber amplifier, and as shown in FIG. 3, the semiconductor laser 2, the first lens 3, the first fiber 4, the second lens 5, the second fiber 6, the third lens 7, parallel optical system 10,
It has a semi-transparent mirror 21 and photodetectors 22 and 23.
【００４１】半透鏡２１は、第１ファイバ４と第２ファ
イバ６を結ぶ光線路上に平行光学系１０と隣接して配置
され、励起された信号光の一部をフォトディテクタ２２
の表面に結像させることで、励起された信号光の出力が
モニタできるように、例えば反射率が１％程度に設計さ
れている。フォトディテクタ２２は、半透鏡２１を介し
てフォトディテクタ２３と略対応する位置に配置され、
半透鏡２１によって反射された信号光を受光することで
励起された信号光の出力モニタとして使用される。The semi-transparent mirror 21 is disposed adjacent to the parallel optical system 10 on an optical line connecting the first fiber 4 and the second fiber 6, and a part of the excited signal light is converted to a photodetector 22.
For example, the reflectivity is designed to be about 1% so that the output of the excited signal light can be monitored by forming an image on the surface of the light emitting element. The photodetector 22 is disposed at a position substantially corresponding to the photodetector 23 via the semi-transparent mirror 21,
The signal light reflected by the semi-transparent mirror 21 is used as an output monitor of the signal light excited by receiving the signal light.
【００４２】フォトディテクタ２３は、第２ファイバ６
側から反射してくる信号光の反射モニタとして使用され
る。従って、本実施形態の複合モジュール２０において
は、半導体レーザ２から放射された励起光は、第１レン
ズ３でビームウエスト直径５００μｍ程度の平行光にさ
れ、干渉膜フィルタ１１で反射され、第２レンズ５によ
りスポット径が第１ファイバ４のモードフィールド径に
等しくなるよう集光されて第１ファイバ４の一端に入射
する。The photodetector 23 includes the second fiber 6
It is used as a reflection monitor for signal light reflected from the side. Therefore, in the composite module 20 of the present embodiment, the excitation light emitted from the semiconductor laser 2 is converted into parallel light having a beam waist diameter of about 500 μm by the first lens 3, reflected by the interference film filter 11, and The light is condensed by 5 so that the spot diameter becomes equal to the mode field diameter of the first fiber 4 and is incident on one end of the first fiber 4.
【００４３】一方、信号光は、第１ファイバ４の一端よ
り出射され、第２レンズ５によりビームウエスト直径７
００μｍ程度の平行光にされ、干渉膜フィルタ１１，光
アイソレータ１２及び半透鏡２１を透過した後、第３レ
ンズ７によりビームスポット径が第２ファイバ６のモー
ドフィールド径に等しくなるよう集光され、第２ファイ
バ６の一端に入射する。On the other hand, the signal light is emitted from one end of the first fiber 4 and is emitted by the second lens 5 to a beam waist diameter of 7 mm.
After being made into parallel light of about 00 μm and passing through the interference film filter 11, the optical isolator 12, and the semi-transparent mirror 21, the light is focused by the third lens 7 so that the beam spot diameter becomes equal to the mode field diameter of the second fiber 6, The light enters one end of the second fiber 6.
【００４４】また、図４に示す複合モジュール３０は、
半導体レーザ２、第１レンズ３、第１ファイバ４、第２
レンズ５、第２ファイバ６、第３レンズ７、平行光学系
１０、半透鏡２１、フォトディテクタ２２，２３、第２
半導体レーザ３１、第４レンズ３２及び偏光ビームスプ
リッタ３３を有している。第２半導体レーザ３１は、よ
り大きな励起光出力を得るために使用され、半導体レー
ザ２に対し垂直方向の偏波を持つレーザ光を出射するよ
うに配置されている。従って、第４レンズ３２でコリメ
ートされた上で偏光ビームスプリッタ３３に入射したレ
ーザ光は、半導体レーザ２から出射されたレーザ光と合
波され、第１ファイバ４に入射する。The composite module 30 shown in FIG.
Semiconductor laser 2, first lens 3, first fiber 4, second
Lens 5, second fiber 6, third lens 7, parallel optical system 10, semi-transparent mirror 21, photodetectors 22, 23, second
It has a semiconductor laser 31, a fourth lens 32, and a polarizing beam splitter 33. The second semiconductor laser 31 is used to obtain a larger pumping light output, and is arranged so as to emit a laser beam having a polarization perpendicular to the semiconductor laser 2. Therefore, the laser light that has been collimated by the fourth lens 32 and then enters the polarization beam splitter 33 is multiplexed with the laser light emitted from the semiconductor laser 2 and enters the first fiber 4.
