(57)【要約】    【課題】  励起光の利用効率が高く、光の増幅効率が高く、コストが低く、小型化が可能な光増幅器を提供する。    【解決手段】  信号光１１が導波する光増幅導波路２において、光ファイバー５、光カプラ４ａ、エルビウム添加ファイバー３ａ、光カプラ４ｂ、エルビウム添加ファイバー３ｂ、光カプラ４ｃ及びエルビウム添加ファイバー３ｃをこの順に直列に設ける。また、励起光源６を設け、光ファイバー８ａ乃至８ｃにより、１本の光導波路９を形成する。光カプラ４ａ及び４ｂは、入力された信号光１１を光増幅導波路２に出力すると共に、入力された励起光１２の一部を光増幅導波路３に出力し残部を光導波路９に出力するものとし、光カプラ４ｃは、入力された信号光１１を光増幅導波路２に出力すると共に、入力された励起光１２の全てを光増幅導波路３に出力するものとする。【選択図】  図１
2006222308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光及び励起光が入力されることにより前記信号光を増幅して出力する光増幅導波路と、前記光増幅導波路における相互に離隔した位置に介在する複数個の光カプラと、前記複数個の光カプラを相互に直列に結合すると共にその一端に前記励起光が入力されるようになっている光導波路と、を有し、前記複数個の光カプラのうち前記光導波路上において前記励起光の導波経路の最も後段側に配置された光カプラ以外の光カプラは、入力された前記信号光を前記光増幅導波路に出力すると共に、入力された前記励起光の一部を前記光増幅導波路に出力し残部を前記光導波路に出力するものであることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記最も後段側に配置された光カプラは、入力された前記励起光の全部を前記光増幅導波路に出力するものであることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記光カプラの個数をｎ個（ｎは２以上の整数）とするとき、前記光導波路上において前記励起光が入力される側からｋ番目（ｋは１乃至ｎの整数）に配列された光カプラが、入力された前記励起光のうち（１／（ｎ−ｋ＋１））の光を前記光増幅導波路に出力し残部を前記光導波路に出力するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記光増幅導波路は、希土類元素が添加された光ファイバーを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記光増幅導波路は、希土類元素が添加された平面型光増幅導波路を有し、前記光カプラは平面型光カプラであり、前記光導波路は平面型光導波路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記平面型光増幅導波路及び前記平面型光カプラが、同一の基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
【請求項７】
前記光増幅導波路が、渦巻き状に巻回されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光増幅器。
【請求項８】
前記光カプラにおける前記信号光が通過する導波路に前記希土類元素が添加されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項９】
前記光導波路が、前記光増幅導波路に対して平行に配設されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の増幅媒質を含有し信号光及び励起光が入力されることにより前記信号光を増幅して出力する光増幅導波路を備えた光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器は、希土類元素を添加した光ファイバー等に励起光を入力して希土類元素イオンを励起すると共に信号光を入力し、信号光により励起イオンから放出される誘導放出を利用して、信号光を増幅するものである。このような光ファイバー等のコアの材料には、希土類元素として例えばエルビウムを添加した二酸化シリコン等が使用されている。この光ファイバーに励起光を入力するとエルビウムイオンの励起準位ができるが、この励起準位の中に、緩和したときに光通信に使う１．５μｍ帯に相当する光を放出する励起準位がある。このため、その励起準位にエルビウムイオンを励起すれば、１．５μｍ帯の信号光によりこの励起準位からの誘導放出を発生させて、信号光を増幅することができる。なお、エルビウムイオンを励起準位まで励起するために、通常、波長が０．９８μｍ又は１．４８μｍの励起光を使用している。また、近時、希土類元素添加ファイバーだけでなく、希土類元素を添加した平面型の導波路を用いた光増幅器も開発されている。
【０００３】
