(57)【要約】  周囲光をフィードバックさせることにより半導体光増幅器の負帰還光増幅を行う光信号増幅装置において、半導体光増幅器とそれからの出力光を伝送する光ファイバとの結合構造をファイバグレーティングデバイスを用いて簡単且つ小型とすることができる光信号増幅装置を提供する。  第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１が第１半導体光増幅器１６の出力側に備えられて、第１半導体光増幅器１６に第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力されると、第１波長λ１以外の光Ｌs1が第１ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から反射されてその第１半導体光増幅器１６に直接再度入力されるので、半導体光増幅器１６とそれからの出力光Ｌout を伝送する第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１との結合構造が簡単且つ小型となり、高速応答が可能となる。
2009022623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の第１入力信号光が入力されると、該第１入力信号光の強度に応じて該第１波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、該第１入力信号光を増幅した光と該第１入力信号光の強度に対して強度反転した該第１波長以外の光とを出力する第１半導体光増幅器を、含む光信号増幅装置であって、
前記第１波長以外の光の全部または一部を反射する第１光ファイバグレーティングデバイスが前記第１半導体光増幅器の出力側に備えられ、
前記第１半導体光増幅器からの出力光のうち前記第１光ファイバグレーティングデバイスにより反射された前記第１波長以外の光が該第１半導体光増幅器に再度入力されることを特徴とする光信号増幅装置。
【請求項２】
前記第１光ファイバグレーティングデバイスの第１光ファイバグレーティング部は、前記第１波長の光を透過させ、増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、前記第１波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、前記第１半導体光増幅器に対して光路長Ｌを隔てて近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光信号増幅装置。
【請求項３】
前記光路長Ｌは、前記第１半導体光増幅器と前記第１光ファイバーグレーティング部との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第１入力信号光の１ビット当たりの時間間隔をｔ（秒）としたときに、
Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）
であることを特徴とする請求項２に記載の光信号増幅装置。
【請求項４】
第２波長の第２入力信号光が入力されると、該第２入力信号光の強度に応じて該第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、該第２入力信号光を増幅した光と該第２入力信号光の強度に対して強度反転した該第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、
該第２半導体光増幅器から出力される光のうち前記第２波長以外の光の全部または一部を反射する第２光ファイバグレーティングデバイスとを、含み
該第２光ファイバグレーティングデバイスは、前記第２波長以外の光および前記第１波長の第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の光信号増幅装置。
【請求項５】
前記第２光ファイバグレーティングデバイスは、２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部と、前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、該第１入力部から入力した光のうち第２入力信号光以外の光を、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側の該入力部とは異なる出力部へ反射し、溶融延伸部に対して該第１入力部と反対側にある第２入力部から入力した第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする請求項４に記載の光信号増幅装置。
【請求項６】
前記第２光ファイバグレーティングデバイスは、２本の光ファイバの一部を溶融延伸した第１溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部と、前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、該第１入力部から入力した光のうち第２入力信号光以外の光を、前記第１溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側の該第１入力部とは異なる前記出力部へ反射し、前記第１溶融延伸部と前記出力部との間に設けた第２溶融延伸部につながる第２入力部から入力した第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする請求項４に記載の光信号増幅装置。
【請求項７】
第２波長の第２入力信号光が入力されると、該第２入力信号光の強度に応じて該第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、該第２入力信号光を増幅した光と該第２入力信号光の強度に対して強度反転した該第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、
該第２半導体光増幅器から出力された光のうち前記第２波長の増幅光を反射する第３光ファイバグレーティングデバイスとを、含み、
前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、前記第２波長の第２入力信号光を増幅した光および前記第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることを特徴をする請求項１乃至３のいずれか１に記載の光信号増幅装置。
【請求項８】
前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、２本の光ファイバの一部を溶融延伸した溶融延伸部に設けられた第３光ファイバグレーティング部と、前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される入力部と、前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、該入力部から入力された前記第２半導体光増幅器の出力光のうちの前記第２波長の増幅光を、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側の該第１入力部とは異なる出力部へ反射し、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と反対側にある第２入力部に入力された第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする請求項７に記載の光信号増幅装置。
【請求項９】
前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、２本の光ファイバの一部を溶融延伸した第１溶融延伸部に形成された第３光ファイバグレーティング部と、前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、該第１入力部に入力された前記第２半導体光増幅器の出力光のうちの前記第２波長の増幅光を、第１溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側の該第１入力部とは異なる出力部へ反射し、第１溶融延伸部と該出力部との間に設けた第２溶融延伸部につながる第２入力部に入力された第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする請求項７に記載の光信号増幅装置。
【請求項１０】
前記第１光ファイバグレーティングデバイスの端面に先球レンズが備えられ、
前記第１半導体光増幅器からの出力光は、前記第１光ファイバグレーティングデバイスの先球レンズに直接入射されされることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１１】
前記第２光ファイバグレーティングデバイスの入力部および／または出力部のファイバ端面に先球レンズが備えられ、
前記第２半導体光増幅器からの出力光は、前記第２光ファイバグレーティングデバイスの入力部の端面の先球レンズに直接出力され、該第２光ファイバグレーティングデバイスの出力部からの光は前記第１半導体光増幅器に直接入力されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１２】
前記第３光ファイバグレーティングデバイスの入力部および／または出力部のファイバ端面に先球レンズが備えられ、
前記第２半導体光増幅器からの出力光は、前記第３光ファイバグレーティングデバイスの入力部の端面の先球レンズに直接出力され、該第３光ファイバグレーティングデバイスの出力部からの光は前記第１半導体光増幅器に直接入力されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１３】
第２波長の第２入力信号光が入力されると、該第２入力信号光の強度に応じて該第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、該第２入力信号光を増幅した光と該第２入力信号光の強度に対して強度反転した該第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、
該第２半導体光増幅器から出力される光のうち前記第２波長以外の光の全部または一部を反射するアドドロップフィルタまたは光学フィルタとを、含み、
該アドドロップフィルタまたは光学フィルタは、前記第２波長以外の光および前記第１波長の第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１４】
前記第１半導体光増幅器および第２半導体光増幅器は、１チップの半導体基板上に形成された光導波路においてそれぞれ設けられたものである請求項４乃至９、１１乃至１３のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１５】
前記第２半導体光増幅器は、一端部に反射手段を備えた反射型半導体光増幅器である請求項４乃至９、１１乃至１３のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１６】
前記第１半導体光増幅器および／または第２半導体光増幅器は、ｐｎ接合から成る活性層を備えた半導体光増幅器であって、該活性層がバルク、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されるものである請求項１乃至１５のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１７】
前記第２波長の第２入力信号光を前記第２半導体光増幅器へ入力させる第２入力用光ファイバを含み、
該第２光入力用光ファイバには、前記第２波長の第２入力信号光を透過させるが、該第２波長の周囲光を前記第２半導体光増幅器へ向かって反射する光ファイバグレーティング部が備えられていることを特徴とする請求項４乃至９、１１乃至１３のいずれか１の光信号増幅装置。
【請求項１８】
