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JP3269540B2 - 光増幅器 - Google Patents
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JP3269540B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP3269540B2
JP3269540B2 JP27639793A JP27639793A JP3269540B2 JP 3269540 B2 JP3269540 B2 JP 3269540B2 JP 27639793 A JP27639793 A JP 27639793A JP 27639793 A JP27639793 A JP 27639793A JP 3269540 B2 JP3269540 B2 JP 3269540B2
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    • H04B10/29Repeaters
    • H04B10/291Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いられる光
信号の中継増幅を行う双方向の光増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図6に示すように、送受信を一本
の光ファイバで行う双方向光通信器が知られている(例
えば、長谷川ら「光導波路形分岐結合器」、島津評論、
Vol.47、No.3、p339−p344(199
0)参照)。
【0003】この双方向光通信器においては、光送受信
器4aの発光素子1aからの光信号は光分岐結合器13
aで合波され、さらに光ファイバ5を経て光送受信器4
bに送られる。光送受信器4bでは、光分岐結合器13
bで分波された光信号が受光素子2bに送られる。反対
に、光送受信器4bからの光信号は、発光素子1b、光
分岐結合器13b、光ファイバ5、光分岐結合器13
a、受光素子2aという経路をたどり双方向光通信が行
われる。
【0004】また、図7に示すような2本のErドープ
ファイバ光増幅器6a、6bを光サーキュレータ14
a、14bで接続した中継増幅用の双方向性光増幅器が
知られている(例えば、C.Barnard et a
l.“Bidirectional Fiber Am
plifiers”, IEEE Photon. T
ecnnol. Lett., Vol.4, No.
8, p911−p913(1992)参照)。
【0005】この双方向性光増幅器においては、Erド
ープファイバ光増幅器6a、6bは、光源7からのポン
プ光によって励起される。8a、8bはポンプ光と信号
光を分離するバンドパスフィルタ、9a、9bは波長選
択性を有する方向性結合器、10は方向性結合器であ
る。また、光サーキュレータ14a,14bは、戻り光
を抑えてErドープファイバ光増幅器6a、6bの発振
を防ぐ役割を果たす。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図6に示す双方向光通
信器においては、光ファイバ5から光送受信器4bに送
られてきた光は、光分岐結合器13bで分波されて受光
素子2bへ分岐するが、光分岐結合器13bは等分岐路
であるので、光は受光素子2bだけでなく発光素子1b
へも分岐する。このため、受信信号の損失という問題を
引き起こし、3dB程度の損失が発生する。さらに、発
光素子1bがレーザーダイオードの場合には、発光素子
1b側に分岐された受信信号によってレーザー発振が擾
乱を受けるという欠点もある。このような現象は、光送
受信器4bからの光信号にも同様に言える問題である。
【0007】また、図7に示す増幅器6a、6bを使用
した双方向光通信器において用いられている光サーキュ
レータ14a,14bは、磁気光学効果を応用したもの
であり、高価であるという欠点がある。
【0008】そこで本発明は、光サーキュレータを使用
しない安価な光増幅器を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、従来の光増
幅器における光サーキュレータに代えて、導波モードが
単一の非対称Y字型光分岐路を用いることによって達成
できる。
【0010】ここで言う非対称Y字型光分岐路とは、断
面形状が等しくないふたつの光導波路が元の光導波路に