希土類添加ファイバーに励起光を入力する方法としては、通常、希土類添加ファイバーの前段側若しくは後段側、又はその両方から入力する方法がある。希土類元素添加ファイバーに入力された励起光は、希土類元素イオンに吸収され、ファイバー内を伝搬するにつれてその強度は次第に弱くなっていく。そして、励起光の強度がある値未満になると信号光を増幅しなくなる。このため、光増幅器は、希土類添加ファイバー内における励起光の強度をある値以上に維持するような構造になっている。
【０００４】
しかしながら、励起光の強度はファイバー内で一様にはならず、前段側又は後段側から入力する場合は、励起光の入力側から出力側に向かって単調減少するような分布となる。また、希土類添加ファイバー中においては、最も光増幅効率がよい励起光強度が存在する。即ち、励起光の強度がゼロから強くなるに従い、利得は増加していくが、ある値以上になると増加傾向は小さくなっていく。励起強度があまり強いと、励起準位からさらに上の準位に遷移する等の無駄が発生し、光増幅効率が低下する。逆に、励起強度があまり低いと、反転分布が弱くなりやはり光増幅効率が低下する。このため、信号増幅の効率はファイバー全体に渡って良いわけではない。従って、光増幅器においては、ある適正な励起光強度をファイバーの長さ全体に渡って維持することが好ましい。
【０００５】
ファイバー内で励起光の強度を均一にするためには、励起光がその伝搬に伴って弱くなる位置で、外部から励起光を追加してやればよい。このため、従来より、ファイバーの数箇所から励起光を導入する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図６は、特許文献１に記載された光増幅器を示す図である。図６に示すように、この従来の光増幅器１０１においては、信号光１０２が入力される希土類添加ファイバー１０３が設けられており、この希土類添加ファイバー１０３の前段側及び後段側に、夫々光カプラ１０４が設けられている。また、希土類添加ファイバー１０３を励起する励起光を出力する励起光源１０５が設けられており、励起光源１０５から出力された励起光は、光アイソレータ１０６を通過した後、２本の光ファイバー１０７を介して夫々光カプラ１０４に結合されるようになっている。
【０００６】
これにより、励起光源１０５から出力した励起光が光アイソレータ１０６を通過した後２つに分岐され、２つの光カプラ１０４を介して希土類添加ファイバー１０３に前方側及び後方側の２箇所から入力される。また、特許文献１には、希土類添加ファイバー１０３に更に数箇所から励起光を入力してもよいと記載されている。しかしながら、特許文献１には、希土類添加ファイバー１０３にどのようにして数箇所から励起光を入力するのかは開示されておらず、その具体的な方法は不明である。
【０００７】
希土類ドープファイバーに数箇所から励起光を入力する方法として、特許文献２にその方法が開示されている。図７は、特許文献２に記載されたレーザ増幅器を示す図である。図７に示すように、この従来のレーザ増幅器１１１においては、信号光１１２が入力されるエルビウム添加ファイバー１１３を複数に分断して、複数の増幅器セクション１１４に区画し、増幅器セクション１１４の相互間及び両側に光カプラ１１５を設けている。そして、励起光源１１６の出力を複数の光ファイバー１１７に結合し、この複数の光ファイバー１１７を夫々光カプラ１１５に結合している。これにより、励起光源１１６から出力された励起光が、光ファイバー１１７及び光カプラ１１５を介して、エルビウム添加ファイバー１１３の複数の部分からファイバー１１３内の増幅器セクション１１４に導入されるようになっている。
【０００８】
また、特許文献３には、光増幅器において励起光の利用効率を向上させることを目的として、複数個の波長分割マルチプレクサ及び光ファイバーを使用して励起光の光路を形成する技術が開示されている。図８は特許文献３に記載された光増幅器を示す図である。図８に示すように、この従来の光増幅器１２１においては、信号光１２２が伝搬する希土類添加ファイバー１２３が設けられており、この希土類添加ファイバー１２３は２つのセクション１２４及び１２５に分割されている。そして、希土類添加ファイバー１２３におけるセクション１２４の前段側にはマルチプレクサ１２６が設けられており、セクション１２５の前段側にはマルチプレクサ１２７が設けられており、セクション１２５の後段側にはマルチプレクサ１２８が設けられている。また、励起光源１２９が設けられており、この励起光源１２９の出力は光ファイバー１３０を介してマルチプレクサ１２８に入力されるようになっている。更に、マルチプレクサ１２７は光ファイバー１３１によりマルチプレクサ１２６に結合されている。
【０００９】