前記光増幅装置は、負帰還光増幅器、光リミッタ、光信号３端子増幅器、または、光オペアンプを構成するものである請求項１乃至１７のいずれか１の光信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を低歪み、高変調度で増幅するための光信号増幅装置、および、光信号増幅作用を有する３端子の光信号増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気信号を光信号に変換して増幅し、伝送する分野においては、半導体レーザや発光ダイオード等の電気／光変換素子の変換特性に基づいて、変換された光信号が電気信号に比較して大きく歪むことが知られている。特に、パルス的な電気信号を半導体レーザに入力した場合には、出力される光信号のパルスの立ち上がり時に光信号強度が急激に増加してヒゲのようにオーバシュートした光信号波形が得られる。一般的には、これらの光信号波形を光増幅器で増幅した場合、その歪みが増幅して伝達され、光学的にその歪みを低減する技術は得られていない。また、エレクトロニクス分野において負帰還増幅制御は低歪み増幅器を構成する重要な技術であるが、光増幅器にはそれに相当する技術が得られていない。さらに、エレクトロニクス分野においては、トランジスタのように信号増幅作用を有する３端子の増幅素子が存在するが、光エレクトロニクスの分野では得られていない。【０００３】
これに対し、本発明者の一人である前田は、半導体光増幅器( ＳＯＡ）の相互利得変調現象を利用して、所定波長λ１の入力光信号に対して半導体光増幅器を通過後の周囲光( λ１を中心とするλ１以外の波長帯の光) を入力側に帰還させることによりその入力光信号を低歪みに増幅可能であることを示し、負帰還光増幅効果(Negative feedback optical amplification effect)と名付けた( 非特許文献１) 。本効果は、周囲光がＸＧＭ( 相互利得変調) によって入力光信号に対して強度反転を示すことから、この周囲光をフィードバックさせることにより半導体光増幅器の利得を入力光信号に応じて変調して負帰還光増幅効果が得られ、光学的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。
【非特許文献１】「Negative feedback optical amplification effect based on cross-gain modulation in semiconductor aptical amplifiers 」(Applied Physics Letters , Volume 88, publisｈed 8 March 2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の負帰還光増幅効果を利用した光増幅装置では、その実用上、半導体光増幅器の出力光を光ファイバーの端部へ入力させ、その光ファイバを介して出力光が伝送される必要があるので、半導体光増幅器の端面から出力する出力光を光ファイバの端面中央部のコアに入射させる光学系が必要となる。この光学系は、たとえば、半導体光増幅器の端面に露出する活性層から出力する出力光を平行光に変換する第１レンズと、その平行光を集光して光ファイバの端面中央部のコアに入射させる第２レンズと、それら第１レンズと第２レンズとの間に設けられて第１波長の光を透過させるがその周囲光を反射する光学フィルタとから構成される。このように、複数個の光学部品を保持する構造を必要とするため、装置が大型且つ高価となる欠点があった。また、負帰還光増幅効果の応答性を考慮すると、半導体光増幅器と周囲光をそれに向かって反射する光学フィルタとの間の距離を可及的に短くすることが望まれるが、上記のような構成によると、半導体光増幅器と光学フィルタとの間の光路が長くなり、負帰還光増幅特性を十分に得られ難くなる。【０００５】
これに対し、半導体光増幅器の端面に成膜処理を施すことにより波長選択性フィルタを固設することが考えられるが、その端面は半導体基板の劈開面であって安定した形状でなく、下地の材質が場所により相違し、しかもエッジ効果の影響により、正確な膜厚制御を伴う波長選択性フィルタの成膜が困難であった。しかも、半導体光増幅器から放出される光は大きな発散角を有していることから、仮に波長選択性フィルタが成膜されたとしても平行光でないために波長選択特性が十分に得られない。波長選択性フィルタは、その入射角に応じて波長選択特性が変化するため、発散角を有する光に対しては一定な波長選択特性が得られないのである。【０００６】
本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、周囲光をフィードバックさせることにより半導体光増幅器の利得を入力光信号に応じて変調して負帰還光増幅を行う光信号増幅装置において、半導体光増幅器とそれからの出力光を伝送する光ファイバとの結合構造を簡単且つ小型とすることができる光信号増幅装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、前記目的を達成するための請求項１にかかる発明は、(a) 第１波長の第１入力信号光が入力されると、その第１入力信号光の強度に応じてその第１波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第１入力信号光を増幅した光とその第１入力信号光の強度に対して強度反転したその第１波長以外の光とが出力される第１半導体光増幅器とを、備える光信号増幅装置であって、(b) 前記第１波長以外の光の全部または一部を反射する第１ファイバグレーティングデバイスが前記第１半導体光増幅器の出力側に備えられ、(c) 前記第１半導体光増幅器からの出力光のうち前記第１ファイバグレーティングデバイスにより反射された前記第１波長以外の光がその第１半導体光増幅器に再度入力されることを特徴とする。【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光信号増幅装置において、前記第１光ファイバグレーティングデバイスの第１光ファイバグレーティング部は、前記第１波長の光を透過させ、増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、前記第１波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、前記第１半導体光増幅器に対して光路長Ｌを隔てて近接して配置されていることを特徴とする。【０００９】
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光信号増幅装置において、前記光路長Ｌは、前記第１半導体光増幅器と第１光ファイバーグレーティング部との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第１入力信号光の１ビット当たりの時間間隔をｔ（秒）としたとき、Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）であることを特徴とする。【００１０】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載の光信号増幅装置において、(a) 第２波長の第２入力信号光が入力されると、その第２入力信号光の強度に応じてその第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光を増幅した光とその第２入力信号光の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、(b) 前記第２波長以外の光の全部または一部を反射する第２ファイバグレーティングデバイスとを、含み、(c) その第２ファイバグレーティングデバイスは、前記第２波長以外の光および前記第１波長の第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることを特徴とする。【００１１】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の光信号増幅装置において、前記第２光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その第１入力部から入力した光のうち第２入力信号光以外の光を、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側のその入力部とは異なる出力部へ反射し、溶融延伸部に対してその第１入力部と反対側にある第２入力部から入力した第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする。【００１２】
また、請求項６に係る発明は、請求項４に記載の光信号増幅装置において、前記第２光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部を溶融延伸した第１溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その第１入力部から入力した光のうち第２入力信号光以外の光を、前記第１溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側のその第１入力部とは異なる前記出力部へ反射し、前記第１溶融延伸部と前記出力部との間に設けた第２溶融延伸部につながる第２入力部から入力した第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする。【００１３】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載の光信号増幅装置において、(a) 第２波長の第２入力信号光が入力されると、その第２入力信号光の強度に応じてその第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光を増幅した光とその第２入力信号光の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、(b) その第２半導体光増幅器から出力された光のうち前記第２波長の増幅光を反射する第３光ファイバグレーティングデバイスとを、含み、(c) 前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、前記第２波長の第２入力信号光を増幅した光および前記第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることを特徴とする。【００１４】
また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載の光信号増幅装置において、前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部を溶融延伸した溶融延伸部に設けられた第３光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その入力部から入力された前記第２半導体光増幅器の出力光のうちの前記第２波長の増幅光を、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側のその第１入力部とは異なる出力部へ反射し、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と反対側にある第２入力部に入力された第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする。【００１５】
また、請求項９に係る発明は、請求項７に記載の光信号増幅装置において、前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部を溶融延伸した第１溶融延伸部に形成された第３光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その第１入力部に入力された前記第２半導体光増幅器の出力光のうちの前記第２波長の増幅光を、第１溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側の該第１入力部とは異なる出力部へ反射し、第１溶融延伸部と該出力部との間に設けた第２溶融延伸部につながる第２入力部に入力された第１入力信号光を前記出力部へ透過することを特徴とする。【００１６】
また、請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９のいずれか１の光信号増幅装置において、(a) 前記第１光ファイバグレーティングデバイスの端面に先球レンズが備えられ、(b) 前記第１半導体光増幅器からの出力光は、前記第１光ファイバグレーティングデバイスの先球レンズに直接入射されされることを特徴とする。【００１７】
