(57)【要約】【課題】部品数を低減し，低コスト化が可能な光増幅器を提供すること。【解決手段】光増幅器は筐体１９０の中央に設置された光非相反素子１００と，光非相反素子１００に対向配置された３つのコリメータ１１２，１１６，１５０と，コリメータ１１２と光非相反素子１００の間に配置されたバンドパスフィルタ１１４と，増幅用ファイバであるＥＤＦ１４０とを有する。コリメータ１５０からの励起光は光非相反素子１００に斜入射してバンドパスフィルタ１１４で反射された後，コリメータ１１２からの信号光と合波されＥＤＦ１４０に入射し，信号光は増幅される。この際に，光非相反素子１００は，信号光と励起光に対してアイソレータとして機能し，さらに信号光および励起光を合波する機能を有する。【選択図】　　　図３
2004031477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅用の光ファイバに信号光と励起光が入射されることにより前記信号光を増幅する光増幅器であって，
増幅用の光ファイバと，
前記光ファイバの信号光入射端側に配置され，前記信号光と前記励起光を合波して前記光ファイバの信号光入射端に入射させると共に，前記信号光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止し，前記励起光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止する１つの光非相反素子と，を具備することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
増幅用の光ファイバに信号光と励起光が入射されることにより前記信号光を増幅する光増幅器であって，
増幅用の光ファイバと，
前記光ファイバの信号光入射端側に配置され，前記信号光が第１の角度で入射される第１の端面と，前記第１の端面と対向し前記励起光が第２の角度で入射される第２の端面と，を有する１つの光非相反素子と，
前記光非相反素子の前記第１の端面側に配置され，前記励起光を反射し，かつ前記信号光を透過する波長選択性を有する反射手段と，を具備し，
前記励起光の前記光非相反素子に対する出射角度が前記第１の角度と一致するように前記第２の角度を設定し，前記光非相反素子の前記第１の端面から出射した前記励起光が前記反射手段により反射されて再び前記光非相反素子に入射することにより，前記信号光と前記励起光は合波されて，前記光ファイバの信号光入射端に入射されるよう構成され，
前記光非相反素子により，前記信号光の逆方向に進行する光の伝搬が阻止され，かつ前記励起光の逆方向に進行する光の伝搬が阻止されることを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
前記反射手段はファイバグレーティングであることを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記反射手段は誘電体多層膜を有することを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記光ファイバはエルビウムドープ光ファイバおよびラマン増幅用光ファイバの少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記光非相反素子は，さらに前記光ファイバにより増幅された信号光が入射され，前記増幅された信号光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光増幅器の前記光ファイバの信号光出射端側に，後方励起光を入射させる後方励起光導入手段をさらに備えて双方向励起型の構成としたことを特徴とする光増幅器。
【請求項８】
前記後方励起光導入手段は，
前記後方励起光を前記光ファイバにその信号光出射端側から供給すると共に，前記光ファイバで増幅された信号光を前記光増幅器の出射端側へ導波し，前記信号光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止し，かつ前記後方励起光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止する１つの光非相反素子を具備することを特徴とする請求項７に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光増幅器に関し，特に長距離大容量光伝送システムやメトロネットワーク光通信システム等に適用するのに好適な光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記分野の光増幅器として，光ファイバを用いた直接増幅器としてエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や，ファイバラマン増幅器が知られている。エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器は，コア中に不純物としてエルビウムをドーピングしたファイバ（以下ＥＤＦという）に，励起光を照射して誘導放出を起こすことにより光増幅を行う。