これにより、励起光源１２９から出力した励起光が、光ファイバー１３０及びマルチプレクサ１２８を介して希土類添加ファイバー１２３のセクション１２５に後段側から導入される。この励起光はセクション１２５内を前段側に向かって伝搬した後、セクション１２５内で消費され切れずに残った励起光がマルチプレクサ１２７により光ファイバー１３１に分岐され、光ファイバー１３１及びマルチプレクサ１２６を介して希土類添加ファイバー１２３のセクション１２４に前段側から入力される。そして、この励起光はセクション１２４内において消費される。
【００１０】
【特許文献１】特開平３−２１４６８１号公報
【特許文献２】特開平４−５０４０３２号公報
【特許文献３】特開２００１−２１７４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。特許文献１（図６参照）及び特許文献２（図７参照）に示す従来の光増幅器においては、励起光源から出力した励起光を複数本の光ファイバーにより分岐させて複数の光カプラに導いている。このため、励起光源から光カプラまでの光ファイバーの総計の長さが長くなる。この結果、励起光の損失が増大し、光増幅器のコストが増大し、光増幅器が大型化するという問題がある。また、増幅器セクションで消費され切れずに余った励起光はそのまま捨てることになるため、励起光の利用効率が低い。なお、特許文献３（図８参照）に記載の光増幅器においては、１つのセクションで余った励起光を他のセクションに供給しているため、励起光の利用効率は高いものの、セクション間における励起光の強度が不均一となるため、光増幅効率は低い。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、励起光の利用効率が高く、光の増幅効率が高く、コストが低く、小型化が可能な光増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光増幅器は、信号光及び励起光が入力されることにより前記信号光を増幅して出力する光増幅導波路と、前記光増幅導波路における相互に離隔した位置に介在する複数個の光カプラと、前記複数個の光カプラを相互に直列に結合すると共にその一端に前記励起光が入力されるようになっている光導波路と、を有し、前記複数個の光カプラのうち前記光導波路上において前記励起光の導波経路の最も後段側に配置された光カプラ以外の光カプラは、入力された前記信号光を前記光増幅導波路に出力すると共に、入力された前記励起光の一部を前記光増幅導波路に出力し残部を前記光導波路に出力するものであることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、光導波路が複数個の光カプラを相互に直列に結合しており、最も後段側に配置された光カプラ以外の光カプラが、励起光の一部を光増幅導波路に出力し残部を光導波路に出力するため、１本の光導波路により複数個の光カプラを介して光増幅導波路内に複数の箇所から励起光を導入することができる。これにより、光増幅導波路内における励起光の強度を均一化して光の増幅効率を向上させることができる。また、光導波路の本数を１本にできるため、光増幅器を小型化し、低コスト化することができる。更に、複数の光カプラにより区画される光増幅導波路のある区間で消費しきれずに残った励起光を、他の区間に導入して使用することができるため、励起光の利用効率が高い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、励起光の利用効率が高く、光の増幅効率が高く、コストが低く、小型化が可能な光増幅器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る光増幅器を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る光増幅器１においては、１本の光増幅導波路２が設けられている。光増幅導波路２は、信号光１１及び励起光１２が入力されることにより、信号光１１を増幅して出力するものである。光増幅導波路２においては、３本のエルビウム添加ファイバー３ａ、３ｂ及び３ｃ（以下、総称してエルビウム添加ファイバー３ともいう）がこの順に相互に離隔して直列に設けられている。即ち、光増幅導波路２の一部は、エルビウム添加ファイバー３ａ乃至３ｃにより構成されている。エルビウム添加ファイバー３は、コア（図示せず）とこのコアの周囲に設けられたクラッド（図示せず）とから構成されており、コアには希土類元素としてエルビウムが例えば１０００ｐｐｍの濃度で添加されている。また、エルビウム添加ファイバー３ａ乃至３ｃの長さは、夫々例えば５ｍである。
【００１７】