また、請求項１１に係る発明は、請求項４乃至６のいずれか１の光信号増幅装置において、(a) 前記第２光ファイバグレーティングデバイスの入力部および／または出力部のファイバ端面に先球レンズが備えられ、(b) 前記第２半導体光増幅器からの出力光は、前記第２光ファイバグレーティングデバイスの入力部の端面の先球レンズに直接出力され、該第２光ファイバグレーティングデバイスの出力部からの光は前記第１半導体光増幅器に直接入力されることを特徴とする。【００１８】
また、請求項１２に係る発明は、請求項７乃至９のいずれか１の光信号増幅装置において、(a) 前記第３光ファイバグレーティングデバイスの入力部および／または出力部のファイバ端面に先球レンズが備えられ、(b) 前記第２半導体光増幅器からの出力光は、前記第３光ファイバグレーティングデバイスの入力部の端面の先球レンズに直接出力され、その第３光ファイバグレーティングデバイスの出力部からの光は前記第１半導体光増幅器に直接入力されることを特徴とする。【００１９】
また、請求項１３に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載の光信号増幅装置において、(a) 第２波長の第２入力信号光が入力されると、その第２入力信号光の強度に応じてその第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光を増幅した光とその第２入力信号光の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、(b) その第２半導体光増幅器から出力される光のうち前記第２波長以外の光の全部または一部を反射するアドドロップフィルタまたは光学フィルタとを、含み、(c) そのアドドロップフィルタまたは光学フィルタは、前記第２波長以外の光および前記第１波長の第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることを特徴とする。【００２０】
また、請求項１４に係る発明は、請求項４乃至９、１１乃至１３のいずれか１の光信号増幅装置において、前記第１半導体光増幅器および第２半導体光増幅器は、１チップの半導体基板上に形成された光導波路においてそれぞれ設けられたものであることを特徴とする。【００２１】
また、請求項１５に係る発明は、請求項４乃至９、１１乃至１３のいずれか１の光信号増幅装置において、前記第２半導体光増幅器は、一端部に反射手段を備えた反射型半導体光増幅器であることを特徴とする。【００２２】
また、請求項１６に係る発明は、請求項１乃至１５のいずれか１の光信号増幅装置において、前記第１半導体光増幅器および／または第２半導体光増幅器は、ｐｎ接合から成る活性層を備えた半導体光増幅器であって、その活性層がバルク、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されるものであることを特徴とする。【００２３】
また、請求項１７に係る発明は、請求項４乃至９、１１乃至１３のいずれか１の光信号増幅装置において、前記第２波長の第２入力信号光を前記第２半導体光増幅器へ入力さ
せる第２入力用光ファイバを含み、その第２入力用光ファイバには、前記第２波長の第２入力信号光を透過させるが、その第２波長の周囲光を前記第２半導体光増幅器へ向かって反射する光ファイバグレーティング部が備えられていることを特徴とする。【００２４】
また、請求項１８に係る発明は、請求項１乃至１７のいずれか１の光信号増幅装置において、負帰還光増幅器、光リミッタ、光信号３端子増幅器、または、光オペアンプを構成するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１にかかる発明の光信号増幅装置によれば、前記第１波長以外の光の全部または一部を反射する第１光ファイバグレーティングデバイスが前記第１半導体光増幅器の出力側に備えられ、前記第１半導体光増幅器からの出力光のうち前記第１波長以外の光が第１光ファイバグレーティングデバイスからその第１半導体光増幅器に再度入力されることから、強度反転を示す周囲光がフィードバックさせられることにより第１半導体光増幅器の利得を入力光信号に応じて変調して負帰還光増幅効果が得られ、光学的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。また、第１光ファイバグレーティングデバイスが前記第１半導体光増幅器の出力側に備えられて第１半導体光増幅器からの第１波長の出力光が直接その第１光ファイバグレーティングデバイスへ入力されるとともに、第１波長以外の光が第１光ファイバグレーティングデバイスからその第１半導体光増幅器に再度入力されるので、半導体光増幅器とそれからの出力光を伝送する第１光ファイバグレーティングデバイスとの結合構造が簡単且つ小型となる。【００２６】
また、請求項２に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第１光ファイバグレーティング部は、前記第１波長の光を透過させ、増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、前記第１波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、第１半導体光増幅器に対して光路長Ｌを隔てて近接して配置されていることから、半導体光増幅器とそれからの出力光を伝送する第１光ファイバグレーティングデバイスとの結合構造が簡単且つ小型となる。【００２７】
また、請求項３に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記光路長Ｌは、その第１半導体光増幅器とその第１光ファイバーグレーティング部との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第１入力信号光の１ビット当たりの時間間隔をｔ（秒）としたとき、Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）であることから、半導体光増幅器の高い応答性が得られる。したがって、第１光ファイバグレーティングデバイスにより反射された周囲光が第１半導体光増幅器へ遅れなく速やかに再入力されるので、効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。【００２８】
また、請求項４に係る発明の光信号増幅装置によれば、(a) 第２波長の第２入力信号光が入力されると、その第２入力信号光の強度に応じてその第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光を増幅した光とその第２入力信号光の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、(b) 前記第２波長以外の光の全部または一部を反射する第２光ファイバグレーティングデバイスとが、さらに備えられ、(c) その第２光ファイバグレーティングデバイスは、前記第２波長以外の光および前記第１波長の第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることから、第２波長の第２入力信号光により変調された第１波長の出力光を出力する小型の３端子の光信号増幅装置が得られる。【００２９】
また、請求項５に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第２光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その第１入力部から入力した光のうち第２入力信号光以外の光を、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側のその入力部とは異なる出力部へ反射し、溶融延伸部に対してその第１入力部と反対側にある第２入力部から入力した第１入力信号光を前記出力部へ透過することから、第２波長の第２入力信号光により変調された第１波長の出力光を出力する、全体として一層小型な３端子の光信号増幅装置が得られる。【００３０】
また、請求項６に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第２光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部を溶融延伸した第１溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その第１入力部から入力した光のうち第２入力信号光以外の光を、前記第１溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側のその第１入力部とは異なる前記出力部へ反射し、前記第１溶融延伸部と前記出力部との間に設けた第２溶融延伸部につながる第２入力部から入力した第１入力信号光を前記出力部へ透過することから、第２波長の第２入力信号光により変調された第１波長の出力光を出力する、全体として一層小型な３端子の光信号増幅装置が得られる。【００３１】
また、請求項７に係る発明の光信号増幅装置によれば、(a) 第２波長の第２入力信号光が入力されると、その第２入力信号光の強度に応じてその第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光を増幅した光とその第２入力信号光の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、(b) その第２半導体光増幅器から出力された光のうち前記第２波長の増幅光を反射する第３光ファイバグレーティングデバイスとを、含み、(c) 前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、前記第２波長の第２入力信号光を増幅した光および前記第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることから、３端子の光信号増幅装置が得られる。【００３２】
また、請求項８に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部を溶融延伸した溶融延伸部に設けられた第３光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その入力部から入力された前記第２半導体光増幅器の出力光のうちの前記第２波長の増幅光を、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側のその第１入力部とは異なる出力部へ反射し、前記溶融延伸部に対して前記第１入力部と反対側にある第２入力部に入力された第１入力信号光を前記出力部へ透過することから、全体として小型な３端子の光信号増幅装置が得られる。【００３３】
また、請求項９に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第３光ファイバグレーティングデバイスは、(a) ２本の光ファイバの一部を溶融延伸した第１溶融延伸部に形成された第３光ファイバグレーティング部と、(b) 前記第２半導体光増幅器の出力光が入力される第１入力部と、(c) 前記第１半導体光増幅器へ出力するための出力部とを有し、(d) その第１入力部に入力された前記第２半導体光増幅器の出力光のうちの前記第２波長の増幅光を、第１溶融延伸部に対して前記第１入力部と同じ側のその第１入力部とは異なる出力部へ反射し、第１溶融延伸部とその出力部との間に設けた第２溶融延伸部につながる第２入力部に入力された第１入力信号光を前記出力部へ透過することから、全体として小型な３端子の光信号増幅装置が得られる。【００３４】
また、請求項１０に係る発明の光信号増幅装置によれば、(a) 前記第１光ファイバグレーティングデバイスの端面に先球レンズが備えられ、(b) 前記第１半導体光増幅器からの出力光は、前記第１光ファイバグレーティングデバイスの先球レンズに直接入射されされることから、第１半導体光増幅器と第１光ファイバグレーティングデバイスとの結合のための光学系が不要となり、一層小型の光増幅装置が得られる。【００３５】
また、請求項１１に係る発明の光信号増幅装置によれば、(a) 前記第２光ファイバグレーティングデバイスの入力部および／または出力部のファイバ端面に先球レンズが備えられ、(b) 前記第２半導体光増幅器からの出力光は、前記第２光ファイバグレーティングデバイスの入力部の端面の先球レンズに直接出力され、その第２光ファイバグレーティングデバイスの出力部からの光は前記第１半導体光増幅器に直接入力されることから、第２半導体光増幅器と第２光ファイバグレーティングデバイスとの間の結合、第１半導体光増幅器と第２光ファイバグレーティングとの結合のための光学系が不要となり、一層小型の光増幅装置が得られる。【００３６】