【００４５】第４レンズ３２は、第２半導体レーザ３１
から放射された励起光をビームウエスト直径５００μｍ
程度の平行光にする。偏光ビームスプリッタ３３は、第
１レンズ３によって平行にされた励起光と、第２半導体
レーザ３１から放射され、第４レンズ３２によって平行
にされた励起光とを偏波合成する、例えば、誘電体多層
膜を１対のプリズムで挟んだ構造のビームスプリッタ等
である。The fourth lens 32 includes a second semiconductor laser 31
Excitation light emitted from the beam waist diameter 500μm
Make the light level parallel. The polarization beam splitter 33 polarization-combines the excitation light collimated by the first lens 3 and the excitation light emitted from the second semiconductor laser 31 and collimated by the fourth lens 32, for example, a dielectric. It is a beam splitter or the like having a structure in which a multilayer film is sandwiched between a pair of prisms.
【００４６】従って、本実施形態の複合モジュール３０
においては、半導体レーザ２と第２半導体レーザ３１か
ら放射された励起光は、それぞれ第１レンズ３及び第４
レンズ３２によりビームウエスト直径５００μｍ程度の
平行光にされ、第４レンズ３２を通った平行光は偏光ビ
ームスプリッタ３３により第１レンズ３を通った平行光
と偏波合成される。合成された励起光は、干渉膜フィル
タ１１で反射され、第２レンズ５によりビームのスポッ
ト径が第１ファイバ４のモードフィールド径に等しくな
るように集光され、第１ファイバ４の一端に入射する。Accordingly, the composite module 30 of the present embodiment
, The excitation light emitted from the semiconductor laser 2 and the second semiconductor laser 31
The parallel light having a beam waist diameter of about 500 μm is formed by the lens 32, and the parallel light having passed through the fourth lens 32 is polarized and combined with the parallel light having passed through the first lens 3 by the polarizing beam splitter 33. The synthesized excitation light is reflected by the interference film filter 11, collected by the second lens 5 so that the beam spot diameter becomes equal to the mode field diameter of the first fiber 4, and incident on one end of the first fiber 4. I do.
【００４７】一方、信号光は第１ファイバ４の一端より
出射され、第２レンズ５によりビームウエスト直径７０
０μｍ程度の平行光にされ、干渉膜フィルタ１１，光ア
イソレータ１２及び半透鏡２１を透過した後、第３レン
ズ７によりビームスポット径が第２ファイバ６のモード
フィールド径に等しくなるよう集光され、第２ファイバ
６の一端に入射する。On the other hand, the signal light is emitted from one end of the first fiber 4, and the beam waist diameter 70
After being converted into parallel light of about 0 μm and passing through the interference film filter 11, the optical isolator 12, and the semi-transparent mirror 21, the light is focused by the third lens 7 so that the beam spot diameter becomes equal to the mode field diameter of the second fiber 6, The light enters one end of the second fiber 6.
【００４８】尚、上記実施形態においては、信号光や励
起光を平行光にする第一及び第三のコリメータとしてレ
ンズを用いたが、スリットを使用することも可能であ
る。In the above-described embodiment, the lenses are used as the first and third collimators for converting the signal light and the excitation light into parallel light, but a slit may be used.
【００４９】[0049]
【発明の効果】レーザ光源から放射され、第一のコリメ
ータで５００μｍ程度のビームウエスト直径にコリメー
トされた励起光は、第二のコリメータによって第一の光
ファイバ端にビームスポット径が光ファイバのモードフ
ィールド径に一致するよう集光されるので、最適な結合
効率が得られる。The excitation light emitted from the laser light source and collimated to a beam waist diameter of about 500 μm by the first collimator has a beam spot diameter at the end of the first optical fiber by the second collimator. Since the light is collected so as to match the field diameter, an optimum coupling efficiency is obtained.
