(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバ増幅器の構成要素をモジュール化し、小型かつ低価格にして高性能な光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】光信号を増幅する光ファイバ増幅器１において、励起モジュール１２と、増幅ファイバモジュール１３と、モニターモジュール１４とから構成され、励起モジュールの出力ファイバと増幅ファイバモジュールの入力ファイバとが接続され、増幅ファイバモジュールの出力ファイバとモニターモジュールの入力ファイバとが接続されてなり、これらのモジュールをコンパクトに一個のパッケージに収容する。【選択図】図２
2004186609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の増幅媒体に光増幅ファイバを用い、該光増幅ファイバに励起光を合波して光信号を増幅する光ファイバ増幅器において、少なくとも光信号の入力端子、励起光源、並びに両者を合波する合波フィルタ、合波した光波の出力端子を一個のパッケージに収容し入出力ファイバを備えた励起モジュールと、少なくとも光増幅ファイバを一個のパッケージに収容し、入出力ファイバを備えた増幅ファイバモジュールと、少なくとも増幅された光信号の入力端子、出力端子、光信号の一部を分離するための分配フィルタ、分配された光信号の受光器を一個のパッケージに収容し入出力ファイバを備えたモニターモジュールとから構成され、励起モジュールの出力ファイバと増幅ファイバモジュールの入力ファイバとが接続され、増幅ファイバモジュールの出力ファイバとモニターモジュールの入力ファイバとが接続されてなり、これらのモジュールが一個のパッケージに収容されてなることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
励起モジュールにおいて、励起光源、光信号入力端子、合波出力端子の光結合が空間結合されており、これらの内二つの光学素子を結ぶ光軸（主光軸と称する）に対して残りの光学素子の光軸（副光軸と称する）が２０度以下の角度で交差しているモジュールであって、この交差点に設置された合波フィルタが誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする請求項１記載の励起モジュール。
【請求項３】
励起モジュールにおいて、各光素子並びに入出力端子は、予めこれらを収容する基材の所定の位置に固定されており、主光軸と副光軸の交差点において交差角に対して半分の角度となる様設置されたフィルタ素子が、主光軸に対して直角方向に微動可能な台座に設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の励起モジュール。
【請求項４】
モニターモジュールにおいて、受光器、増幅された光信号の入力端子、出力端子の光結合が空間結合されており、これらの内二つの光学素子を結ぶ光軸（主光軸と称する）に対して残りの光学素子の光軸（副光軸と称する）が２０度以下の角度で交差しているモジュールであって、この交差点に設置された分配フィルタが誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする請求項１記載のモニターモジュール。
【請求項５】
モニターモジュールにおいて、各光素子並びに入出力端子は、予めこれらを収容する基材に固定されており、主光軸と副光軸の交差点において交差角に対して半分の角度となる様設置されたフィルタ素子が、主光軸に対して直角方向に微動可能な台座に設置されていることを特徴とする特許請求項１または請求項４記載のモニターモジュール。
【請求項６】
増幅ファイバモジュールが、光増幅ファイバを周回状に巻いたものを、金属と樹脂とが層状に重なるラミネートフィルムで気密シールしたものであることを特徴とする請求項１記載の増幅ファイバモジュール。
【請求項７】
励起モジュール、モニターモジュール、増幅モジュールとがこれを収容するパッケージに対して、その厚さ方向に積層されて収容されてなることを特徴とする特許請求項１記載の光ファイバ増幅器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅媒体に光増幅ファイバを用いた光ファイバ増幅器において、小型かつ低価格にして高性能な光ファイバ増幅器の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ネットワークが中継系からメトロ、アクセス系へと拡大するために小型にして低価格な光ファイバ増幅器が望まれている。