また、請求項１２に係る発明の光信号増幅装置によれば、(a) 前記第３光ファイバグレーティングデバイスの入力部および／または出力部のファイバ端面に先球レンズが備えられ、(b) 前記第２半導体光増幅器からの出力光は、前記第３光ファイバグレーティングデバイスの入力部の端面の先球レンズに直接出力され、その第３光ファイバグレーティングデバイスの出力部からの光は前記第１半導体光増幅器に直接入力されることから、第２半導体光増幅器と第３光ファイバグレーティングデバイスとの間の結合、第１半導体光増幅器と第３光ファイバグレーティングデバイスとの結合のための光学系が不要となり、一層小型の光増幅装置が得られる。【００３７】
また、請求項１３に係る発明の光信号増幅装置によれば、(a) 第２波長の第２入力信号光が入力されると、その第２入力信号光の強度に応じてその第２波長以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光を増幅した光とその第２入力信号光の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光とを出力する第２半導体光増幅器と、(b) その第２半導体光増幅器から出力される光のうち前記第２波長以外の光の全部または一部を反射するアドドロップフィルタまたは光学フィルタとを、含み、(c) そのアドドロップフィルタまたは光学フィルタは、前記第２波長以外の光および前記第１波長の第１入力信号光を前記第１半導体光増幅器に入力させることから、３端子の光信号増幅装置が得られる。【００３８】
また、請求項１４に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第１半導体光増幅器および第２半導体光増幅器は、１チップの半導体基板上に形成された光導波路においてそれぞれ設けられたものであることから、光信号増幅装置が一層小型化されて１チップ化が可能となる。【００３９】
また、請求項１５に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第２半導体光増幅器は、一端部に反射手段を備えた反射型半導体光増幅器であることから、一層高い変調度が得られる。【００４０】
また、請求項１６に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第１半導体光増幅器および／または第２半導体光増幅器は、ｐｎ接合から成る活性層を備えた半導体光増幅器であって、その活性層がバルク、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されるものであることから、光信号増幅装置が一層小型化されて１チップ化が可能となる。また、特に量子井戸、量子ドットから活性層が構成される場合には、１０ＧＨｚオーダの高周波数領域において信号増幅が可能となるとともに、高速スイッチング性能が高められる。また、歪み超格子から活性層が構成される場合には、波長依存性の小さい光信号増幅装置が得られる。【００４１】
また、請求項１７に係る発明の光信号増幅装置によれば、前記第２波長の第２入力信
号光を前記第２半導体光増幅器へ入力させる第２入力用光ファイバには、前記第２波長の第２入力信号光を透過させるが、透過した第２入力信号光が第２半導体増幅器に入力することによって第２入力側に放出された第２波長の周囲光を前記第２半導体光増幅器へ向かって反射する光ファイバグレーティング部が備えられていることから、第１半導体光増幅器へ入力される第１波長の周囲光が増加させられるので、光信号増幅装置の変調度およびＳ／Ｎ比が一層高められる。【００４２】
また、請求項１８に係る発明の光信号増幅装置によれば、負帰還光増幅器、光リミッタ、光信号３端子増幅器、または、光オペアンプを構成するものであることから、一層小型の負帰還光増幅器、光リミッタ、光信号３端子増幅器、または、光オペアンプが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例の光信号増幅装置の基本的な構成を説明する略図である。
【図２】図１の半導体光増幅器を構成する半導体チップを説明する斜視図である。
【図３】図１の光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】図１の光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１に設けられている光ファイバグレーティング部の透過特性を示すスペクトル図である。
【図５】図１の光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１に設けられている光ファイバグレーティング部の反射特性を示すスペクトル図である。
【図６】図１の光信号増幅装置の第１入力信号光Ｌ１の強度を示す図である。
【図７】図１の光信号増幅装置において図６に示す第１入力信号光Ｌ１が入力されたときに光ファイバグレーティング部に反射されて再入力される周囲光を示す図である。
【図８】図１の光信号増幅装置において図６に示す入力信号光Ｌ１が入力されたときに光ファイバグレーティング部により透過される出力光( 実線）を、負帰還のない場合の出力光( 点線) と対比して示す図である。
【図９】図１の光信号増幅装置のアイパターンの測定値を示す図である。
【図１０】図１の光信号増幅装置において負帰還のない場合のアイパターンの測定値を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例( 実施例２) の光信号増幅装置の構成を説明する図である。
【図１２】本発明の他の実施例( 実施例３) の光信号増幅装置の構成を説明する図であって、図１１に相当する図である。
【図１３】本発明の他の実施例( 実施例４) の光信号増幅装置の構成を説明する図であって、図１１に相当する図である。
【図１４】本発明の他の実施例( 実施例５) の光信号増幅装置の構成を説明する図であって、図１１に相当する図である。
【図１５】本発明の他の実施例( 実施例６) の光信号増幅装置の構成を説明する図であって、図１１に相当する図である。
【図１６】本発明の他の実施例( 実施例７) の光信号増幅装置の構成を説明する図であって、図１１に相当する図である。
【図１７】本発明の他の実施例( 実施例８) の光信号増幅装置の構成を説明する図であって、図１１に相当する図である。
【図１８】本発明の他の実施例( 実施例９) の光信号増幅装置の構成を説明する図であって、図１１に相当する図である。
【図１９】図１７の光信号増幅装置の実験に用いられた第２入力信号光Ｌ２の波形を示す図である。
【図２０】図１７の光信号増幅装置の実験に用いられた、制御光として機能する第１入力信号光Ｌ１の波形を示す図である。
【図２１】図１７の光信号増幅装置の実験で得られた出力光の波形を示す図である。
【図２２】図１７の光信号増幅装置の実験において、負帰還を行わない場合の出力光の波形を示す図である。
【図２３】図１７の光信号増幅装置の実験において得られた３端子制御特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０、３０、４２、４４、４８、５０、６２、７４、８０：光信号増幅装置
１４：第１入力用光ファイバ
１５：第２入力用光ファイバ
１６：第１半導体光増幅器
２４：第１光ファイバグレーティング部
３２：第２半導体光増幅器
３４：第２光ファイバグレーティング部
３５：第３入力部
３６：第１入力部
３８：第２入力部
４０：出力部
４６：第３光ファイバグレーティング部
５２：アドドロップフィルタ
６４：光学フィルタ
７６：反射膜（反射手段）
ＦＧＤ１：第１光ファイバグレーティングデバイス
ＦＧＤ２：第２光ファイバグレーティングデバイス
ＦＧＤ３：第３光ファイバグレーティングデバイス
Ｌ：光路長
Ｒ：先球レンズ
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。尚、以下の説明に用いる図面において各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００４６】
図１は、本発明の一実施例の光信号増幅装置１０の構成を示す図である。図１において、光信号増幅装置１０は、入力手段として機能し、第１信号光源１２から出力される第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１( レーザ光) を導く第１入力用光ファイバー１４と、その光ファイバー１４から第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力されると、第１入力信号光Ｌ１の強度に応じてその第１波長λ１以外の光すなわち第１波長λ１の周囲光( 自然発生光) の光強度増幅特性が変調され、その第１入力信号光Ｌ１を増幅した光とその第１入力信号光Ｌ１の強度に対して強度反転したその第１波長以外の光（周囲光）とを出力する第１半導光体増幅器１６と、その第１半導体光増幅器１６の出力側に設けられ、その第１半導体光増幅器１６からの出力光が導入されると、その出力光のうちの第１波長λ１の増幅された出力光Ｌout を透過させるが、その出力光のうちの第１波長λ１以外の光（周囲光）Ｌs1を反射する第１光ファイバグレーティング部２４を有し、その反射光を上記第１半導体光増幅器１６へ再入力させるための出力用光ファイバーである第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１とを、備えている。【００４７】
上記第１半導体光増幅器１６は、たとえば図２に示すチップ状の素子から構成されており、化合物半導体たとえばインジウム燐ＩｎＰから構成される半導体基板１６ａと、その上にエピタキシャル成長させられたIII-V 族混晶半導体から成り、ホトリソグラフィーにより所定幅に形成された相対的に屈折率の高い多層膜から成る光導波路１６ｂと、その光導波路１６ｂ内の多層膜の一部を構成するｐｎ接合であって、バルク、多重量子井戸、歪み超格子、量子ドットのいずれかから構成された活性層１６ｃと、光導波路１６ｂの上面に固着された上部電極１６ｅと、半導体基板１６ａの下面に固着された下部電極１６ｆとを、備えている。上部電極１６ｅと下部電極１６ｆとの間に注入電流が流される状態では、所定波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入射されて上記光導波路１６ｂ内を伝播させられる過程で活性層１６ｃを通過させられるとき、誘導放射作用による光増幅を受け、出力される。同時に、所謂相互利得変調作用により、波長λ１を中心とするその波長λ１以外の周囲波長を有してその第１入力信号光Ｌ１の強度変調に反比例して強度が増減する周囲光( 自然発生光) が発生させられて、これも出力される。【００４８】
上記活性層１６ｃが多重井戸から構成される場合は、たとえば、半導体基板１６ａからエピタキシャル成長させられることにより格子整合された１００ｎｍ程度の６対のＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＰにより構成され、その活性層１６ｃの上には、組成( 屈折率）が段階的に変化させられたグリン( ＧＲＩＮ）構造のガイド層( ２０００Å) が順次設けられる。この活性層１６ｃのデバイス長は、たとえば６００μｍ程度である。【００４９】
前記光ファイバー１４および第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１は、第１半導体光増幅器１６側の端面において、凸レンズとして機能する先球レンズＲをそれぞれ備えており、第１入力信号光Ｌ１が光ファイバー１４の端面から第１半導体光増幅器１６の入力側端面１６ｄへ直接入力されるとともに、その第１半導体光増幅器１６からの出力光が上記第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の端面に直接出力されるようになっている。すなわち、前記光ファイバー１４の端面と第１半導体光増幅器１６の入力側端面１６ｄとの間、および、第１半導体光増幅器１６の出力側端面と第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の端面との間は、直接結合されている。【００５０】