対して等しい角度で分岐するもの、断面形状が等しい光
導波路が元の光導波路に対して異なる角度で分岐するも
の、あるいは、断面形状が等しくないふたつの光導波路
が元の光導波路に対して異なる角度で分岐するものを総
称する。
【0011】
【0012】
【作用】シングルモード非対称Y字型光分岐路は、矢島
「非相反特性を有する誘電体分岐路」、昭和53年度電
子通信学会総合全国大会、947(1978)及び、
W.K.Burns et al.,”Mode Co
nversion inPlanar−Dielect
ric Separating Waveguides
“,IEEE,J. Quantum Electro
n.,Vol.QE−11,No.1,p23−p39
(1975)に報告されているように非相反特性を有す
ることが知られている。
【0013】図5は、断面形状が等しい光導波路が元の
光導波路に対して異なる角度で分岐しているシングルモ
ード非対称Y字型光分岐路の動作を示す概略図である。
図5に示すシングルモード非対称Y字型光分岐路におい
ては、元の光導波路からの入射光に対して元の光導波路
と同じ角度で分岐している分岐路の伝搬定数が大きく、
元の光導波路に対して所定の角度で折り曲げられている
分岐路の伝搬定数が小さい。したがって、図5(a)に
示すような非対称Y字型光分岐路では、共通の光導波路
21から入射した光は、伝搬定数の大きい光導波路22
へのみ伝達され、伝搬定数の小さい光導波路23へは伝
達されない。
【0014】一方、分岐したふたつの光導波路22また
は23から入射した光は、図5(b)及び(c)に示す
ように、伝達定数の大小に拘わらず、どちらも共通の光
導波路21に伝達される。
【0015】シングルモード非対称Y字型光分岐路のこ
の性質を利用することによって、受信した光信号を完全
に分波し、光信号が発光素子側へ送られるのを防ぐこと
ができる。またこの性質は、光サーキュレータの機能を
代替することができる。
【0016】ここで伝搬定数は、各分岐路の断面積や断
面形状、分岐角度によってコントロールできるが、伝搬
定数の小さい光導波路23への伝達を実質的にゼロ(−
20dB以下)すなわち受信損失を無くすには、規格化
伝搬定数(β/K0 )を、例えば一方が1.55、他方
が1.53程度にすれば良い。ただしβは導波路の伝搬
定数、K0 は波数である。
【0017】
【実施例】以下図面を参照し実施例に基づいて本発明の
特徴を具体的に説明する。
【0018】図1は、光通信用送受信器の例を示す概略
図である。なお、同図において、図6で説明した従来の
光通信用送受信器に対応するものは、同じ符号を付して
いる。
【0019】本実施例の光通信用送受信器においては、
図6に示した従来の光分岐結合器13a,13bに代え
て、シングルモード非対称Y字型光分岐路3a及び3b
を用いている。
【0020】シングルモード非対称Y字型光分岐路3a
及び3bは、図2に示すように、共通部P0 と、この共
通部P0 からY字状に分岐した光導波路P1 ,P2 から
なり、光導波路P2 は共通部P0 の光導波路と直線状を
なしている。また、導波路断面積は光導波路P2 の方を
光導波路P1 よりも大きく形成し、規格化伝搬定数(β
/K0 )を、光導波路P2 で1.56、発光素子1a,
1bと接続された光導波路P1 で1.53としている。
【0021】これによって、共通部P0 から入射した光
信号は、大半が光導波路P2 側へ伝搬され、発光素子1
a,1bと接続された光導波路P1 側へはほとんど伝搬
することがなく、光信号の受信損失を無くすことができ
る。また、受光素子1a,1b側への伝搬がなくなるた
め、受光素子1a,1bとしてレーザーダイオードを使
用した場合にも、レーザー発振が擾乱を受けることがな
い。
【0022】なおこのシングルモード非対称Y字型光分
岐路3a,3bとしては、上記した、断面形状が等しく
ないふたつの光導波路が元の光導波路に対して異なる角
度で分岐するものの他、断面形状が等しくないふたつの
光導波路が元の光導波路に対して等しい角度で分岐する
もの、断面形状が等しい光導波路が元の光導波路に対し
て異なる角度で分岐するものを使用することができる。
【0023】図3は、本発明の光増幅器の実施例を示す
概略図である。なお同図において、図7で説明した光増
幅器に対応するものは、同じ符号を付している。
【0024】本実施例の光増幅器においては、図7に示
した従来の増幅器の光サーキュレータ14a,14bに