【０００３】
光増幅器の励起方式には，図７（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれに示すように前方励起，後方励起，双方向励起の３つの型がある。図７（ａ）に示す前方励起では入力信号ポート１０とＥＤＦ４０の間に合・分波器３０ａが設けられている。入力信号ポート１０から入射された信号光はアイソレータ２０ａを通過して合・分波器３０ａを経由した後，ＥＤＦ４０に入射する。これとは別にレーザ光源からなる励起光源５０ａから出射された励起光はアイソレータ２２ａを通過して合・分波器３０ａを経由した後，ＥＤＦ４０に入射する。ＥＤＦ４０内部では，励起光によりＥＤＦ４０が励起され，これにより信号光が増幅される。増幅された信号光はアイソレータ２４ａを通過して出力信号ポート６０に達する。図７（ａ）に示す前方励起では，ＥＤＦ４０内部における信号光と励起光の方向は同じである。
【０００４】
なお，アイソレータは特定の方向に進行する光を選択的に通過させ，その反対方向に進行する光を除去する機能を有する。アイソレータは光ファイバ端等からの反射戻り光がレーザ光源に戻り，レーザ発振が乱され、出射光の雑音の誘因となることを阻止するためのものである。
【０００５】
図７（ｂ）に示す後方励起では，ＥＤＦ４０と出力信号ポート６０の間に合・分波器３０ｂが設けられており，ＥＤＦ４０内部における信号光と励起光の方向は逆になる。図７（ｂ）に示す後方励起では，入力信号ポート１０から入射された信号光はアイソレータ２０ｂを通過してＥＤＦ４０に入射する。これとは別にレーザ光源からなる励起光源５０ｂから出射された励起光はアイソレータ２２ｂを通過して合・分波器３０ｂを経由した後，出力信号ポート６０から入力信号ポート１０に向かう方向に進み，ＥＤＦ４０に入射する。ＥＤＦ４０内部では，励起光によりＥＤＦ４０が励起され，これにより信号光が増幅される。増幅された信号光は合・分波器３０ｂを経由し，アイソレータ２４ｂを通過して出力信号ポート６０に達する。
【０００６】
上記の前方励起と後方励起を組み合わせたものが図７（ｃ）に示す双方向励起である。図７（ｃ）に示す双方向励起では，入力信号ポート１０とＥＤＦ４０の間，ＥＤＦ４０と出力信号ポート６０の間にそれぞれ合・分波器３０ａ，３０ｂを有する。入力信号ポート１０から入射された信号光はアイソレータ２０ａを通過して合・分波器３０ａを経由した後，ＥＤＦ４０に入射する。これとは別にレーザ光源からなる励起光源５０ａから出射された励起光はアイソレータ２２ａを通過して合・分波器３０ａを経由した後，ＥＤＦ４０に入射する。また，レーザ光源からなる励起光源５０ｂから出射された励起光はアイソレータ２２ｂを通過して合・分波器３０ｂを経由した後，ＥＤＦ４０に入射する。ＥＤＦ４０内部では，励起光によりＥＤＦ４０が励起され，これにより信号光が増幅される。増幅された信号光は合・分波器３０ｂを経由し，アイソレータ２４ｂを通過して出力信号ポート６０に達する。
【０００７】
各励起型は以下のような特徴を有する。前方励起は低雑音性に優れ，後方励起は光利得に優れ，双方向励起は両方の特徴を備えるが構成が複雑になるためコスト高になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように，光増幅器は，レーザ光源，ファイバ，アイソレータ，合・分波器等，多数の部品を使用している。図７（ａ）に示す前方励起，図７（ｂ）に示す後方励起の場合も，３つのアイソレータと１つの合・分波器が必要である。このように多数の光回路部品を用いるために，光学系が複雑になり，実装スペースが大きくなる上に，高価格になってしまうという問題がある。
【０００９】
特開２００１−３０５４７９号公報には，ＥＤＦを用いた光結合器において，アイソレータ素子に複数の機能を持たせて低コスト化を図った技術が開示されている。しかしながら，特開２００１−３０５４７９号公報に記載のものは後方励起に関するものであり，低雑音性に優れた前方励起に関するものではない。光増幅器で最も必要な特性は低雑音性であるため，低雑音性を確保した上で低コスト化が可能な光増幅器の実現が強く望まれていた。
【００１０】
本発明の目的は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，低コスト化が可能な光増幅器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，増幅用の光ファイバに信号光と励起光が入射されることにより前記信号光を増幅する光増幅器であって，増幅用の光ファイバと，前記光ファイバの信号光入射端側に配置され，前記信号光と前記励起光を合波して前記光ファイバの信号光入射端に入射させると共に，前記信号光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止し，前記励起光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止する１つの光非相反素子と，を具備することを特徴とする光増幅器が提供される。