第１光ファイバグレーティング部２４から反射される周囲光を速やかに第１半導体光増幅器１６内へ再入力させてその応答性能を高めるために、上記第１半導体光増幅器１６の出力側端面と第１光ファイバグレーティング部２４の端面との間の間隔すなわち光路長Ｌは、その間の伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ( ｍｍ／ｓｅｃ）、第１入力信号光Ｌ１の１ビット当たりの時間間隔をｔ（ｓｅｃ）としたとき、Ｌ＜( ｃ・ｔ）（２０・ｎ）を満足するように設定されている。上記第１半導体光増幅器１６と第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の端部および光ファイバー１４の端部との間は、所定のアライメントが施された後、図示しないケースの底または壁に支持されることによりそれぞれ相対的に位置固定とされている。【００５１】
前記第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１は、たとえば図３に示すように、たとえば、ゲルマニウムＧｅを添加した石英ＳｉＯ2 から成る略円柱形状のコア２０と、そのコア２０よりも屈折率が低く且つそれの外周面を覆う略円筒形状の石英ＳｉＯ2 であるグラッド２２とによって構成された光ファイバである。この第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１のコア２０には、位相マスクなどを利用し、紫外線照射による光誘起屈折率変化による、代表的には１００００層乃至２００００層程度の周期的な屈折率変化が、その光ファイバのコア２０の伝搬方向に１群または複数群で形成された第１光ファイバグレーティング部２４が備えられている。上記屈折率変化は等周期とされる場合もあるが、チャープ状に周期が順次変化させられるものであってもよい。この第１光ファイバグレーティング部２４は、その屈折率の周期と実効屈折率に対応した波長の光を選択的に反射する特性を有し、たとえば１５５１ｎｍを中心とする第１波長λ１の光は透過させるが、第１波長λ１とは異なる少なくとも３ｎｍ以上たとえば６．５ｎｍ程度の帯域幅を有する波長の光（周囲光）を反射する波長選択性フィルタとして機能している。図４は、上記第１光ファイバグレーティング部２４によって選択的に通過させられる、増幅後の第１入力信号光Ｌ１( 出力信号光) のスペクトルを示し、図５は、上記第光１ファイバグレーティング部２４によって選択的に反射される、周囲光のスペクトルを示している。【００５２】
なお、図５には、第１波長λ１の両側の波長帯を含む周囲光が示されているが、上記第１光ファイバグレーティング部２４の反射特性は、その周囲光のうちの一部、たとえば第１波長λ１の片側の波長帯またはその一部を反射するものであってもよい。【００５３】
以上のように構成された光信号増幅装置１０を用いた本発明者等の実験によれば、たとえば図６に示す第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が光ファイバー１４から第１半導体光増幅器１６に入力されると、第１半導体光増幅器１６においては、その第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が増幅されるとともに、それに強度反転した波長λ１以外の周囲光が発生させられて、それぞれが合波された出力光が出力される。この出力光は、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１へ出力されるが、それに備えられている第１光ファイバグレーティング部２４によって、出力光のうちの第１波長λ１の出力光Ｌout が通過させられると同時に、第１波長の周囲光Ｌs1が反射されて第１半導体光増幅器１６内に再入力される。この再入力された周囲光Ｌs1は、相互利得変調によって第１波長λ１の出力光Ｌout と強度が反転させられていることから、第１半導体光増幅器１６の第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１に対するそのゲイン( 増幅率）が変調させられる。すなわち、再入力された周囲光は、第１入力信号光Ｌ１に対して負帰還光として機能する。図７は、図６に示す第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が第１半導体光増幅器１６に入力されるとき、それに同期して変化する第１光ファイバグレーティング部２４の反射光すなわち第１半導体光増幅器１６に再入力される周囲光Ｌs1を示している。【００５４】
図８は、上記実験において、第１半導体光増幅器１６に負帰還光( 周囲光) Ｌs1を入力させない場合に第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から出力された出力光Ｌout を点線に示し、負帰還光( 周囲光を) Ｌs1を入力させた場合に第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から出力された出力光Ｌout を実線に示している。図８の実線を点線と対比すると明らかなように、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から出力される出力光( 信号光) Ｌout の波形に歪みがなく、非線型歪みが低減されていることから、上記負帰還光（周囲光）が入力させられることによって光増幅での負帰還効果が得られることにより、利得が安定するとともに、非線型歪みが低減されていることが明らかである。また、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から出力される出力光の極小値( 信号の基線) が点線に示す場合よりも低い値とされていることから、上記負帰還光（周囲光）が入力させられることによって光増幅での負帰還効果が得られることにより、出力される信号光Ｌout の変調度が高められるとともに、低雑音化されてＳ／Ｎ比が高められている。【００５５】
また、図９は、上記実験において第１半導体光増幅器１６に負帰還光( 周囲光を) Ｌs1を入力させた場合に第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から出力された出力光Ｌout を、アイパターン測定した結果( オシロスコープに表示されたパターン) を示している。この場合のノイズフィギュアＮＦ（入力信号のＳＮ比と出力信号のＳＮ比との比) は４乃至５dB（デシベル）という、ＥＤＦＡ( エルビウムドープドファイバアンプ）と同等の良好な値が得られた。図１０は、上記実験において第１半導体光増幅器１６に負帰還光( 周囲光を) Ｌs1を入力させない場合の第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から出力された出力光Ｌout を、アイパターン測定した結果( オシロスコープに表示されたパターン) を示している。この場合のノイズフィギュアＮＦは８乃至９dBであった。上記アイパターン測定には、テストパターンＰＥＢＳ３１、マーク率１／２、標準マスクＳＹＭ１６／ＯＣ４８（２．４８８３２ＧＨｚ）が用いられた。図９から明らかなように、第１半導体光増幅器１６に負帰還光( 周囲光を) Ｌs1を入力させた場合に第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１から出力された出力光Ｌout の信号は、大幅に安定化されている。【００５６】
上述のように、本実施例の光信号増幅装置１０によれば、第１波長λ１以外の光の全部または一部を反射する第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１が第１半導体光増幅器１６の出力側に備えられ、その第１半導体光増幅器１６からの出力光のうち第１波長λ１の光Ｌout 以外の周囲光Ｌs1が第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１からその第１半導体光増幅器１６に再度入力されることから、強度反転を示す周囲光Ｌs1がフィードバックさせられることにより第１半導体光増幅器１６の利得を第１入力信号光Ｌ１に応じて変調して負帰還光増幅効果が得られ、出力光Ｌout が効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、低雑音で高い変調度が得られ、誤り率( ビットエラー) が２桁程度低くなる。また、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１が第１半導体光増幅器１６の出力側に備えられて第１半導体光増幅器１６からの第１波長λ１の出力光が直接その第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１へ入力されるとともに、第１波長λ１以外の光Ｌs1が第１ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１からその第１半導体光増幅器１６に直接再度入力されるので、第１半導体光増幅器１６とそれからの出力光Ｌout を伝送する第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１との結合構造が簡単且つ小型となる。【００５７】
また、本実施例の光信号増幅装置１０によれば、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１は、第１波長λ１の出力光Ｌout を透過させ、増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、第１波長λ１よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光Ｌs1を反射する反射特性を有し、かつ、第１半導体光増幅器１６に対して光路長Ｌを隔てて近接して配置されていることから、第１半導体光増幅器１６とそれからの出力光Ｌout を伝送する第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１との結合構造が簡単且つ小型となる。【００５８】
また、本実施例の光信号増幅装置１０によれば、前記光路長Ｌは、その第１半導体光増幅器１６と第１光ファイバーグレーティング部２４との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第１入力信号光の１ビット当たりの時間間隔をｔ（秒）としたとき、Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）であることから、第１半導体光増幅器１６の高い応答性が得られる。したがって、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１により反射された周囲光Ｌs1が第１半導体光増幅器１６へ遅れなく速やかに再入力されるので、出力光Ｌout が効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。【００５９】
また、本実施例の光信号増幅装置１０によれば、(a) 第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の端面に先球レンズＲが備えられ、(b) 第１半導体光増幅器１６からの出力光は、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の先球レンズＲに直接入射されされることから、第１半導体光増幅器１６と第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１との結合のための光学系が不要となり、一層小型の光信号増幅装置が得られる。【００６０】
また、本実施例の光信号増幅装置１０によれば、第１半導体光増幅器１６は、ｐｎ接合から成る活性層１６ｃを備えた半導体光増幅器であって、その活性層１６ｃがバルク、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されるものであることから、光信号増幅装置１０が一層小型化されて１チップ化が可能となる。また、特に量子井戸、量子ドットから活性層が構成される場合には、１０ＧＨｚオーダの高周波数領域において信号増幅が可能となるとともに、高速スイッチング性能が高められる。また、歪み超格子から活性層１６ｃが構成される場合には、波長依存性の小さい光信号増幅装置が得られる。【００６１】
また、本実施例の光信号増幅装置１０によれば、第１半導体光増幅器１６は、１チップの半導体基板１６ａ上に形成された光導波路１６ｂにおいてそれぞれ設けられたものであることから、光信号増幅装置１０が一層小型化されて１チップ化が可能となる。【００６２】