また、エルビウム添加ファイバー３ａ乃至３ｃの信号光１１の入力側（以下、前段側ともいう）には、夫々光カプラ４ａ乃至４ｃ（以下、総称して光カプラ４ともいう）が結合されている。即ち、複数個の光カプラ４が、光増幅導波路２における相互に離隔した位置に介在している。光カプラ４ａの前段側には希土類元素が添加されていない通常の光ファイバー５が設けられており、光カプラ４ａに結合されている。光カプラ４ａの後段側はエルビウム添加ファイバー３ａに結合されている。光カプラ４ｂの前段側はエルビウム添加ファイバー３ａに結合されており、後段側はエルビウム添加ファイバー３ｂに結合されている。光カプラ４ｃの前段側はエルビウム添加ファイバー３ｂに結合されており、後段側はエルビウム添加ファイバー３ｃに結合されている。そして、エルビウム添加ファイバー３ｃの後段側から増幅された信号光が出力されるようになっている。即ち、光増幅導波路２においては、光ファイバー５、光カプラ４ａ、エルビウム添加ファイバー３ａ、光カプラ４ｂ、エルビウム添加ファイバー３ｂ、光カプラ４ｃ及びエルビウム添加ファイバー３ｃがこの順に直列に結合されている。
【００１８】
更に、光増幅器１においては、励起光１２を出力する励起光源６が設けられており、この励起光源６の出力側に光アイソレータ７が設けられている。光アイソレータ７は、光を順方向のみに通過させ、逆方向には通過させないことにより、戻り光を遮断するものである。なお、光アイソレータ７は省略してもよい。また、光アイソレータ７の出力側には、希土類元素が添加されていない通常の光ファイバー８ａ、８ｂ及び８ｃ（以下、総称して光ファイバー８ともいう）がこの順に設けられている。光ファイバー８ａの一端は光アイソレータ７の出力に結合されており、他端は光カプラ４ａに結合されている。光ファイバー８ｂの一端は光カプラ４ａに結合されており、他端は光カプラ４ｂに結合されている。そして、光ファイバー８ｃの一端は光カプラ４ｂに結合されており、他端は光カプラ４ｃに結合されている。これにより、光ファイバー８ａ、光カプラ４ａ、光ファイバー８ｂ、光カプラ４ｂ、光ファイバー８ｃ及び光カプラ４ｃがこの順に直列に結合されて、１本の光導波路９が構成されている。光導波路９は、光カプラ４ａ乃至４ｃを相互に直列に接続すると共に、その一端に励起光１２が入力されるものである。光導波路９は、光増幅導波路２に対して例えば平行に設けられている。
【００１９】
以下、光カプラ４について、より詳細に説明する。一般に、光カプラを光増幅器内で用いる場合には、励起光波長と信号光波長とを効率よく合波するものを使用する。例えば、方向性結合器を用いたり、非対称のマッハツエンダー構成のものを用いたりする。光カプラではその設計の仕様により、入力される励起光と信号光とをほぼ全部１本の出力導波路に合波することができ、又は、信号光は全部１本目の出力導波路へ導き、励起光はその一部、例えば何分の１かを１本目の出力導波路へ導き、残りを２本目の出力導波路に導くように設計することができる。この分岐割合は設計により変えることができる。
【００２０】
本実施形態では、後者の特性をもった光カプラを利用する。希土類元素としてエルビウムを添加した光増幅導波路を複数に分割し、相互間に光カプラの１本目の入力部と１本目の出力部を接続し、２本目の入力部と２本目の出力部を励起光を導波する導波路で直列に繋ぐ。１個目の光カプラに入る信号光及び励起光は、その出力では１本目の出力導波路に信号光は全部、励起光は一部が出力され、その出力導波路は希土類元素添加の光増幅導波路に入力される。そこで励起光によって希土類元素が励起され、信号光は誘導放出により増幅される。１個目の光カプラの２本目の出力導波路から出力される残りの励起光は次の２つ目の光カプラに導波路を伝搬して入力される。２つ目の光カプラのもう一つの入力部には、その前の希土類元素添加光導波路で増幅された信号光とそこでは使い切れなかった励起光が入力される。２つ目の光カプラでは、１つ目の光カプラと同様に、信号光は全部が１本目の出力導波路に出力され、励起光はその一部が１本目の出力導波路に出力され、残りは２本目の出力導波路に出力される。以下、次の光カプラも同様である。最後の光カプラでは、励起光はその全てが信号光が出力される１本目の出力導波路に出力されることが好ましい。この方法により、励起光を導波する導波路を複数にせずに１本とし、且つ、希土類元素を添加した光増幅導波路内における励起光の強度分布をなるべく平坦にすることができる。
【００２１】
図２（ａ）は図１に示す光カプラ４ａを示す図であり、（ｂ）は光カプラ４ｂを示す図であり、（ｃ）は光カプラ４ｃを示す図である。本実施形態における光カプラは、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex：波長分割多重方式）の光カプラである。図２（ａ）に示すように、光カプラ４ａには、４つの端子２１ａ、２２ａ、２３ａ及び２４ａが設けられており、端子２１ａは光ファイバー５に結合されており、端子２２ａは光ファイバー８ａに結合されており、端子２３ａはエルビウム添加ファイバー３ａに結合されており、端子２４ａは光ファイバー８ｂに結合されている。そして、端子２１ａから入力された光は実質的にその全てが端子２３ａに出力されるようになっており、端子２２ａから入力された光はその一部が端子２３ａに出力され、残部が端子２４ａに出力されるようになっている。