【００１２】
光非相反素子は例えば，複屈折光学結晶やファラデー回転子等を有するものを採用できる。かかる構成によれば，従来使用していた合・分波器および２つのアイソレータという合計３つの機能を１つの光非相反素子によって果たすことができ，部品の削減，コスト削減を図ることができる。また，前方励起型の構成となるため，低雑音性に優れた光増幅器を提供できる。
【００１３】
また，本発明の第２の観点によれば，増幅用の光ファイバに信号光と励起光が入射されることにより前記信号光を増幅する光増幅器であって，増幅用の光ファイバと，前記光ファイバの信号光入射端側に配置され，前記信号光が第１の角度で入射される第１の端面と，前記第１の端面と対向し前記励起光が第２の角度で入射される第２の端面と，を有する１つの光非相反素子と，前記光非相反素子の前記第１の端面側に配置され，前記励起光を反射し，かつ前記信号光を透過する波長選択性を有する反射手段と，を具備し，前記励起光の前記光非相反素子に対する出射角度が前記第１の角度と一致するように前記第２の角度を設定し，前記光非相反素子の前記第１の端面から出射した前記励起光が前記反射手段により反射されて再び前記光非相反素子に入射することにより，前記信号光と前記励起光は合波されて，前記光ファイバの信号光入射端に入射されるよう構成され，前記光非相反素子により，前記信号光の逆方向に進行する光の伝搬が阻止され，かつ前記励起光の逆方向に進行する光の伝搬が阻止されることを特徴とする光増幅器が提供される。
【００１４】
光非相反素子は例えば，複屈折光学結晶やファラデー回転子等を有するものを採用できる。そして光非相反素子は，入射する光の偏波面の方向によらず入射角と出射角が同一となる第１の端面と，その対向面であり入射する光の偏波面の方向によって出射角が入射角と異なる値を有する第２の端面と，を有する。このような光非相反素子を用いた上記構成によれば，信号光は反射手段を透過し，第１の端面に入射し，第２の端面から出射する。励起光は，第２の端面に入射し，第１の端面から出射した後は第１の端面から反射手段まで信号光と同一の光路を進行し，反射手段で反射された後は反射手段以降の信号光と同一の光路を進行する。すなわち，信号光と励起光は合波される。また，光非相反素子の性質から，信号光に対してアイソレータとして機能し，かつ励起光に対してもアイソレータとして機能する。よって，従来使用していた合・分波器および２つのアイソレータという合計３つの機能を１つの光非相反素子によって果たすことができ，部品の削減，コスト削減を図ることができる。また，前方励起型の構成となるため，低雑音性に優れた光増幅器を提供できる。
【００１５】
その際に，前記反射手段はファイバグレーティングであるようにしてもよく，あるいは誘電体多層膜を有することようにしてもよい。また，前記光ファイバはエルビウムドープ光ファイバおよびラマン増幅用光ファイバの少なくともいずれか一方であるように構成することが好ましい。
【００１６】
さらに，前記光非相反素子は，さらに前記光ファイバにより増幅された信号光が入射され，前記増幅された信号光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止するよう構成されていることが好ましい。かかる構成によれば，増幅された信号光に対してもアイソレータとして機能し，従来使用していた合・分波器および３つのアイソレータという合計４つの機能を１つの光非相反素子によって果たすことができ，さらなる部品の削減，コスト削減を図ることができる。
【００１７】
また，本発明の第３の観点によれば，上記記載の光増幅器の前記光ファイバの信号光出射端側に，後方励起光を入射させる後方励起光導入手段をさらに備えて双方向励起型の構成としたことを特徴とする光増幅器が提供される。
【００１８】
その際に，前記後方励起光導入手段は，前記後方励起光を前記光ファイバにその信号光出射端側から供給すると共に，前記光ファイバで増幅された信号光を前記光増幅器の出射端側へ導波し，前記信号光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止し，かつ前記後方励起光の逆方向に進行する光の伝搬を阻止する１つの光非相反素子を具備するように構成することが好ましい。かかる構成によれば，後方励起の部分においても，前述の前方励起の部分と同様に，従来使用していた合・分波器および２つのアイソレータという合計３つの機能を１つの光非相反素子で果たすことができる。双方向励起型の構成のうち，前方励起と後方励起の両方の部分において，光非相反素子に従来使用していた複数の部品の機能をもたせることができるので，大幅な部品の削減，コスト削減を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００２０】