【０００３】
従来の光ファイバ増幅器は、光ファイバの最低損失波長帯で光増幅機能を有するＥｒ（エルビウム）添加した光ファイバを増幅媒体として、長距離中継系伝送システムにおいて、高密度波長多重伝送に応用することを目的とした装置であった。これは、多数の波長の光信号を一括して増幅する装置に用いるものであり、高性能、高信頼であるが、高価格であった。
【０００４】
光ネットワークが、高密度波長多重伝送を行う長距離中継系から、加入者に対して直接的にかかわるメトロ、アクセス系へと拡大するにつれて、光ファイバ増幅器には、中継系とは異なる用途で多量な使用が見込まれている。例えば、ネットワークのノードで特定波長の光信号を別のネットワークに引き落とし、そのネットワークから同一波長の光信号をもとのノードに入力するアドドロップマルチプレクサにおいて光信号の増幅用として多量の使用が見込まれている。そのため、高性能で小型かつ低価格の光ファイバ増幅器の開発が強く望まれていた。これに対して、従来型の光ファイバ増幅器は構造が複雑でアセンブリに多くの手間がかかり、小型低価格化にはとても対応できないものであった。
【０００５】
光ファイバ増幅器の基本的構成要素は、光信号の入力ファイバに対して、励起レーザ、励起光を合波して光増幅ファイバに入力するための合波器、増幅された光信号の一部を分岐するためのフィルタ、分岐された光信号をモニターするための受光器である。
【０００６】
これに、戻り光を阻止するための光アイソレータ、増幅特性の波長依存性を低減するためのゲイン等価器、励起光やＡＳＥ光を除去するための分波フィルタ、等が付加されている。
【０００７】
従来の光ファイバ増幅器では、励起レーザ、アイソレータ、合分波器等の構成部品は個別部品であり、これらの部品には入出力ファイバが接続されており、増幅器の構成はこれらのファイバを次々と接続して組み立てられるものであった。従って、個別部品を収容するためやファイバの接続点が極めて多いことから接続補強部の収容やファイバ間の余長処理のため、増幅器の小型化は極めて困難であった。また、必然的にアセンブリが煩雑であり、そのため低価格化は殆ど不可能であった。
【０００８】
これに対して、  内部に、光学部品の一部がそれぞれ搭載されるように相互離隔して配置され、その外周にＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒが巻かれ、ネック部材とを具備内部に光ファイバー増幅器が配置できるハウジングが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、光学部品は依然として個別部品であることが示されており、モジュール化が行われていない。そのため、アセンブリ工程は改善されるものの十分にコンパクトに構成することは不可能であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０３１１４号公報
【００１０】
一方、個別のレンズ等のバルク型部品を用いて空間光結合を利用した光ファイバ増幅器の形成も可能である。しかし、従来はこれらバルク部品の寸法、性能等が十分ではなく、空間結合型では十分な性能の増幅器が得られなかった。しかしながら、近年モールド法による小型レンズの成形技術、光ファイバ先端を直接レンズに成形する研磨技術等、いわゆるマイクロオプティクス技術が発展している。これらは、マイクロレンズ等を用いて光空間結合による技術であり、光送受信モジュール等に実用化されているように、十分成熟した技術である。このようなマイクロオプティクス技術を用い、光増幅媒体に基板上に形成された光導波路による光増幅器を構成する試みもなされている。しかしながら、光増幅用媒体の特性が必ずしも優れたものではないため、これまで実用的なものは開発されていなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光ファイバ増幅器の構成要素をモジュール化し、小型かつ低価格にして高性能となる点を解決しな光ファイバ増幅器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための具体的手段】