【００２２】
同様に、図２（ｂ）に示すように、光カプラ４ｂには、４つの端子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ及び２４ｂが設けられており、端子２１ｂはエルビウム添加ファイバー３ａに結合されており、端子２２ｂは光ファイバー８ｂに結合されており、端子２３ｂはエルビウム添加ファイバー３ｂに結合されており、端子２４ｂは光ファイバー８ｃに結合されている。そして、端子２１ｂから入力された光は実質的にその全てが端子２３ｂに出力されるようになっており、端子２２ｂから入力された光はその一部が端子２３ｂに出力され、残部が端子２４ｂに出力されるようになっている。
【００２３】
また、図２（ｃ）に示すように、光カプラ４ｃには、４つの端子２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ及び２４ｃが設けられており、端子２１ｃはエルビウム添加ファイバー３ｂに結合されており、端子２２ｃは光ファイバー８ｃに結合されており、端子２３ｃはエルビウム添加ファイバー３ｃに結合されており、端子２４ｃは何にも結合されていない。そして、端子２１ｃから入力された光は実質的にその全てが端子２３ｃに出力されるようになっており、端子２２ｃから入力された光も実質的にその全てが端子２３ｃに出力されるようになっている。
【００２４】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る光増幅器の動作について、図１及び図２を参照して説明する。先ず、励起光源６が励起光１２を出力する。この励起光１２は光アイソレータ７を順方向に通過して、光ファイバー８ａを介して光カプラ４ａの端子２２ａに入力される。そして、励起光１２の一部が光カプラ４ａの端子２３ａを介してエルビウム添加ファイバー３ａ内に導入され、残部が端子２４ａを介して光ファイバー８ｂ内に導入される。例えば、励起光源６から出力され光カプラ４ａの端子２２ａに入力した励起光１２の強度が６０ｍＷであるとき、そのうち２０ｍＷがエルビウム添加ファイバー３ａに入力され、残りの４０ｍＷが光ファイバー８ｂに入力される。
【００２５】
エルビウム添加ファイバー３ａに入力された励起光１２は、エルビウム添加ファイバー３ａ内のエルビウムイオンを励起して消費されていく。エルビウム添加ファイバー３ａ内で消費され切れずに残った励起光１２は、光カプラ４ｂの端子２１ｂに入力し、端子２３ｂから出力してエルビウム添加ファイバー３ｂ内に導入される。一方、光ファイバー８ｂに入力された励起光１２は、光カプラ４ｂの端子２２ｂに入力され、その一部が端子２３ｂを介してエルビウム添加ファイバー３ｂ内に導入され、残部が端子２４ｂを介して光ファイバー８ｃ内に導入される。例えば、光カプラ４ｂの端子２２ｂに入力した強度が４０ｍＷの励起光１２のうち、２０ｍＷがエルビウム添加ファイバー３ｂに入力され、残りの２０ｍＷが光ファイバー８ｃに入力される。
【００２６】
エルビウム添加ファイバー３ｂに入力された励起光１２は、エルビウム添加ファイバー３ｂ内のエルビウムイオンを励起して消費されていく。エルビウム添加ファイバー３ｂ内で消費され切れずに残った励起光１２は、光カプラ４ｃの端子２１ｃに入力し、端子２３ｃから出力してエルビウム添加ファイバー３ｃ内に導入される。一方、光ファイバー８ｃに入力された励起光１２は、光カプラ４ｃの端子２２ｃに入力され、実質的にその全部が端子２３ｃを介してエルビウム添加ファイバー３ｃ内に導入される。エルビウム添加ファイバー３ｃ内に導入された励起光１２は、エルビウム添加ファイバー３ｃ内のエルビウムイオンを励起して消費されていく。
【００２７】
そして、このようにエルビウム添加ファイバー３内のエルビウムが励起された状態で、信号光１１を光増幅導波路２の最前段を構成している光ファイバー５に入力する。すると、この信号光１１は光カプラ４ａの端子２１ａに入力され、実質的にその全てが端子２３ａから出力されてエルビウム添加ファイバー３ａ内に導入される。そして、エルビウム添加ファイバー３ａ内で誘導放出により増幅されて、光カプラ４ｂの端子２１ｂに入力される。端子２１ｂに入力された信号光１１は実質的にその全てが端子２３ｂから出力されてエルビウム添加ファイバー３ｂ内に導入され、エルビウム添加ファイバー３ｂ内で誘導放出により増幅される。その後、信号光１１は光カプラ４ｃの端子２１ｃに入力され、実質的にその全てが端子２３ｃから出力されてエルビウム添加ファイバー３ｃ内に導入され、エルビウム添加ファイバー３ｃ内で誘導放出により増幅されて、光増幅導波路２の後段側から出力される。このように、信号光１１は、エルビウム添加ファイバー３ａ乃至３ｃをこの順に通過し、その過程で励起されたエルビウムイオンの誘導放出により増幅されていく。
【００２８】