まず，本発明の実施の形態にかかる光増幅器の主要構成部品である光非相反素子について説明する。図１は本光増幅器で用いられる光非相反素子の一例の構成を示す図である。光非相反素子１００は，２枚のくさび形形状の複屈折光学結晶１０１ａ，１０１ｂを反転対向配置し，複屈折光学結晶１０１ａ，１０１ｂの間にファラデー回転子１０２ａ，１０２ｂを配置した構成を有する。複屈折光学結晶１０１ａ，１０１ｂは，進行する光の偏波面により屈折率が異なる性質を有し，例えばルチル結晶からなる。ファラデー回転子１０２ａ，１０２ｂは，進行する光の偏波面を回転させ，その回転方向は光の進行方向に依存する性質を有し，例えばガーネット結晶からなる。
【００２１】
以上の構成により，光非相反素子１００では，入射光の方向，角度，偏波面により出射光の角度が異なり，光路が異なる。このような性質を有するため，光非相反素子は，アイソレータやサーキュレータとして使用される。以降の説明において，光非相反素子の光軸とは図１に示すファラデー回転子１０２ａ，１０２ｂ端面に垂直なＡＸを指すものとし，光非相反素子を構成する各部材の図示は省略する。なお，本発明に適用可能な光非相反素子は上記例に限定するものではない。
【００２２】
図２は光非相反素子１００の具体的な動作を説明するための図である。図２（ａ）は光非相反素子１００の順方向端面１０４から光軸に平行に光を入射させた場合を示す。入射光は平行光であり，そのビーム径は直径０．２〜０．５ｍｍ程度である。この場合，出射光は逆方向端面１０６から光軸に平行に出射する。すなわち出射光は入射光とに平行に出射する。このように，光非相反素子１００の２つの端面のうち，入射光と出射光が平行になるときの入射側の端面を順方向端面１０４とよぶ。順方向端面１０４からの入射では，任意の偏波面を有する光に対して，入射角と出射角は同一になる。
【００２３】
図２（ｂ）は，光非相反素子１００の順方向端面１０４から光軸に対し角度θをつけて光を斜入射させた場合を示す。この場合，出射光は逆方向端面１０６から光軸に対し角度θをもって出射する。すなわち，出射光は入射光とに平行に出射する。このように，順方向端面１０４から光を入射させた場合は，斜入射の場合も任意の偏波面を有する光に対して，入射角と出射角は同一になる。
【００２４】
図２（ｃ）は，光非相反素子１００の逆方向端面１０６から光軸に対し角度φ１をつけて光を斜入射させた場合を示す。この場合，出射光は順方向端面１０４から光軸に対し角度φ２をもって出射し，入射角φ１と出射角φ２は異なる。すなわち，出射光は入射光と平行にならない。光非相反素子１００では，光が入射する端面が順方向端面１０４か逆方向端面１０６かにより光路が異なる。このように，光非相反素子１００は光の進行方向により光路が異なるという大きな特徴を有する。逆方向端面１０６から入射した場合の出射角φ２は入射角φ１に依存する。また，出射角φ２は光の偏波面にも依存する。したがって実際には，入射角φ１と出射角φ２の関係を一義的に決めるためには入射する光の偏波面を高精度に制御することが必要になる。
【００２５】
入射光の偏波面を所定のものに設定し，入射角φ１を所定の角度に設定することにより，出射角φ２を０にすることができる。図２（ｄ）にこの場合の入射角をφｉとして示す。光非相反素子１００の逆方向端面１０６から所定の入射角φｉで入射した光は，順方向端面１０４から光軸に平行に出射する。図２（ｄ）に示す例では，順方向端面１０４側に反射素子１０８をその反射面が光軸に垂直になるように配置している。この構成により，光非相反素子１００の順方向端面１０４から光軸に平行に出射した光は反射素子１０８で反射され光軸に平行に進行し，再び光非相反素子１００の順方向端面１０４に入射する。この２度目の入射の際の入射光の角度と方向は図２（ａ）で示す場合と同じであるから，２度目の出射では光は逆方向端面１０６から光軸に平行に出射する。その結果，光非相反素子１００の一端から斜入射した光は，同一端から出射し，光軸に平行に進行することになる。
【００２６】
前述のように，光非相反素子１００は光の進行方向により光路が異なるため，前述の各光学系においてアイソレータとしての機能を有する。そこで，図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に例示した光学系を組み合わせることにより，１つの光非相反素子で光増幅器に必要な複数の部品の代用が可能になる。以下，光非相反素子を用いた光増幅器について説明する。
【００２７】
図３は，本発明の第１の実施の形態にかかる前方励起型の光増幅器の構成図である。光増幅器は，光非相反素子１００，３つのコリメータ１１２，１１６，１５０，バンドパスフィルタ１１４，ＥＤＦ１４０，筐体１９０を有する。光非相反素子１００は，円形断面を有する筐体１９０の中央に設置されており，３つのコリメータ１１２，１１６，１５０はそれぞれ，筐体１９０の円周上に光非相反素子１００に対向するよう配置されている。コリメータ１１２，バンドパスフィルタ１１４，光非相反素子１００，コリメータ１１６はこの順に同一光軸を共有するように配置されている。
【００２８】