本発明は、光信号の増幅媒体に光増幅ファイバを用い、該光増幅ファイバに励起光を合波して光信号を増幅する光ファイバ増幅器において、少なくとも光信号の入力端子、励起光源、並びに両者を合波する合波フィルタ、合波した光波の出力端子を一個のパッケージに収容し入出力ファイバを備えた励起モジュールと、少なくとも光増幅ファイバを一個のパッケージに収容し、入出力ファイバを備えた増幅ファイバモジュールと、少なくとも増幅された光信号の入力端子、出力端子、光信号の一部を分離するための分配フィルタ、分配された光信号の受光器を一個のパッケージに収容し入出力ファイバを備えたモニターモジュールとから構成され、励起モジュールの出力ファイバと増幅ファイバモジュールの入力ファイバとが接続され、増幅ファイバモジュールの出力ファイバとモニターモジュールの入力ファイバとが接続されてなり、これらのモジュールが一個のパッケージに収容されてなることを特徴とする光ファイバ増幅器である。
【００１３】
励起モジュールにおいては、励起光源、光信号入力端子、合波出力端子の光結合が空間結合されており、これらの内二つの光学素子を結ぶ光軸（主光軸と称する）に対して残りの光学素子の光軸（副光軸と称する）が２０度以下の角度で交差しているモジュールであって、この交差点に設置された合波フィルタが誘電体多層膜で構成されていることを特徴とするものであり、各光素子並びに入出力端子は、予めこれらを収容する基材の所定の位置に固定されており、主光軸と副光軸の交差点において交差角に対して半分の角度となる様設置されたフィルタ素子が、主光軸に対して直角方向に微動可能な台座に設置されている。
【００１４】
また、モニターモジュールにおいては、受光器、増幅された光信号の入力端子、出力端子の光結合が空間結合されており、これらの内二つの光学素子を結ぶ光軸（主光軸と称する）に対して残りの光学素子の光軸（副光軸と称する）が２０度以下の角度で交差しており、交差点に設置された分配フィルタが誘電体多層膜で構成されているものであり、各光素子並びに入出力端子は、予めこれらを収容する基材に固定されており、主光軸と副光軸の交差点において交差角に対して半分の角度となる様設置されたフィルタ素子は、主光軸に対して直角方向に微動可能な台座に設置されている。
【００１５】
また、増幅ファイバモジュールは、光増幅ファイバを周回状に巻いたものを、金属と樹脂とが層状に重なるラミネートフィルムで気密シールしたものであり、これらの励起モジュール、モニターモジュール、増幅モジュールとがこれを収容するパッケージに対して、その厚さ方向に積層されて収容されてなるものであり、小型かつ低価格にして高性能な光ファイバ増幅器モジュールを提供が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
光ファイバ増幅器の構成例を図１に示す。基本的構成要素は、光増幅ファイバ（５）、励起光源（４）、励起光合波フィルタ（７）、分配フィルタ（８）、受光器（６）、であり、受光器の信号は、制御電子回路（１１）を介して励起光源にフィードバックされる。これらとアイソレータ（９）、ゲイン等価器（１０）で構成される。他に励起光やＡＳＥ光を除去するための分波フィルタ、等が付加されることがある。従来の光ファイバ増幅器では、構成部品は個別部品であり、個別部品それぞれには入出力ファイバが接続されている。アセンブリは各個別部品の入出力ファイバを接続補強してなされる。
【００１７】
図２は、光ファイバ増幅器を、励起モジュール（１２）、光増幅ファイバモジュール（１３）、モニターモジュール（１４）、のようにモジュール化したものである。励起、モニターモジュールは空間光結合を採用することにより種々の部品を一個のパッケージに収容している。
【００１８】
そのため、モジュールは極めて小型化することができる。アセンブリは励起モジュールの出力ファイバと増幅モジュールの入力ファイバ、増幅モジュールの出力ファイバとモニターモジュールの入力ファイバを接続する。接続の方法は融着が好ましい。即ち、ファイバの接続部は（１６ａ）、（１６ｂ）の最低限の２箇所であり、接続個所とファイバの余長を最小限にすることができる。そのため、本発明による光ファイバ増幅器では、アセンブリが極めて容易であり、パッケージも極めて小型化ができる。
【００１９】