次に、本実施形態の効果について説明する。励起光の強度分布を希土類元素添加ファイバー内で均一化する方法としては、希土類元素を添加した光増幅導波路を複数に分割して、その間に励起光を信号光と合波する光カプラを挿入し、この光カプラに励起光を導く方法が効果的である。本実施形態においては、図１に示すように、光増幅導波路２においてエルビウム添加ファイバー３を３つに分割し、その夫々に光カプラ４を介して励起光を導入している。このため、エルビウム添加ファイバー３内において励起光１２の強度をファイバーの長さ方向で均一にすることができ、信号光１１の増幅効率を向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態においては、１本の励起光導波用の光導波路９により、複数の光カプラ４を直列に接続している。従って、従来の光増幅器のように、励起光１２を励起光源６から出射した直後に分割する必要がないため、複数本の励起光導波用の導波路を必要とせず、それらを合わせた総延長を従来と比べて短くできる。また、従来の励起光を導波する光導波路の数が光カプラの数と同じである光増幅器と比較して、励起光１２を導波する光導波路９が１本であるため、光増幅器全体のサイズを小さくすることができる。更にまた、光導波路９が１本であるため、光増幅器のコストを低減することができる。
【００３０】
更に、エルビウム添加ファイバー３ａ内で消費され切れずに残った励起光１２は、光カプラ４ｂにより後段のエルビウム添加ファイバー３ｂ内に供給され、そこで消費される。同様に、エルビウム添加ファイバー３ｂ内で消費され切れずに残った励起光１２は、光カプラ４ｃにより後段のエルビウム添加ファイバー３ｃ内に供給され、そこで消費される。このため、励起光が無駄に捨てられることがなく、光の利用効率が高い。
【００３１】
この結果、本実施形態に係る光増幅装置は、図７に示すような従来の光増幅器と比較して、励起光源が同じ励起光出力をもつ場合、利得を向上させることができる。例えば、励起光の強度が６０ｍＷのとき、従来の光増幅器では利得が１０ｄＢであるのに対して、本実施形態に係る光増幅器１では、利得は１２ｄＢである。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態においては、光増幅導波路２及び光導波路９が、全て平面型の光導波路により形成されている。即ち、前述の第１の実施形態におけるエルビウム添加ファイバー３の替わりにエルビウム添加平面光導波路が設けられており、光カプラ４の替わりに平面型光カプラが設けられており、光ファイバー５及び８の替わりに希土類元素が添加されていない平面光導波路が設けられている。また、エルビウム添加平面光導波路及び平面光カプラは、同一の基板上に形成されている。更に、信号光導波用の光増幅導波路と励起光導波用の光導波路とは、数十μｍの間隔をあけて相互に平行に配置されている。本実施形態の光増幅器における全体の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３３】
次に、上述のエルビウム添加平面光導波路の構成について詳細に説明する。図３は、本実施形態におけるエルビウム添加平面光導波路を示す断面図である。図３に示すように、エルビウム添加平面光導波路２５においては、板状の下側クラッド２６が設けられており、この下側クラッド２６上にコア２７が設けられており、このコア２７を覆うように上側クラッド２８が設けられている。下側クラッド２６及び上側クラッド２８は、二酸化シリコンにより形成されており、その厚さは例えば夫々１５μｍである。また、コア２７の長手方向に直交する断面の形状は、例えば幅が５μｍ、高さが５μｍの矩形であり、コア２７の長さは例えば５ｃｍ程度である。コア２７は、エルビウムが２モル％、ゲルマニウムが５モル％、アルミニウムが５モル％、燐が１０モル％添加された二酸化シリコンにより形成されている。
【００３４】
また、希土類元素が添加されていない平面光導波路の構成は、コアにエルビウムが添加されていないこと以外は、上述のエルビウム添加平面光導波路の構成と同様である。
【００３５】
光カプラは、２本の通常導波路からなる方向性結合器により構成されており、コアの長手方向直交断面における形状は、幅が５μｍ、高さが５μｍの矩形である。また、２本の導波路コアの間隔は２乃至４μｍの範囲内で選択されており、長さは０．２乃至１ｍｍ程度の範囲内で選択されている。方向性結合器における励起光の分岐割合は、例えば初段の光カプラは入力された励起光の（１／３）、２段目の光カプラは（１／２）、最後段である３段目の光カプラは（１／１）、即ち全部を、エルビウム添加平面光導波路側に分岐するようになっている。
【００３６】