コリメータ１１２とコリメータ１１６は，光非相反素子１００を中心に光非相反素子１００を挟んで正対する位置に配置されている。光非相反素子１００は順方向端面１０４がコリメータ１１２に対向し，逆方向端面１０６がコリメータ１１６に対向するよう配置されている。コリメータ１５０は光非相反素子１００を中心としてコリメータ１１６側に位置し，図３ではコリメータ１１６の下方に位置する。バンドパスフィルタ１１４はコリメータ１１２と光非相反素子１００の間に共有する光軸に反射面が垂直になるように配置されている。
【００２９】
コリメータ１１２，１１６は，光学的に結合されたファイバとレンズからなり，ファイバ内を伝搬した光を平行光に変換して出射することが可能である。コリメータ１１２の入射端は入力信号ポート１１０と接続されており，コリメータ１１６の出射端はＥＤＦ１４０と接続されている。コリメータ１１２，１１６はここでは信号光を伝搬するよう構成されている。コリメータ１５０はレンズと励起光源としての半導体レーザとを有し，励起光源からの励起光をレンズにより平行光に変換して出射する。なお，コリメータ１５０の位置は，コリメータ１５０から光非相反素子１００への入射光の角度が図２（ｄ）で説明したφｉになるように配置されている。一般に，信号光の偏波面の方向は不揃いであるため，偏波面の方向によらず入射角と出射角が等しくなる順方向端面１０４から信号光を入射させることが好ましい。一方，励起光は直線偏波であるため，入射角と出射角の関係が偏波面の方向に依存する逆方向端面１０６から励起光を入射させる。
【００３０】
バンドパスフィルタ１１４は特定領域の波長の光のみ透過し，それ以外の波長の光は反射する性質を有する波長選択性を有する反射手段である。ここでは，信号光と励起光の波長は異なり，バンドパスフィルタ１１４は信号光を透過し，励起光は反射するよう構成されている。バンドパスフィルタ１１４は例えば光学ガラス部材に誘電体多層膜を成膜したものが考えられる。
【００３１】
ＥＤＦ１４０は信号光を増幅するための光ファイバであり，コア中に不純物としてエルビウムをドーピングしたファイバである。ＥＤＦ１４０の信号光入射端はコリメータ１１６の出射端に接続され，ＥＤＦ１４０の信号光出射端は出力信号ポート１６０に接続されている。
【００３２】
以下，本光増幅器の動作について説明する。入力信号ポート１１０からの信号光はコリメータ１１２から出射され，バンドパスフィルタ１１４を透過した後，光非相反素子１００の順方向端面１０４に光軸に平行に入射する。このときの光非相反素子１００に対する入射光の方向および角度は図２（ａ）と同様である。したがって，光非相反素子１００の逆方向端面１０６から出射する信号光は入射光と平行になり，コリメータ１１２に正対するコリメータ１１６に入射する。
【００３３】
これとは別にコリメータ１５０から平行光となって出射された励起光が光非相反素子１００の逆方向端面１０６に入射角φｉで斜めに入射する。このときの光非相反素子１００に対する入射光の方向および角度は図２（ｄ）と同様である。したがって，励起光は光非相反素子１００の順方向端面１０４から光非相反素子１００の光軸と平行に出射する。そして，励起光はバンドパスフィルタ１１４により反射され，前述の信号光と同様に，光軸と平行に再び光非相反素子１００に入射して透過した後，コリメータ１１６に入射する。
【００３４】
コリメータ１１６に入射した信号光と励起光は，ＥＤＦ１４０に導かれる。励起光はＥＤＦ１４０を励起し，これにより信号光が増幅されて，増幅された信号光は出力信号ポート１６０へ出射される。
【００３５】
上記構成では，光非相反素子１００は，コリメータ１１２からの信号光に対してアイソレータとして機能し，コリメータ１５０からの励起光に対してもアイソレータとして機能し，また，信号光および励起光をコリメータ１１６に入射させる合・分波器として機能している。すなわち，本実施の形態では光非相反素子１００は２つのアイソレータおよび１つの合・分波器の３つの機能を有する。従来であれば，個々に３つの部品が必要であったところが，本実施の形態によれば，１つの光非相反素子１００という部品でよく，構成が容易となりコストを低減できる。また，上記光増幅器は前方励起型であるため，低コスト化とともに低雑音性の向上という効果が得られる。
【００３６】
図４は，本発明の第２の実施の形態にかかる前方励起の光増幅器の構成図である。第１の実施の形態の光増幅器は，図７（ａ）のものと比較した場合，アイソレータ２０ｃに相当するものを含んでいない構成となっている。第２の実施の形態の光増幅器は，この点を改善したものである。
【００３７】
第２の実施の形態の光増幅器は，第１の実施の形態の光増幅器の構成部品に加え，コリメータ１１８，１２２，バンドパスフィルタ１２０を有する。以下，この点に着目して説明を行い，第１の実施の形態の光増幅器と同様の構成，機能，動作については重複説明を省略する。コリメータ１１８，１２２は筐体１９０の円周上に光非相反素子１００に対向し，コリメータ１１８，１２２を結ぶ線が光非相反素子１００の光軸に対して所定の角度を有し，互いに正対するよう配置されている。コリメータ１１８は順方向端面１０４に対向し，コリメータ１２２は逆方向端面１０６に対向するように配置されている。なお，コリメータ１１８から出射される光はバンドパスフィルタ１１４に入射しないように構成されている。