代えて、先に説明したシングルモード非対称Y字型光分
岐路3aないし3bを用いている。
【0025】シングルモード非対称Y字型光分岐路3a
及び3bは、上記した非相反特性により、戻り光を抑え
てErドープファイバ光増幅器6a、6bの発振を防ぐ
ことができ、光サーキュレータの機能を代替することが
できる。またこの構成によれば、Erドープファイバ増
幅器6a、6bを光導波路化してシングルモード非対称
Y字型光分岐路3a,3bと同一基板上に集積化するこ
とも容易である。これに対し、従来の光サーキュレータ
は磁気光学効果を有する単結晶基板上に形成されるの
で、Erドープガラス光導波路との集積化にはプロセス
上の困難が伴う。
【0026】なおこの実施例では光増幅手段としてEr
ドープファイバ増幅器6a,6bを用いたが、光増幅手
段はこれに限定されず半導体レーザ増幅器等も用いるこ
とができる。
【0027】図4は光送受信器の他の例を示す概略図で
あり、光通信用波長多重送受信器に適用した例である。
なお、この波長多重の双方向光通信用送受信器は、本出
願人により特願平4−233892号として出願された
ものである。
【0028】同図において、11は波長多重発振部、1
2は波長多重受光部で、図2で説明したシングルモード
非対称Y字型光分岐路3の分岐する光導波路の内伝搬定
数の小さい光導波路と、波長多重発振部11とを接続し
ている。
【0029】図4に示す光通信用波長多重送受信器は、
光導波路を集積化した集積回路基板31、この集積回路
基板31の一方の端部に配置された凹面回折格子32
a,32b、集積回路基板31の他方の端部に配置され
た受光器アレイとしてのフォトダイオードアレイ33及
び半導体レーザーアレイ34、入出力用の光ファイバ5
とから構成されている。凹面回折格子32a,32b
は、ガラスの集積回路基板31をドライエッチングして
鋸歯状回折格子35を凹面状に形成することにより構成
されている。凹面回折格子32a,32bは、それぞれ
第1のスラブ導波路36と第2のスラブ導波路37に対
応するように形成されている。第1のスラブ導波路36
と凹面回折格子32aとで第1のスラブ導波路型波長多
重マルチプレクサが構成され、第2のスラブ導波路37
と凹面回折格子32bとで第2のスラブ導波路型波長多
重マルチプレクサが構成されている。
【0030】集積回路基板31の他方の端部の第1のス
ラブ導波路36側には、半導体レーザーアレイ34が配
置されている。半導体レーザーアレイ34の半導体レー
ザー素子の数は、多重される波長の数+1だけ必要であ
る。半導体レーザーアレイ34は、片側の端面に無反射
コートが施されており、その無反射コートした面が集積
回路基板31側になるように取り付けられている。
【0031】第1のスラブ導波路36と片側の端面を無
反射コートした半導体レーザーアレイ34とは、配線用
光導波路38a,38bによって接続されている。第1
のスラブ導波路36と回折格子32aとでポリクロメー
タ(多色分光系)が形成される。光導波路38aは、第
1のスラブ導波路2に接続されてこの接続部にポリクロ
メーター出力部39を構成している。
【0032】第1のスラブ導波路36の上辺のポリクロ
メーター出力部39と略対称位置が共通出力部40とさ
れ、この共通出力部40は、第1の光カプラー41と接
続され、光カプラー41の一方の分岐は、配線用光導波
路38bによって半導体レーザーアレイ34に、もう一
方の分岐は、配線用光導波路38cによって第2の光カ
プラー3とそれぞれ接続されている。光カプラー3の共
通端子は光ファイバ5に接続されている。
【0033】半導体レーザーアレイ34と第1のスラブ
導波路36と凹面回折格子32aとで波長多重発振部1
1を形成するので、波長多重化したレーザー光を発生す
ることができる。多重波長で発振したレーザー光は、共
通出力部40から出力され、スラブ導波路36の共通出
力部40からのレーザー光は、第1の光カプラー41に
よって分岐されて、光出力の一部が第2の光カプラー3
を通って光ファイバ5に出力される。
【0034】第2のスラブ導波路37とフォトダイオー
ドアレイ33は、やはり配線用光導波路42aによって
接続されている。第2のスラブ導波路37と回折格子3
2bとでポリクロメータが形成される。フォトダイオー
ドアレイ33には、波長数に対応した個数のフォトダイ
オード (図示せず) が並べられている。第2のスラブ導
波路37の共通入力部43と前記第2の光カプラー3と
は配線用光導波路42bによって接続されている。ま