図３は、励起モジュールの構成を示したものである。励起ＬＤ（４）と出力端子（１２ｄ）で主軸を構成し、光信号の入力端子（１２ｅ）の光軸を副軸としており、これらの素子はパッケージの予め決められた位置に固定している。主軸と副軸の交差角は１６度で、光軸の交差点に合波フィルタ（７）を設置したものであり、フィルタは誘電体多層膜フィルタで構成されている。フィルタは、主軸と直角方向に微動可能な台座に載せてある。台座を主光軸に対して直角方向に微動させることにより、フィルタ面は主軸方向に対しては角度をもっているため、点線で示すように、フィルタ位置が主軸方向と平行に移動する。これによって主軸と副軸との光軸合わせが微調整可能となり、フィルタの位置のみを調整することにより光軸合わせを高精度かつ簡便におこなうことができる。
【００２０】
本発明の励起ＬＤ（４）では、ＴＯキャンパッケージ品を使うことができる。この場合、光ファイバ増幅器の性能に合わせて最適のＬＤを用いることが容易になる。即ち、同一のパッケージを用いながら励起ＬＤ（４）を変えることにより種々の性能特性を有する光ファイバ増幅器の構成が容易に可能となる。
【００２１】
合波フィルタ（７）に誘電体多層膜を用いることにより、従来の溶融ファイバカップラに比べて、損失が同程度であるが、高精度の波長特性の合波が可能となる。また、交差角を２０度以下にすることにより偏波依存性をなくすことができる。交差角は小さい方が偏波依存性の低減には有利であるが、パッケージが長くなってしまうので６度以上にとるのが実際的である。この角度以下になると部品と光軸の干渉等が生じやすく、また、パッケージ全長も長くなりやすい。即ち、このように偏波依存性が低く、受信感度等の低減を防止できるため、伝送速度が１０Ｇｂ／ｓ以上と高速になった場合にも対応が可能となる。
【００２２】
モニターモジュールでは、副軸上に光アイソレータ（９）を実装しているが、空間光結合であるためトレランスが大きく実装は容易である。
【００２３】
従来、空間結合をベースとし、かつ幾つかの機能を集積した励起モジュールはなく、本発明によるもののように小型化したものは存在しなかった。これにより、光ファイバ増幅器のアセンブリが著しく容易になった。また、パッケージをハーメチックシールしているため、信頼性がきわめて高い。また、パッケージの外形は２０ｘ３０ｘ７ｍｍ程度と極めて小型に構成できる。
【００２４】
図４は、モニターモジュールの構成を示したものである。この例では、受光ＰＤ（６）と入力端子（１４ｄ）で主軸を構成し、光信号の出力端子（１４ｅ）の光軸を副軸としており、これらの素子はパッケージの予め決められた位置に固定している。主軸と副軸の交差角は、たとえば１６度であり、光軸の交差点に分配フィルタ（８）を設置したものであり、分配フィルタ（８）は誘電体多層膜である。フィルタは、主軸と直角方向に微動可能な台座に載せてある。台座を主光軸に対して直角方向に微動させることにより、フィルタ面は主軸方向に対しては角度をもっているため、点線で示すように、フィルタ位置が主軸方向と平行に移動する。これによって主軸と副軸と微調な光軸合わせが可能となり、フィルタの位置のみを調整することにより光軸合わせを高精度かつ簡便におこなうことができる。
【００２５】
分配フィルタに多層膜を用いることにより、従来の溶融ファイバカップラに比べて、損失が同程度であるが、高精度の波長特性の合波が可能となる。また、交差角を２０度以下にすることにより偏波依存性をなくすことができる。即ち、受信感度等の低減を防止できるため、伝送速度が１０Ｇｂ／ｓ以上と高速になった場合にも対応が可能となる。
【００２６】
分配フィルタ（８）が誘電体多層膜で構成されているため、波長特性や透過率の制御性が高精度となり、増幅した光信号の受光ＰＤ６への分配率はｃバンド全域で、２＋／−０．２％である。
【００２７】
従来、空間結合をベースとして、かつ幾つかの機能を集積したモニターモジュールは無く、本発明による実施例のように小型化したものは存在しなかった。これにより、光ファイバ増幅器のアセンブリが著しく容易になった。また、、パッケージをハーメチックシールしているため、信頼性はきわめて高い。パッケージの外形は２０ｘ３０ｘ７ｍｍ程度であり極めて小型である。
【００２８】
図５は、本発明により構成した光ファイバ増幅器である。ファイバの接続部は励起モジュール（１２）と光増幅ファイバモジュール（１３）、光増幅ファイバモジュール（１３）とモニターモジュール（１４）の間の２箇所のみであり、接続個所とファイバの余長を最小限にすることができる。
【００２９】
光増幅モジュール（１３）と励起・モニターモジュール（１２）、（１４）とは積層して配置している。
【００３０】
また、光増幅モジュール（１３）は、０．５モル％のＥｒを添加した長さ６０ｃｍのフッ化物増幅ファイバを周回状に巻いて、これを金属ラミネートフィルムで気密シールしたものを用いている。