より一般的に表現すると、光カプラ４の個数をｎ個（ｎは２以上の整数）とするとき、光導波路９上において励起光１２が入力される側からｋ番目（ｋは１乃至ｎの整数）に配列された光カプラ４は、入力された励起光１２のうち（１／（ｎ−ｋ＋１））の光を光増幅導波路２に出力し残部を光導波路９に出力するようになっている。これにより、ｎ個の光カプラ４に、励起光１２を（１／ｎ）ずつ分配することができる。これは、本発明の他の実施形態においても同様である。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３７】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、光導波路として平面型の光導波路が設けられているため、エルビウム添加導波路の部分を小型化することができる。この結果、光ファイバーを使用した前述の第１の実施形態と比較して、光増幅器を小型化することができる。
【００３８】
また、従来、光導波路として平面型光導波路を設ける場合には、信号光導波用の光増幅導波路と、励起光導波用の光導波路とを２次元的に配置せねばならず、励起光導波用の光導波路が長尺化することを防止しつつ、両導波路の交差を回避することが困難であった。これに対して、本実施形態においては、励起光導波用の光導波路の本数を１本にできるため、信号光導波用の光増幅導波路と励起光導波用の光導波路とを数十μｍの間隔をあけて相互に平行に配置することにより、両導波路を相互に交差することなく配設することができる。このため、光増幅器をより小型化することができる。なお、平面導波路を使用すれば、エルビウム添加導波路の部分を小型化できるため、相対的に励起光導波用の光導波路が光増幅器全体に占める割合が大きくなる。従って、励起光導波用の光導波路を複数本から単数にすることにより、全体の面積縮小に大きな効果が得られ、光導波路を数本設ける場合と比べて、全体の設置面積を約２割低減できる。
【００３９】
更に、本実施形態においては、光カプラの数を多くしても、光増幅器の製造工程において一括して形成できるため、製造コストを低減することができる。
【００４０】
本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。例えば、励起光の強度が６０ｍＷのとき、従来の光増幅器では利得が１０ｄＢであるのに対して、本実施形態に係る光増幅器では、利得は１２ｄＢである。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は本実施形態に係る光増幅器を示す図である。本実施形態においては、前述の第２の実施形態と同様に、エルビウム添加導波路、光カプラ及び希土類元素が添加されていない通常導波路として、平面光導波路が設けられている。各光導波路の層構造、組成及び厚さ等は、例えば前述の第２の実施形態と同じである。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態に係る光増幅器３１においては、信号光導波用の光増幅導波路２が渦巻き状に巻回されている。また、励起光導波用の光導波路９は、光増幅導波路２に対して、例えば５０μｍ程度の距離を置きながら平行に配設されている。光カプラ４は適当な導波路長、例えば５ｃｍ毎に配置されている。光増幅導波路２、光導波路９及び光カプラ４の相互間の接続方法は、前述の第１の実施形態と同様である。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第２の実施形態と同様である。
【００４３】
本実施形態においては、信号光導波用の光増幅導波路２が渦巻き状に巻回されていることにより、光増幅器全体のサイズを小型化することができる。しかしながら、この場合、励起光導波用の光導波路９をうまく配置することが重要であり、光増幅導波路２と交差しないようにする必要がある。本実施形態においては、光導波路９を光増幅導波路２と平行に配設しているため、光導波路９が光増幅導波路２と交差することがなく、光増幅器３１の小型化を図ることができる。また、平面導波路を使用することにより、光導波路の曲げ半径を小さくでき、光導波路間の間隔を狭くできるため、全体のチップサイズを小さくすることができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、平面導波路を使用することによりエルビウム添加導波路の部分を小型化でき、それを渦巻き形状にすることによりさらに小型化できる。従って、光増幅器全体の面積において、励起光導波用の光導波路が占める割合が相対的に大きくなる。このため、光導波路の本数を複数本から１本にすることにより、全体の面積を大幅に縮小することが可能となる。例えば、光導波路を数本使う場合と比べて、全体の面積を約４割低減することができる。
【００４５】