【００３８】
コリメータ１１８，１２２は，コリメータ１１２，１１６と同様に，光学的に結合されたファイバとレンズからなり，ファイバ内を伝搬した光を平行光に変換して出射することが可能である。コリメータ１１８の入射端はＥＤＦ１４０と接続されており，コリメータ１２２の出射端は出力信号ポート１６０と接続されている。コリメータ１１８，１２２はここでは信号光を伝搬するよう構成されている。
【００３９】
バンドパスフィルタ１２０はコリメータ１２２の光非相反素子１００に対向する端面に装着されている。バンドパスフィルタ１２０は信号光を透過し，励起光は反射するよう構成されている。バンドパスフィルタ１２０はバンドパスフィルタ１１４と同様に例えば光学ガラス部材に誘電体多層膜を成膜したものが考えられる。
【００４０】
ＥＤＦ１４０の信号光入射端はコリメータ１１６の出射端に接続され，ＥＤＦ１４０の信号光出射端はコリメータ１１８の入射端に接続されている。
【００４１】
以下，本光増幅器の動作について説明する。第１の実施の形態の光増幅器と同様に，入力信号ポート１１０からの信号光はコリメータ１１２，バンドパスフィルタ１１４，光非相反素子１００，コリメータ１１６を経由してＥＤＦ１４０に入射する。また，コリメータ１５０からの励起光は光非相反素子１００，バンドパスフィルタ１１４，光非相反素子１００，コリメータ１１６を経由してＥＤＦ１４０に入射する。励起光はＥＤＦ１４０を励起し，これにより信号光が増幅されて，増幅された信号光はコリメータ１１８に入射する。
【００４２】
コリメータ１１８から出射された信号光は光非相反素子１００の順方向端面１０４に光軸に対して所定の角度をもつよう斜入射する。このときの光非相反素子１００に対する入射光の方向および角度は図２（ｂ）と同様である。したがって，光非相反素子１００の逆方向端面１０６から出射する信号光は入射光と平行になり，コリメータ１１８に正対するコリメータ１２２に向かい，バンドパスフィルタ１２０を経由してコリメータ１２２に入射する。そして増幅された信号光は出力信号ポート１６０へ出射される。
【００４３】
上記構成では，光非相反素子１００は，コリメータ１１２からの信号光，コリメータ１５０からの励起光，およびコリメータ１１８からの信号光に対してアイソレータとして機能し，また，信号光および励起光をコリメータ１１６に入射させる合・分波器として機能している。すなわち，図４に示す光増幅器は図７（ａ）のものと等価の光回路を構成しており，本実施の形態では光非相反素子１００は３つのアイソレータおよび１つの合・分波器の４つの機能を有する。本実施の形態によれば，従来であれば個々に４つの部品が必要であったところが，１つの光非相反素子１００という部品でよく，構成が容易となりコストを低減できる。
また，上記光増幅器は前方励起であるため，低コスト化とともに低雑音性の向上という効果が得られる。
【００４４】
図５は，本発明の第３の実施の形態にかかる前方励起の光増幅器の構成図である。本実施の形態は，第１の実施の形態で用いていたバンドパスフィルタ１１４に代わり，ファイバグレーティング１２４を反射手段として用いたものである。
以下，この点に着目して説明を行い，第１の実施の形態の光増幅器と同様の構成，機能，動作については重複説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の光増幅器では，入力信号ポート１１０とコリメータ１１２の間にファイバグレーティング１２４が設けられている。ファイバグレーティング１２４はファイバ自身に周期的に屈折率の変化をもたらすことにより，ファイバ内部にバンドパスフィルタと同等の機能をもたせたものである。第１の実施の形態で用いていたバンドパスフィルタ１１４は本実施の形態の光増幅器には用いられず，コリメータ１１２を出射した光は直接光非相反素子１００に入射する。
【００４６】
以下，本光増幅器の動作について説明する。入力信号ポート１１０からの信号光はファイバグレーティング１２４を透過した後，コリメータ１１２から出射され，光非相反素子１００の順方向端面１０４に光軸に平行に入射して逆方向端面１０６から光軸と平行に出射してコリメータ１１６に入射する。
【００４７】
これとは別にコリメータ１５０から出射された励起光は光非相反素子１００の逆方向端面１０６に入射角φｉで斜めに入射した後，光非相反素子１００の順方向端面１０４から光軸と平行に出射する。そして励起光はコリメータ１１２を経由してファイバグレーティング１２４で反射されて，再びコリメータ１１２を経由して光非相反素子１００の順方向端面１０４から光非相反素子１００の光軸と平行に出射してコリメータ１１６に入射する。以後の動作は第１の実施の形態の光増幅器と同様であるため重複説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態によれば，第１の実施の形態と同様に低コスト化と低雑音性の向上という効果が得られ，さらに，ファイバグレーティングを用いていることにより，実装が容易となり，かつ励起光を高効率に反射できるという効果が得られる。
【００４９】