【００５０】また、第一の光ファイバ端から入射し、第
二のコリメータで７００μｍ程度のビームウエスト直径
にコリメートされる信号光は、第三のコリメータによっ
て第二の光ファイバ端にビームスポット径が光ファイバ
のモードフィールド径に一致するよう集光される。この
とき、励起光及び信号光とも、結合損失が光路長に依存
しないような最適のビームウエスト直径になるよう、第
一乃至第三のコリメータが選定され、かつ、励起光と信
号光とで共用される第二のコリメータと第一の光ファイ
バ端との関係が、それぞれのビームが最適に結合するビ
ームウエスト直径になるよう選定されている。従って、
励起光及び信号光は、双方とも最適な結合効率が実現さ
れる。The signal light incident from the end of the first optical fiber and collimated to a beam waist diameter of about 700 μm by the second collimator has a beam spot diameter at the end of the second optical fiber by the third collimator. The light is focused so as to match the mode field diameter of the optical fiber. At this time, the first to third collimators are selected so that the pump light and the signal light have an optimum beam waist diameter such that the coupling loss does not depend on the optical path length, and are shared by the pump light and the signal light. The relationship between the second collimator and the end of the first optical fiber is selected so that each beam has a beam waist diameter at which the beams are optimally combined. Therefore,
Both the pump light and the signal light achieve optimum coupling efficiency.
【００５１】また、第二のコリメータと第三のコリメー
タとの間に配置される光学系は、合波手段と光アイソレ
ータ等の光部品を複合化するので、光路長が長くなる
が、それによる結合効率の低下は殆どない。更に、本発
明の光ファイバアンプ用複合モジュールにおいては、第
一のコリメータも小型化や製造上の点で問題ないものを
使用しているので、レーザ光源を内蔵しても十分な小型
化を実現できた。Further, the optical system disposed between the second collimator and the third collimator combines the optical components such as the multiplexing means and the optical isolator, so that the optical path length becomes longer. There is almost no decrease in coupling efficiency. Furthermore, in the composite module for an optical fiber amplifier of the present invention, since the first collimator used is not problematic in terms of miniaturization and manufacturing, sufficient miniaturization is realized even when a laser light source is incorporated. did it.
【図１】本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールを
後段励起用として使用する一実施形態を示すブロック図
である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which a composite module for an optical fiber amplifier according to the present invention is used for a subsequent-stage excitation.
【図２】図１の複合モジュールを前段励起用として使用
した場合のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram in a case where the composite module of FIG. 1 is used for excitation in a pre-stage.
【図３】本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールの
他の実施形態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the composite module for an optical fiber amplifier according to the present invention.
【図４】本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールの
更に他の実施形態を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the composite module for an optical fiber amplifier according to the present invention.
【図５】従来の光ファイバ増幅用合波モジュールにおけ
る信号光の光路長（μｍ）と整形後のビーム直径（μ
ｍ）との関係（図５(ａ)）並びに信号光の光路長（μ
ｍ）と結合損失（ｄＢ）との関係（図５(ｂ)）を示す特
性図である。FIG. 5 shows an optical path length (μm) of a signal light and a beam diameter (μ) after shaping in a conventional multiplexing module for optical fiber amplification.
m) (FIG. 5 (a)) and the optical path length (μ) of the signal light.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between the coupling loss (m) and the coupling loss (dB) (FIG. 5B).
【図６】励起光の光路長（μｍ）と結合損失（ｄＢ）と
の関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an optical path length (μm) of excitation light and a coupling loss (dB).
１ 複合モジュール ２ 半導体レーザ ３ 第１レンズ（第一のコリメータ） ４ 第１ファイバ ５ 第２レンズ（第二のコリメータ） ６ 第２ファイバ ７ 第３レンズ（第三のコリメータ） １０ 平行光学系 １１ 干渉膜フィルタ １２ 光アイソレータ ２０ 複合モジュール ２１ 半透鏡 ２２ フォトディテクタ ２３ フォトディテクタ ３０ 複合モジュール ３１ 第２半導体レーザ ３２ 第４レンズ ３３ 偏光ビームスプリッタ Reference Signs List 1 composite module 2 semiconductor laser 3 first lens (first collimator) 4 first fiber 5 second lens (second collimator) 6 second fiber 7 third lens (third collimator) 10 parallel optical system 11 interference Film filter 12 Optical isolator 20 Composite module 21 Semi-transparent mirror 22 Photodetector 23 Photodetector 30 Composite module 31 Second semiconductor laser 32 Fourth lens 33 Polarization beam splitter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 健男 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takeo Shimizu 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Furukawa Electric Co., Ltd.