また、本実施例の光信号増幅装置１０によれば、負帰還光増幅器、光リミッタ、光信号３端子増幅器、または、光オペアンプを構成することができる。このようにすれば、安定した利得、低雑音且つ高い変調度を備え、しかも一層小型の負帰還光増幅器、光リミッタ、光信号３端子増幅器、または、光オペアンプが得られる。
【実施例２】
【００６３】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において実施例相互に共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。【００６４】
図１１に示される実施例の光信号増幅装置３０は、第２入力手段として機能し、図示しない第２信号光源から出力される第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２を導く第２入力用光ファイバー１５と、その光ファイバー１５から第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が入力されると、第２入力信号光Ｌ２の強度に応じてその第２波長λ２以外の光すなわち第２波長λ２の周囲光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光Ｌ２を増幅した光とその第２入力信号光Ｌ２の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光（周囲光）Ｌs2とを出力する第２半導体光増幅器３２と、この第２半導体光増幅器３２の出力光を受けてその出力光のうちの第２波長以外の光（周囲光）Ｌs2を反射による分離するとともに、それを第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１と合波して出力する第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２と、その第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２からの第２波長以外の光（周囲光）Ｌs2および第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１の合波光が入力されると、相互利得変調により第１入力信号光Ｌ１を第２入力信号光Ｌ２の周囲光Ｌs2により変調し且つ増幅した出力信号光Ｌout とその第１入力信号光Ｌ１の強度に対して強度反転したその第１波長以外の光（周囲光）Ｌs1とを出力する第１半導体光増幅器１６と、その第１半導体光増幅器１６からの出力光が導入されると、その出力光のうちの第１波長λ１の増幅された出力信号光Ｌout を透過させるが、その出力光のうちの第１波長λ１以外の光（周囲光）Ｌs1を反射する第１光ファイバグレーティング部２４を有し、その反射光を上記第１半導体光増幅器１６へ再入力させるための出力用光ファイバーである第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１とを、備えている。【００６５】
すなわち、本実施例の光信号増幅装置３０は、実施例１の光信号増幅装置１０に比較して、図示しない第２信号光源からの第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が入力されると、その第２入力信号光Ｌ２の強度に応じて第２波長λ２以外の光の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光Ｌ２を増幅した光とその第２入力信号光Ｌ２の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光Ｌs2とを出力する第２半導体光増幅器３２と、第２波長λ２以外の光Ｌs2の全部または一部を反射する第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２とが、さらに備えられ、その第２ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、第２波長λ２以外の光Ｌs2および第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１を第１半導体光増幅器１６に入力させる点で、相違している他は、同様に構成されている。【００６６】
上記第２半導体光増幅器３２は、図２に示す第１半導体光増幅器１６と同様に、化合物半導体たとえばインジウム燐（ＩｎＰ）から構成される半導体基板３２ａと、その上にエピタキシャル成長させられたIII-V 族混晶半導体から成り、ホトリソグラフィーにより所定幅に形成された相対的に屈折率の高い多層膜から成る光導波路３２ｂと、その光導波路３２ｂ内の多層膜の一部を構成するｐｎ接合であって、バルク、多重量子井戸、歪み超格子、量子ドットのいずれかから構成された活性層３２ｃと、光導波路３２ｂの上面に固着された上部電極３２ｅと、基板３２ａの下面に固着された下部電極３２ｆとを、備えている。なお、第２波長λ２および第１波長λ１は相互にその周囲光の波長帯に含まれる波長であるか、或いは、第２波長λ２および第１波長λ１は同一波長である。【００６７】
上記第２ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部３４と、第２半導体光増幅器３２の出力光が入力される第１入力部３６と、第１信号光源１２から出力される第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力される第２入力部３８と、第１半導体光増幅器１６へ出力するための出力部４０とを有し、その第１入力部３６から入力した光のうち第２波長λ２以外の光Ｌs2を、第２光ファイバグレーティング部３４に対して第１入力部３６と同じ側のその第１入力部３６とは異なる出力部４０へ反射し、第２光ファイバグレーティング部３４に対して第１入力部３６と反対側にある第２入力部３８から入力した第１入力信号光Ｌ１を出力部４０へ透過する。【００６８】
光ファイバ１５の端面には凸レンズとして機能する先球レンズＲがそれぞれ備えられており、光ファイバ１５の端面から出力される第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が第２半導体光増幅器３２の端面に直接入力されるようになっている。上記第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の第１入力部３６および出力部４０の端面にも、凸レンズとして機能する先球レンズＲがそれぞれ備えられており、第２半導体光増幅器３２の出力光がその端面から第１入力部３６へ直接入力されるとともに、出力部４０から出力される光が第１半導体光増幅器１６の入力側端面１６ｄへ直接入力されるようになっている。すなわち、前記光ファイバー１５の端面と第２半導体光増幅器３２の入力側端面との間、第２半導体光増幅器３２の出力側端面と第１入力部３６との間、および、出力部４０と第１半導体光増幅器１６の入力側端面との間も、直接結合されている。【００６９】
上記第２ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の溶融延伸部は、コア２０が所定長にわたって相互に溶融延伸させられてＹ型に分岐する所謂ファイバー型カプラを構成しており、第２ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、その溶融延伸部のコア２０において、前述の第１ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１と同様に、位相マスクなどを利用し、紫外線照射による光誘起屈折率変化による、代表的には１００００層乃至２００００層程度の周期的な屈折率変化が上記コア２０の伝搬方向に１群または複数群で形成された第２光ファイバグレーティング部３４が設けられることにより、第２波長λ２の光は透過させるが、その第２波長λ２以外の光( 第２波長λ２を含まない周囲光) Ｌs2を反射するように構成されている。【００７０】
このように構成された光信号増幅装置３０では、光ファイバー１５から第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が第２半導体光増幅器３２へ入力されると、第２入力信号光Ｌ２の強度に応じてその第２波長λ２以外の光である周囲光Ｌs2の光強度増幅特性が変調され、その第２入力信号光Ｌ２を増幅した光とその第２入力信号光Ｌ２の強度に対して強度反転したその第２波長以外の光である周囲光Ｌs2とが、第２ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の第１入力部３６へ入力される。第２ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の第２ファイバグレーティング部３４では、上記第２波長の光は透過させられるが周囲光Ｌs2は出力部４０へ向かって反射されるとともに、第２入力部３８に入射された第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が透過されて出力部４０へ向かって伝送され、そこで周囲光Ｌs2と合波される。第１半導体光増幅器１６では、その出力部４０から第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１および第２波長λ２以外の光である周囲光Ｌs2が入力されると、第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１は増幅されつつ相互利得変調による周囲光Ｌs2の変調を受けた第１波長λ１の出力光Ｌout が出力されると同時に、自然発生光である第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1も出力される。第１ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１では、その第１半導体光増幅器１６の出力光を受けて、それに含まれる光のうち第１波長λ１の出力光Ｌout を第１光ファイバグレーティング部２４を通過させて伝送すると同時に、他の第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1を反射して第１半導体光増幅器１６に再入力させる。【００７１】
本実施例の出力光Ｌout は、第１波長λ１の第１入力信号Ｌ１が単に増幅されるのではなく、第２波長λ２の第２入力信号Ｌ２の周囲光Ｌs2により変調されて増幅された信号である点で、実施例１と相違するが、第１半導体光増幅器１６の出力光を受けて、それに含まれる光のうち第１波長λ１の出力光Ｌout を第１光ファイバグレーティング部２４を通過させて伝送すると同時に、他の第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1を反射して第１半導体光増幅器１６に再入力させる点で、共通する。したがって、本実施例の光信号増幅装置３０によれば、前述の実施例と同様の効果が得られるのに加えて、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２により変調された第１波長λ１の出力光Ｌout を出力する小型の３端子の光信号増幅装置が得られる。【００７２】
また、本実施例において、第２入力用光ファイバ１５には、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２は通過させるがその第２波長λ２以外の光である周囲光Ｌs2を反射する光ファイバグレーティング部２８が第２ファイバグレーティング部３４と同様に設けられている。これにより、第２半導体光増幅器３２の入力側へ出力される周囲光Ｌs2がそのファイバグレーティング部２８によって反射されて出力側から出力されることから、第２半導体光増幅器３２から第２ファイバグレーティング部３４を経て第１半導体光増幅器１６へ供給される周囲光Ｌs2が増強されるので、出力光Ｌout の変調度やＳ／Ｎ比が一層高められる。【００７３】
また、本実施例の光信号増幅装置３０によれば、第１波長λ１以外の光の全部または一部を反射する第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１が第１半導体光増幅器１６の出力側に備えられ、その第１半導体光増幅器１６からの出力光のうち第１波長λ１の光Ｌout 以外の周囲光Ｌs1が第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１からその第１半導体光増幅器１６に再度入力されることなどの前述の実施例１と同様の構成に基づいて、その実施例と同様の作用効果がそれぞれ得られる。【００７４】