なお，本実施の形態で用いた反射手段としてのファイバグレーティングを第２の実施の形態の光増幅器に適用することも可能である。
【００５０】
図６は，本発明の第４の実施の形態にかかる光増幅器の構成図である。本実施の形態では２つの光非相反素子を用いて双方向励起型の光増幅器を構成している。光増幅器は，大別して前方励起の構成を有する前方励起ユニット２００ａ，後方励起の構成を有する後方励起ユニット２００ｂ，両ユニットの間に配置されたＥＤＦ１４０からなる。
【００５１】
前方励起ユニット２００ａは，光非相反素子１００ａ，３つのコリメータ１１２ａ，１１６ａ，１５０ａ，バンドパスフィルタ１１４ａ，プリズム１２６ａ，筐体１９０ａを有する。後方励起ユニット２００ｂは，光非相反素子１００ｂ，３つのコリメータ１１２ｂ，１１６ｂ，１５０ｂ，バンドパスフィルタ１１４ｂ，プリズム１２６ｂ，筐体１９０ｂを有する。光非相反素子１００ａ，１００ｂは前述の光非相反素子１００と同様の構成を有し，コリメータ１１２ａ，１１２ｂ，１１６ａ，１１６ｂはコリメータ１１２，１１６と同様の構成を有し，コリメータ１５０ａ，１５０ｂはコリメータ１５０と同様にレンズと励起光源としての半導体レーザとを有し，バンドパスフィルタ１１４ａ，１１４ｂはバンドパスフィルタ１１４と同様の構成を有する。
【００５２】
前方励起ユニット２００ａにおいて，光非相反素子１００ａは，矩形断面を有する筐体１９０ａの中央に設置されている。コリメータ１１２ａは筐体１９０ａの一側に，コリメータ１１６ａ，１５０ａは前記一側に対向する筐体１９０ａの他側に，それぞれ光非相反素子１００ａに対向するよう配置されている。コリメータ１１２ａ，バンドパスフィルタ１１４ａ，光非相反素子１００ａ，コリメータ１１６ａはこの順に同一光軸を共有するように配置されている。
【００５３】
コリメータ１１２ａが光非相反素子１００ａの順方向端面１０４ａに対向し，コリメータ１１６ａが逆方向端面１０６ａに対向するよう配置されている。バンドパスフィルタ１１４ａはコリメータ１１２ａと光非相反素子１００ａの間に共有する光軸に反射面が垂直になるように配置されている。以上のコリメータ１１２ａ，１１６ａ，バンドパスフィルタ１１４ａに関する構成は図３に示す第１の実施の形態と同様であるが，本実施の形態ではコリメータ１５０ａから光非相反素子１００ａへの励起光の入射方法に関する構成が第１の実施の形態と異なる。
【００５４】
第１の実施の形態では，コリメータ１５０を光軸に対して傾けて配置することにより，励起光を光非相反素子１００に斜入射させている。本実施の形態では，コリメータ１５０ａからの出射方向が光軸と平行になるように，コリメータ１５０ａはコリメータ１１６ａと並列に配置されている。そして，コリメータ１５０ａと光非相反素子１００の間にプリズム１２６ａを配置している。図６ではプリズム１２６ａは平行四辺形状のものを図示しているが，これに限定するものではない。プリズム１２６ａにより光路は折り曲げられ，励起光が光非相反素子１００の逆方向端面１０６に入射角φｉで斜入射する。このように，プリズム１２６ａを配置することにより，光非相反素子１００とコリメータ１５０ａ間の距離が短くても，コリメータ１５０ａはコリメータ１１６ａとの間隔を広くとることができる。なお，コリメータ１５０ａは必ずしも出射方向が光軸と平行になるように配置する必要はなく，若干の角度をもたせてもよい。
【００５５】
コリメータ１１２ａの入射端は入力信号ポート１１０に接続されており，コリメータ１１６ａの出射端はＥＤＦ１４０の信号光入射端に接続されている。ＥＤＦ１４０の信号光出射端は後方励起ユニット２００ｂに接続されている。
【００５６】
後方励起ユニット２００ｂにおいて，光非相反素子１００ｂは，矩形断面を有する筐体１９０ｂの中央に設置されている。コリメータ１１２ｂは筐体１９０ｂの一側に，コリメータ１１６ｂ，１５０ｂは前記一側に対向する筐体１９０ｂの他側に，それぞれ光非相反素子１００ｂに対向するよう配置されている。コリメータ１１２ｂ，光非相反素子１００ｂ，バンドパスフィルタ１１４ｂ，コリメータ１１６ｂはこの順に同一光軸を共有するように配置されている。
【００５７】
コリメータ１１２ｂが光非相反素子１００ｂの順方向端面１０４ｂに対向し，コリメータ１１６ｂが逆方向端面１０６ｂに対向するよう配置されている。バンドパスフィルタ１１４ｂは光非相反素子１００ａとコリメータ１１６ｂの間に共有する光軸に反射面が垂直になるように配置されている。また，前方励起ユニット２００ａにおけるコリメータ１５０ａと同様に，コリメータ１５０ｂはコリメータ１１６ｂと並列に配置され，コリメータ１５０ｂと光非相反素子１００ｂの間には光路折り曲げ用のプリズム１２６ｂが配置されている。コリメータ１１６ｂの出射端は出力信号ポート１６０に接続されている。
【００５８】