本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。例えば、励起光の強度が６０ｍＷのとき、従来の光増幅器では利得が１０ｄＢであるのに対して、本実施形態に係る光増幅器では、利得は１２ｄＢである。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る光増幅器を示す図である。前述の第１の実施形態においては、光増幅導波路２は直線状に設けられており、光導波路９における光カプラ４を接続する順番、即ち、励起光１２が通過する順番は、信号光１１が通過する順番と同じとしている。これに対して、本実施形態においては、光増幅導波路２がＵ字形に折り曲げられており、光増幅導波路２の入力端及び出力端が相互に近接している。そして、光導波路９においては、光導波路９が光増幅導波路２に交差しない範囲で、相互に最も近い光カプラ４同士が結合されるようにして、複数の光カプラ４を直列に結合している。
【００４７】
即ち、光増幅導波路２においては、例えば６個の光カプラ４ｄ乃至４ｉがこの順に設けられている。光カプラ４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｈ及び４ｉは、前述の第１の実施形態における光カプラ４ａ及び４ｂと同様に、励起光の一部を光増幅導波路２に導入し、残部を光導波路９に導入するものである。また、光カプラ４ｇは、前述の第１の実施形態における光カプラ４ｃと同じものであり、励起光の全部を光増幅導波路２に導入するものである。そして、光導波路９においては、光カプラ４ｄ、４ｉ、４ｅ、４ｈ、４ｆ及び４ｇがこの順に直列に接続されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。本実施形態においては、光増幅導波路２がＵ字形に折り曲げられているため、光増幅器４１全体のサイズを低減することができる。
【００４８】
なお、上述の各実施形態において、光カプラとなる方向性結合器は全て希土類元素が添加されていない通常の光導波路により構成されているが、信号光が通過する光導波路はエルビウム添加導波路により構成してもよい。信号光が通過する光導波路をエルビウム添加導波路により構成することにより、光カプラ内でも信号光の増幅を行うことができ、光増幅器の光の増幅効率を向上させることができる。また、光カプラは方向性結合器以外にも、マッハツエンダー型の光カプラとしてもよい。
【００４９】
また、前述の第１乃至第３の実施形態において、信号光の導波方向と励起光の導波方向は相互に逆方向としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、信号光を増幅する光増幅器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光増幅器を示す図である。
【図２】（ａ）は光カプラ４ａを示す図であり、（ｂ）は光カプラ４ｂを示す図であり、（ｃ）は光カプラ４ｃを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるエルビウム添加平面光導波路を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光増幅器を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る光増幅器を示す図である。
【図６】特許文献１に記載された従来の光増幅器を示す図である。
【図７】特許文献２に記載された従来の光増幅器を示す図である。
【図８】特許文献３に記載された従来の光増幅器を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１；光増幅器
２；光増幅導波路
３、３ａ、３ｂ、３ｃ；エルビウム添加ファイバー
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ；光カプラ
５；光ファイバー
６；励起光源
７；光アイソレータ
８ａ、８ｂ、８ｃ；光ファイバー
９；光導波路
１１；信号光
１２；励起光
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ；端子
２５；エルビウム添加平面光導波路
２６；下側クラッド
２７；コア
２８；上側クラッド
３１、４１；光増幅器
１０１；光増幅器
１０２；信号光
１０３；希土類添加ファイバー
１０４；光カプラ
１０５；励起光源
１０６；光アイソレータ
１０７；光ファイバー
１１１；レーザ増幅器
１１２；信号光
１１３；エルビウム添加ファイバー
１１４；増幅器セクション
１１５；光カプラ
１１６；励起光源
１１７；光ファイバー
１２１；光増幅器
１２２；信号光
１２３；希土類添加ファイバー
１２４、１２５；セクション
１２６、１２７、１２８；マルチプレクサ
１２９；励起光源
１３０、１３１；光ファイバー
【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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