【００３１】
光増幅ファイバには、シリカ系ファイバでも良いが、より高濃度にＥｒを添加できるフッ化物光ファイバを用いることにより、ファイバの全長を少なくとも１０分の１以下で同等の性能が発揮できる。従って、フッ化物光ファイバを用いることによりさらにコンパクト化がはかれる。
【００３２】
光増幅モジュール（１３）は小型化を図るため、ラミネートフィルムで気密シールした薄いものである。光増幅ファイバもモジュール化して収容しているため、取り扱いが極めて容易であり、本実施例で示したように薄型のパッケージとすることができる。これにより、光増幅モジュールを励起・モニターモジュールと２階建ての方法で収容する事ができるので、光ファイバ増幅器（１）のパッケージの大きさを、厚さを増すことなく平面寸法を低減できる。
【００３３】
これによって、光ファイバ増幅器のパッケージ外寸を４５ｘ７０ｘ１２ｍｍ程度とすることができた。
【００３４】
これは、従来のこの種の増幅器に比較して外形寸法が１／５から１／２となっており、著しく小型化が可能となった。
【００３５】
また、Ｃバンド全域にわたって少信号入力に対し、ゲインが２０ｄＢ以上、また雑音指数５ｄＢ以下の性能が得られた。さらに、フッ化物増幅ファイバを用いていることからゲイン等価器を用いることなくＣバンド全域でゲイン偏差が２ｄＢ以内になった。このように、小型でありながら極めて性能の優れた光ファイバ増幅器が構成できた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の方法により、光ファイバ増幅器の構成部品を励起モジュール、光増幅モジュール、モニターモジュールとモジュール化することにより、
１）光ファイバの接続点が減り、余長処理が減ったことから、組み立てが極めて容易になった。
２）光ファイバ増幅器の著しい小型化が可能となった。
３）フィルタに誘電体多層膜を使うことにより、
▲１▼合分波特性、透過特性の高精度制御が可能となった。
▲２▼偏波依存性を低減できた。
４）フィルタを主軸に直角に微動できる台座に載せることにより、副軸の光軸合わせが高精度かつ簡便になった。
５）ＴＯキャンＬＤを使うことにより増幅器に最適なＬＤの設定が容易になった。
結果的に、小型かつ低価格にして高性能な光ファイバ増幅器を構成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の光ファイバ増幅器の構成例である。実線は光ファイバによる結線を、破線は電気回路による結線を示している。
【図２】図２は、本発明の光ファイバ増幅器の構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の励起モジュールの構成を示す図であり（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】図４は、本発明のモニターモジュールの構成を示す図であり（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】図５は、本発明の光ファイバ増幅器組構成を示す図である。
【符号の説明】
１          光ファイバ増幅器
２          光信号入力端子
３          光信号出力端子
４          励起ＬＤ
５          光増幅ファイバ
６          受光ＰＤ
７          合波フィルタ
８          分配フィルタ
９          光アイソレータ
１０      ゲイン等価器
１１      制御電子回路
１２      励起モジュール
１２ａ    レンズ
１２ｂ    レンズ
１２ｃ    スリーブ
１２ｄ    出力端子
１２ｅ    信号入力端子
１３      光増幅ファイバモジュール
１４      モニターモジュール
１４ａ    レンズ
１４ｂ    レンズ
１４ｃ    スリーブ
１４ｄ    光信号入力端子
１４ｅ    光信号出力端子
１５      電子モジュール
１６ａ、ｂ    ファイバ接続部
１７      アセンブリ基板
１８      電気コネクタ
【図１】
2004186609.tif 000003
【図２】
2004186609.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004186609.tif 000006
【図５】
2004186609.tif 000007