Claims (1)
ーザ光源から放射された励起光を平行光にする第一のコ
リメータと、信号光を出射する第一の光ファイバと、前
記第一の光ファイバ端から出射された信号光を平行光に
する第二のコリメータと、前記第二のコリメータによっ
てコリメートされた信号光を入射するように配置された
第二の光ファイバと、平行にされた信号光を集光して前
記第二の光ファイバ端に再結合させる第三のコリメータ
と、前記第一のコリメータにより平行光にされた励起光
と前記第二のコリメータにより平行光にされた信号光と
を合波する合波手段及び光アイソレータを有し、前記第
二のコリメータと前記第三のコリメータとの間に配置さ
れる光学系とが複合化された光ファイバアンプ用複合モ
ジュールにおいて、 ビームウエストにおける略平行光のピーク値に対する相
対強度が１／ｅ2 となるビームウエスト直径を、前記第
一のコリメータは前記励起光を４００〜６００μｍの範
囲に、前記第二のコリメータは信号光を４５０〜９００
μｍの範囲に、それぞれコリメートする特性を備えると
共に、前記第一及び第二のコリメータは、前記励起光を
前記第一の光ファイバに入射させるときは、レーザ光源
出射端でのビームのモードフィールド径を当該光ファイ
バのモードフィールド径に等しくさせる焦点距離を有し
たものとし、かつ、前記第三のコリメータは、前記第一
の光ファイバから出射される信号光を前記第二の光ファ
イバに入射させるときは、前記第一の光ファイバから出
射される信号光のモードフィールド径を第二の光ファイ
バのモードフィールド径に等しくさせる焦点距離を有
し、前記光アイソレータは楔形複屈折板が偏光子と検光
子として用いられた構成としたことを特徴とする光ファ
イバアンプ用複合モジュール。A first light source for emitting excitation light; a first collimator for converting the excitation light emitted from the laser light source into parallel light; a first optical fiber for emitting signal light; A second collimator that collimates the signal light emitted from the end of the optical fiber, and a second optical fiber that is arranged so as to receive the signal light collimated by the second collimator, was made parallel. A third collimator for condensing the signal light and recombining it with the end of the second optical fiber, a pump light that has been made parallel by the first collimator, and a signal that has been made parallel by the second collimator An optical fiber amplifier composite module having a multiplexing unit for multiplexing light and an optical isolator, and an optical system disposed between the second collimator and the third collimator is combined. The beam waist diameter at which the relative intensity with respect to the peak value of the substantially parallel light at the beam waist is 1 / e 2 , the first collimator converts the excitation light into a range of 400 to 600 μm, and the second collimator converts the signal light. 450-900
In the range of μm, the first and second collimators each have a collimating property, and when the pumping light is incident on the first optical fiber, the mode field diameter of the beam at the laser light source emission end. Has a focal length that is equal to the mode field diameter of the optical fiber, and the third collimator causes the signal light emitted from the first optical fiber to enter the second optical fiber. When the optical isolator has a focal length that makes the mode field diameter of the signal light emitted from the first optical fiber equal to the mode field diameter of the second optical fiber, the optical isolator has a wedge-shaped birefringent plate and a polarizer. A composite module for an optical fiber amplifier, wherein the composite module is configured to be used as an analyzer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16277996A JPH1012953A (en) | 1996-06-24 | 1996-06-24 | Composite module for optical fiber amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16277996A JPH1012953A (en) | 1996-06-24 | 1996-06-24 | Composite module for optical fiber amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012953A true JPH1012953A (en) | 1998-01-16 |
Family
ID=15761060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16277996A Pending JPH1012953A (en) | 1996-06-24 | 1996-06-24 | Composite module for optical fiber amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1012953A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007535141A (en) * | 2004-03-31 | 2007-11-29 | イムラ アメリカ インコーポレイテッド | Modular fiber chirp pulse amplification system |
| CN108225562A (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-29 | 罗伯特·博世有限公司 | Fourier transform spectrometer, and the method for running Fourier transform spectrometer, |
| JP2019008208A (en) * | 2017-06-27 | 2019-01-17 | オリンパス株式会社 | Laser combiner |
| CN113454933A (en) * | 2018-12-11 | 2021-09-28 | 日东电工株式会社 | Optical transmission system and electro-optical conversion apparatus |
-
1996
- 1996-06-24 JP JP16277996A patent/JPH1012953A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2007535141A (en) * | 2004-03-31 | 2007-11-29 | イムラ アメリカ インコーポレイテッド | Modular fiber chirp pulse amplification system |
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| CN113454933B (en) * | 2018-12-11 | 2023-04-21 | 日东电工株式会社 | Optical transmission system and electro-optical conversion device |
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