た、配線用光導波路42aは、第2のスラブ導波路のポ
リクロメーター出力部44と接続されている。
【0035】外部から光ファイバ5を伝わって送られて
きた光信号は、シングルモード非対称Y字型光分岐路と
して機能する第2の光カプラー3によって分岐されて、
配線用光導波路38cを経て共通入力部43から第2の
スラブ導波路37に導かれる。光信号は、凹面回折格子
32bによって分光及び結像された後、波長毎にそれぞ
れ別の配線用光導波路を通ってフォトダイオードアレイ
33の各フォトダイオード (図示せず) によって各波長
毎に電気信号に変換される。
【0036】このとき、外部から光ファイバ5を伝わっ
てきた信号は、シングルモード非対称Y字型分岐路3を
経て、そのほとんど全てが波長多重受光部12に送ら
れ、波長多重発振部11側には送られない。一方、波長
多重発振部11からの光信号は、シングルモード非対称
Y字型分岐路3を経て光ファイバ5を経て外部へ伝達さ
れる。
【0037】これによって、受信した光信号が波長多重
発振部11に分岐することを効果的に防ぐことができ
る。
【0038】
【発明の効果】本発明の光増幅器によれば、光サーキュ
レータを安価なデバイスに置き換えることによって光増
幅器のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】通信用送受信器の概略図である。
【図2】図1に示すシングルモード非対称Y字型光分岐
路の拡大図である。
【図3】本発明の一実施例である光通信用増幅器の概略
図である。
【図4】光通信用送受信器の他の例を示す概略図であ
る。
【図5】シングルモード非対称Y字型光分岐路の動作を
示す概略図である。
【図6】従来の双方向性光送受信器の概略図である。
【図7】従来の双方向性光増幅器の概略図である。
【符号の説明】
1a,1b…発光素子、2a,2b…受光素子、3,3
a,3b…シングルモード非対称Y字型光分岐路、4
a、4b…光送受信器、5…光ファイバ、6a、6b…
Erドープ ファイバ、7…ポンプ光源、8a、8b…
バンドパスフィルタ、9a、9b…波長選択性を有する
方向性結合器、10…方向性結合器、11…波長多重発
振部、12…波長多重受光部、13a、13b…光分岐
結合器、14a、14b…光サーキュレータ、21…共
通光導波路、22…伝搬定数の大きな分岐光導波路、2
3…伝搬定数の小さな分岐光導波路、31…集積回路基
板、32a,32b…凹面回折格子、33…フォトダイ
オードアレイ、34…半導体レーザーアレイ、35…鋸
歯状の回折格子、36…第1のスラブ導波路、37…第
2のスラブ導波路、38a,38b,38c,42a,
42b…配線用光導波路、39…ポリクロメーター出力
部、40…共通出力部、41…第1の光カプラー、43
…共通入力部、44…ポリクロメーター出力部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−69714(JP,A) 特開 昭58−84550(JP,A) 特開 平5−145495(JP,A) 特開 平4−23628(JP,A) 特開 平4−240605(JP,A) IEEE J.Quantum El ectron.,Vol.25 No. 4,p.742−748 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/30 G02B 6/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 双方向性の光増幅器において、第1と第
    2の光増幅手段と第1と第2の導波モードが単一の非対
    称Y字型光分岐路とを備え、 前記第1の非対称Y字型光分岐路のふたつに分岐する光
    導波路の内、伝搬定数の小さい光導波路と前記第1の光
    増幅手段とを接続し、前記第2の非対称Y字型光分岐路
    のふたつに分岐する光導波路の内、伝搬定数の大きい光
    導波路と前記第1の光増幅手段とを接続し、 前記第2の非対称Y字型光分岐路のふたつに分岐する光
    導波路の内、伝搬定数の小さい光導波路と前記第2の光
    増幅手段とを接続し、前記第1の非対称Y字型光分岐路
    のふたつに分岐する光導波路の内、伝搬定数の大きい光
    導波路と前記第2の光増幅手段とを接続したことを特徴
    とする双方向性の光増幅器。
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