また、本実施例の光信号増幅装置３０において、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、(a) ２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部３４と、(b) 第２半導体光増幅器３２の出力光が入力される第１入力部３６と、(c) 第１半導体光増幅器１６へ出力するための出力部４０とを有し、(d) その第１入力部３６から入力した光のうち第２波長λ２以外の光である周囲光Ｌs2を、溶融延伸部に対して第１入力部３６と同じ側のその第１入力部３６とは異なる出力部４０へ反射し、溶融延伸部に対して第１入力部３６と反対側にある第２入力部３８から入力した第１波長の第１入力信号光Ｌ１を出力部４０へ透過することから、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２により変調された第１波長の出力光Ｌout を出力する、全体として一層小型な３端子の光信号増幅装置が得られる。
【実施例３】
【００７５】
図１２に示す実施例の光信号増幅装置４２は、実施例２の光信号増幅装置３０の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２に比較して、第２入力部３８の位置が変更されている点において相違し、他は同様に構成されている。【００７６】
図１２において、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部３４と、第２半導体光増幅器３２の出力光が入力される第１入力部３６と、第１信号光源１２から出力される第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力される第２入力部３８と、第１半導体光増幅器１６へ出力するための出力部４０とを有し、その第１入力部３６から入力した光のうち第２波長λ２以外の光Ｌs2を、第２光ファイバグレーティング部３４に対して第１入力部３６と同じ側のその第１入力部３６とは異なる出力部４０へ反射し、第２光ファイバグレーティング部３４に対して同じ側において第２光ファイバグレーティング部３４と出力部４０との間から分岐させられた第２入力部３８から入力した第１入力信号光Ｌ１を出力部４０へ透過する。上記第２入力部３８の分岐点では、コア２０の第２溶融延伸部が形成されることによりＹ字形の分岐が構成されている。【００７７】
このように、本実施例の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、前述の実施例２の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２に比較して、第２入力部３８が第２光ファイバグレーティング部３４と出力部４０との間から分岐させられている点で相違するが、同様の機能を備えている。したがって、本実施例の光信号増幅装置４２は、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２により変調された第１波長λ１の出力光Ｌout を出力する、全体として一層小型な３端子の光信号増幅装置が得られる等、実施例２の光信号増幅装置３０と同様の作用効果を有している。
【実施例４】
【００７８】
図１３の示す実施例の光信号増幅装置４４は、実施例２の光信号増幅装置３０の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２に替えて、第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３を備えている点で相違し、他は同様に構成されている。【００７９】
本実施例の第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、実施例２の光信号増幅装置３０の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２と比較して、第１入力部３６、第２入力部３８、出力部４０を備えている点で共通するが、分岐部すなわち第１溶融延伸部に設けられている第３光ファイバグレーティング部４６の特性が、第２光ファイバグレーティング部３４とは反対に、第２波長λ２の第２信号光Ｌ２の増幅光を反射し、その第２波長λ２を含まない周囲光Ｌs2を透過させる点で、相違する。本実施例では、第１波長λ１と第２波長λ２とは相互に異なる波長である。【００８０】
本実施例の光信号増幅装置４４の第１半導体光増幅装置１６において、第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３の出力部４０から第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２の増幅光Ｌ２’及び第１波長λ１の第１信号光Ｌ１が入力されると、第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１は増幅されつつ相互利得変調による第２信号光Ｌ２の増幅光Ｌ２’の変調を受けた第１波長λ１の出力光Ｌout が出力されると同時に、自然発生光である第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1も出力される。第１ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１では、その第１半導体光増幅器１６の出力光を受けて、それに含まれる光のうち第１波長λ１の出力光Ｌout を第１光ファイバグレーティング部２４を通過させて伝送すると同時に、他の第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1を反射して第１半導体光増幅器１６に再入力させる。【００８１】
本実施例の出力光Ｌout は、第１波長λ１の第１入力信号Ｌ１が、第２波長λ２の第２入力信号Ｌ２により変調されて増幅された信号である点で、実施例２と相違するが、第１半導体光増幅器１６の出力光を受けて、それに含まれる光のうち第１波長λ１の出力光Ｌout を第１光ファイバグレーティング部２４を通過させて伝送すると同時に、他の第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1を反射して第１半導体光増幅器１６に再入力させる点で、共通する。したがって、本実施例の光信号増幅装置４４によれば、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２により変調された第１波長λ１の出力光Ｌout を出力する小型の３端子の光信号増幅装置が得られる。【００８２】
また、本実施例の光信号増幅装置４４によれば、第１波長λ１以外の光の全部または一部を反射する第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１が第１半導体光増幅器１６の出力側に備えられ、その第１半導体光増幅器１６からの出力光のうち第１波長λ１の光Ｌout 以外の周囲光Ｌs1が第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１からその第１半導体光増幅器１６に再度入力されることなどの前述の実施例２と同様の構成に基づいて、その実施例と同様の作用効果がそれぞれ得られる。
【実施例５】
【００８３】
図１４に示す実施例の光信号増幅装置４８は、実施例４の光信号増幅装置４４の第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３に比較して、第２入力部３８の位置が変更されている点において相違し、他は同様に構成されている。【００８４】
図１４において、第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第３光ファイバグレーティング部４６と、第２半導体光増幅器３２の出力光が入力される第１入力部３６と、第１信号光源１２から出力される第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力される第２入力部３８と、第１半導体光増幅器１６へ出力するための出力部４０とを有し、その第１入力部３６から入力した光のうち第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２の増幅光を、第３光ファイバグレーティング部４６に対して第１入力部３６と同じ側のその第１入力部３６とは異なる出力部４０へ反射し、第３光ファイバグレーティング部４６に対して同じ側において第３光ファイバグレーティング部４６と出力部４０との間から分岐させられた第２入力部３８から入力した第１入力信号光Ｌ１を出力部４０へ透過する。上記第２入力部３８の分岐点では、コア２０の第２溶融延伸部が形成されることによりＹ字形の分岐が構成されている。【００８５】
このように、本実施例の第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、前述の実施例４の第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３に比較して、第２入力部３８が第３光ファイバグレーティング部４６と出力部４０との間から分岐させられている点で相違するが、同様の機能を備えている。したがって、本実施例の光信号増幅装置４８は、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２により変調された第１波長λ１の出力光Ｌout を出力する、全体として一層小型な３端子の光信号増幅装置が得られる等、実施例４の光信号増幅装置４４と同様の作用効果を有している。
【実施例６】
【００８６】
図１５に示す実施例の光信号増幅装置５０は、実施例２および３の光信号増幅装置３０および４２と同様の機能を備えたものであるが、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２に替えて、アドドロップフィルタ５２が設けられている点、そのアドドロップフィルタ５２に設けられた第１入力光ファイバ５４と第２半導体光増幅器３２との間およびアドドロップフィルタ５２に設けられた出力光ファイバ５８と第１半導体光増幅器１６との間が、それら第１入力光ファイバ５４および出力光ファイバ５８の先端面に形成された凸レンズとして機能する先球レンズＲを介して直接的に結合されている点、および、第１半導体光増幅器１６および第２半導体光増幅器３２が共通する１チップから構成されている点で相違する。【００８７】
このアドドロップフィルタ５２には、第２半導体光増幅器３２の出力光が入力される第１入力光ファイバ５４と、第１信号光源１２から出力される第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力される第２入力光ファイバ５６と、第１半導体光増幅器１６へ出力するための出力光ファイバ５８とが設けられている。アドドロップフィルタ５２は、第１入力光ファイバ５４から入力した光のうち第２波長λ２以外の光Ｌs2を出力光ファイバ５８へ反射するとともに、第２入力光ファイバ５６から入力した第１入力信号光Ｌ１を出力光ファイバ５８へ透過する。したがって、本実施例の光信号増幅装置５０によれば、実施例２および３の光信号増幅装置３０および４２と同様の作用効果が得られる。
【実施例７】
【００８８】
図１６に示す実施例の光信号増幅装置６２は、実施例２および３の光信号増幅装置３０および４２と同様の機能を備えたものであるが、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２に替えて、第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１および第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２を透過させるが第２波長λ２以外の周囲光Ｌs2を反射する光学フィルタ( 波長選択性フィルタ）６４を含む光学系６６が設けられている点で相違する。本実施例では、第１入力信号光Ｌ１の第１波長λ１と第２入力信号光Ｌ２の第２波長λ２とは同一或いは近接した波長であることが望ましい。【００８９】