以下，本光増幅器の動作について説明する。前方励起ユニット２００ａにおける動作は第１の実施の形態の光増幅器と同様である。入力信号ポート１１０からの信号光はコリメータ１１２ａ，バンドパスフィルタ１１４ａ，光非相反素子１００ａ，コリメータ１１６ａを経由してＥＤＦ１４０に入射する。これとは別に，コリメータ１５０ａからの励起光はプリズム１２６ａを介して光非相反素子１００ａへ斜入射し，光非相反素子１００ａから光軸に平行に出射した後，バンドパスフィルタ１１４ａで反射された後，信号光と同じ経路を同方向に進行して光非相反素子１００を透過し，コリメータ１１６ａを経由してＥＤＦ１４０に入射する。
【００５９】
またこれらとは別に，後方励起ユニット２００ｂのコリメータ１５０ｂからの励起光はプリズム１２６ｂを介して光非相反素子１００ｂへ斜入射し，光非相反素子１００ｂから光軸に平行に出射して，コリメータ１１２ｂを経由してＥＤＦ１４０に入射する。前方励起ユニット２００ａのコリメータ１５０ａからの励起光と，後方励起ユニット２００ｂのコリメータ１５０ｂからの励起光はＥＤＦ１４０を励起し，これにより信号光が増幅されて，増幅された信号光はコリメータ１１２ｂに入射する。増幅された信号光はコリメータ１１２ｂから出射した後，光軸に平行に進行して，光非相反素子１００ｂ，バンドパスフィルタ１１４ｂを透過してコリメータ１１６ｂを経由して増幅された信号光は出力信号ポート１６０へ出射される。
【００６０】
上記構成では，光非相反素子１００ａは，コリメータ１１２ａからの信号光，コリメータ１５０ａからの励起光に対してアイソレータとして機能し，また，信号光および励起光をコリメータ１１６ａに入射させる合・分波器として機能している。また，光非相反素子１００ｂは，コリメータ１１２ｂからの信号光，コリメータ１５０ｂからの励起光に対してアイソレータとして機能し，また，信号光をコリメータ１１６ｂに入射させると共に励起光をＥＤＦ１４０に導波する合・分波器として機能している。すなわち，図６に示す光増幅器は図７（ｃ）のものと等価の光回路を構成しており，本実施の形態では２つの光非相反素子１００ａ，１００ｂによって４つのアイソレータおよび２つの合・分波器の６つの機能を果たす。本実施の形態によれば，従来であれば個々に６つの部品が必要であったところが，２つの光非相反素子だけでよく，構成が容易となりコストを大幅に低減できる。さらに，本実施の形態では光路折り曲げ用のプリズム１２６ａ，１２６ｂを用いることにより，光非相反素子と周辺のコリメータの空間を減縮でき，光増幅器のコンパクト化が可能になる。
【００６１】
前述の実施の形態では，増幅用の光ファイバとしてＥＤＦを用いた例を説明したが，ＥＤＦに代わり，ラマン散乱を利用したラマン増幅用の光ファイバを用いてもよい。あるいは，ＥＤＦとラマン増幅用の光ファイバを併用することも可能である。
【００６２】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６３】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，低雑音性を確保した上で，部品数が低減され，構成が容易となり，低コスト化が可能な光増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光非相反素子の模式的な構成図である。
【図２】図１の光非相反素子の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光増幅器の構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光増幅器の構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光増幅器の構成図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る光増幅器の構成図である。
【図７】従来の光増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１０，１１０　　　　入力信号ポート
２０ａ，２２ａ，２４ａ　　　　アイソレータ
３０ａ　　　　合・分波器
４０，１４０　　　　ＥＤＦ
５０ａ　　　　励起光源
６０，１６０　　　　出力信号ポート
１００　　　　光非相反素子
１０１ａ，１０１ｂ　　　　複屈折光学結晶
１０２ａ，１０２ｂ　　　　ファラデー回転子
１０４　　　　順方向端面
１０６　　　　逆方向端面
１１２，１１６，１５０，１１８，１２２　　　　コリメータ
１１４，１２０　　　　バンドパスフィルタ
１２４　　　　ファイバグレーティング
１２６ａ，１２６ｂ　　　　プリズム
１９０　　　　筐体
２００ａ　　　　前方励起ユニット
２００ｂ　　　　後方励起ユニット
【図１】
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【図２】
2004031477.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004031477.tif 000006
【図５】
2004031477.tif 000007
【図６】
2004031477.tif 000008
【図７】
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