この光学系６６は、光学フィルタ６４を挟む一対の集光レンズ６８および７０から構成されており、第１半導体光増幅器１６へ第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１を出力するための第２入力光ファイバ７２と第１半導体光増幅器１６との間、および第２半導体光増幅器３２と第１半導体光増幅器１６との間が光学的に結合されている。これにより、第２半導体光増幅器３２から出力される光のうちの第２波長λ２以外の周囲光Ｌs2が光学フィルタ６４により反射されて第１半導体光増幅器１６へ入射されると同時に、第２入力光ファイバ７２から出力された第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１も第１半導体光増幅器１６へ入射される。したがって、本実施例の光信号増幅装置６２によれば、実施例２および３の光信号増幅装置３０および４２と同様の作用効果が得られる。【００９０】
なお、図１６の破線は、変形例を示している。この変形例では、反射膜７６( 反射手段）が第２半導体光増幅器３２の入力側端面に固設されており、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２は、第２入力光ファイバ７２に併設された光ファイバー１５’から入力される。この光ファイバー１５’から入力された第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２は、光学フィルタ６４を透過して第２半導体光増幅器３２に入力され、そこで増幅されるとともにその第２波長λ２以外の周囲光Ｌs2が発生させられる。この結果、上記実施例と同様の作用効果が得られる。また、この変形例では、第２半導体光増幅器３２において、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２およびその第２波長λ２以外の周囲光Ｌs2が反射膜７６に反射されて往復される過程で増強されるので、一層高い変調度やＳ／Ｎ比が得られる。
【実施例８】
【００９１】
図１７に示す実施例の光信号増幅装置７４は、実施例３の光信号増幅装置４２と同様の機能を備えたものであるが、光ファイバ１５が除去され、それに替えて反射膜７８( 反射手段) が第２半導体光増幅器３２の入力側端面に固設されている点、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２が４端子として用いられる点で相違する。第２半導体光増幅器３２は反射膜７８が備えられることにより、高変調度などの特性を有する反射型半導体光増幅器として機能する。【００９２】
本実施例の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、２本の光ファイバの一部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第２光ファイバグレーティング部３４と、第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が入力される第３入力部３５と、第２半導体光増幅器３２の出力光が入力される第１入力部３６と、第１信号光源１２から出力される第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力される第２入力部３８と、第１半導体光増幅器１６へ出力するための出力部４０とを有している。【００９３】
光信号増幅装置７４において、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の第３入力部３５に第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が入力されると、その第２入力信号光Ｌ２は第２光ファイバグレーティング部３４を透過して第２半導体光増幅器３２へ入射される。この第２半導体光増幅器３２では、その第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が増幅されるとともにそれと強度位相が反転した第２波長λ２を含まない周囲光Ｌs2が発生させられ、周囲光Ｌs2は両側へ出力されるが、反射膜７８側へ向かった周囲光Ｌs2はその反射膜７８により反射され、共に第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の第１入力部３６に入射される。第２光ファイバグレーティング部３４は第１入力部３６から入力した光のうち第２波長λ２以外の周囲光Ｌs2を出力部４０へ反射する一方で、第２入力部３８からは制御光Ｌc として機能する第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１が入力されて両者が合波される。そして、合波された第２波長λ２以外の周囲光Ｌs2と第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１とが、第１半導体光増幅器１６へ入力される。したがって、本実施例の光信号増幅装置７４によれば、実施例３の光信号増幅装置４２と同様の作用効果が得られるのに加えて、第２半導体光増幅器３２が反射型半導体光増幅器であるため、一層変調度およびＳ／Ｎ比が高められる利点がある。
【実施例９】
【００９４】
図１８に示す実施例の光信号増幅装置８０は、上記光信号増幅装置７４に比較して、第２半導体光増幅器３２の端面に固着された反射膜７８に替えて、たとえば図１の光ファイバグレーティング部２８を備えた入力用光ファイバ１５が設けられている点、第１半導体光増幅器１６と第２半導体光増幅器３２とが共通の１チップから構成されている点で相違し、その他は同様に構成されている。本実施例において、第２半導体光増幅器３２内で発生させられる周囲光Ｌs2は両側へ出力されるが、入力用光ファイバ１５側へ向かった周囲光Ｌs2はその光ファイバグレーティング部２８により反射され、共に第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の第１入力部３６に入射され、図１７に示す光信号増幅装置７４と同様の作用効果が得られる。また、本実施例では、第１半導体光増幅器１６と第２半導体光増幅器３２とが１チップ化されているため、一層小型となる利点がある。本実施例において、上記光ファイバグレーティング部２８を備えた入力用光ファイバ１５は、周囲光Ｌs2の反射手段として機能している。【００９５】
次に、本発明者等が上記光信号増幅装置７４を用いて行った実験結果を図１９乃至図２３を用いて説明する。本実験では、図１９に示す第２入力信号光Ｌ２が第３入力部３５および第１入力部３６を経て第２半導体光増幅器３２へ入力されると、この第２半導体光増幅器３２では、その第２波長λ２の第２入力信号光Ｌ２が増幅されるとともに、それに強度反転した第２波長λ２以外の周囲光Ｌs2が発生させられて、それぞれが合波された出力光が出力される。この出力光は、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２へ出力されるが、それに備えられている第２光ファイバグレーティング部３４によって、出力光のうちの第２波長λ２の増幅光Ｌout が通過させられると同時に、第２波長λ２を含まないその周囲光Ｌs2が反射されて、第２入力部３８から入力された第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１と共に出力部４０から第１半導体光増幅器１６内に入力される。図２０は第１入力信号光Ｌ１を示しており、出力光Ｌout の大きさを制御するためにその大きさが変化させられる。【００９６】
この第１半導体光増幅器１６においては、出力部４０から第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１および第２波長λ２以外の光である周囲光Ｌs2が入力されると、第１波長λ１の第１入力信号光Ｌ１は増幅されつつ相互利得変調による周囲光Ｌs2の変調を受けた第１波長λ１の出力光Ｌout が出力されると同時に、自然発生光である第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1も出力される。第１ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１では、その第１半導体光増幅器１６の出力光を受けて、それに含まれる光のうち第１波長λ１の出力光Ｌout を第１光ファイバグレーティング部２４を通過させて伝送すると同時に、他の第１波長λ１以外の周囲光Ｌs1を反射して第１半導体光増幅器１６に再入力させる。図２１は、制御光として機能する第１入力信号光Ｌ１により振幅が制御される上記第１波長λ１の出力光Ｌout を示している。【００９７】
図２２は、上記周囲光Ｌs1を第１半導体光増幅器１６に再入力させない場合の第１波長λ１の出力光Ｌout を示している。図２１に示す波形を図２２に示す波形と対比する明らかなように、図２１に示す波形は、非線型歪みが低減されていることから、上記負帰還光（周囲光）が入力させられることによって光増幅での負帰還効果が得られることにより、利得が安定するとともに、非線型歪みが低減されていることが明らかである。また、図２１に示す波形は、その極小値( 信号の基線) が図２２に示す波形よりも低い値とされていることから、上記負帰還光（周囲光）が入力させられることによって光増幅での負帰還効果が得られることにより、出力される信号光Ｌout の変調度が高められるとともに、低雑音化されてＳ／Ｎ比が高められている。【００９８】
図２３は、上記の実験により得られた第２入力信号光Ｌ２と制御光として機能する第１入力信号光Ｌ１と出力光Ｌout との間の特性を示している。このことから、光信号増幅装置７４は、光のみを用いてトランジスタと同様の３端子制御特性を持つこと、すなわち光３端子制御装置として機能することが明らかである。【００９９】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。【０１００】
たとえば、前述の実施例において、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２或いは第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、第１半導体光増幅器１６および第２半導体光増幅器３２と別体に構成されていたが、それらが導波路内に構成されることにより一体に構成されてもよい。【０１０１】
また、前述の実施例において、第１半導体光増幅器１６及び第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１以外の部分は、種々変更されてもよい。要するに、第１半導体光増幅器１６と、それから出力される光のうちの出力光Ｌout を透過し、周囲光Ls1 を反射してその第１半導体光増幅器１６に再入力させるものであればよいのである。【０１０２】
また、前述の実施例において、第１半導体光増幅器１６及び第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１に備えられた第１光ファイバグレーティング部２４は、それにより反射される第１波長λ１を除くその周囲光Ｌs1の光量或いは強度が大きいほど望ましく、３ｎｍの帯域幅であれば一応の効果が得られるが、望ましくは５ｎｍ以上、さらに望ましくは６．５ｎｍ以上、好適には、第１波長λ１の両側５ｎｍずつの合計１０ｎｍの帯域幅が用いられるとともに、８５％以上、さらに好ましくは９０％以上の反射率となるように、構成される。第１光ファイバグレーティング部２４は、第１波長λ１を除くその周囲光Ｌs1のうちの第１波長λ１よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部を反射するものであればよい。【０１０３】
また、前述の図１１、図１２、図１３、図１４、図１６、図１７の実施例において、第１半導体光増幅器１６および第２半導体光増幅器３２は別体で設けられているが、図１５、図１８に示すように、共通の１チップで構成されてもよい。【０１０４】
また、前述の図１１、図１２、図１４、図１５、図１６、図１８の実施例において、第２入力用光ファイバ１５には光ファイバグレーティング部２８が備えられているが、第２半導体光増幅器３２へ入射される周囲光Ｌs2の強度がある程度低下するが、必ずしも設けられていなくてもよい。【０１０５】
その他一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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