(57)【要約】【課題】  出力特性の向上が図られ、経済的であり、集積度が高い光増幅装置及び半導体光増幅器を提供する。【解決手段】  半導体光増幅器４２０は、基板４２２と、基板４２２の上に積層され、ポンプ光を生成するための第１の活性層４２４と、第１の活性層４２４に結合されるように基板４２２の上に積層され、ポンプ光によって利得固定され、入力光信号を増幅するための第２の活性層４２６と、第１及び第２の活性層４２４，４２６の境界に隣接するように基板４２２の上部に形成され、第１の活性層４２４で生成されたポンプ光の一部を第２の活性層４２６に透過させ、その残りのポンプ光を反射させるための格子４４０と、を含む。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に積層され、ポンプ光を生成する第１の活性層と、
前記第１の活性層に結合されるように前記基板の上に積層され、前記ポンプ光によって利得固定され、入力光信号を増幅するための第２の活性層と、
前記第１及び第２の活性層の境界に隣接するように前記基板の上部に形成され、前記第１の活性層で生成されたポンプ光の一部を前記第２の活性層に透過させ、その残りのポンプ光を反射させるための格子と、
を備えることを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】
前記格子は、前記第１の活性層の下方に配置されること
を特徴とする請求項１記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
前記半導体光増幅器の第１の端面にコーティングされた低反射層と、前記半導体光増幅器の第２の端面にコーティングされた無反射層と、をさらに備えること
を特徴とする請求項１記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
前記第１の活性層は、１４００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長を有するポンプ光を生成すること
を特徴とする請求項１記載の半導体光増幅器。
【請求項５】
前記格子は、前記第１の活性層の発振波長を安定化させること
を特徴とする請求項４記載の半導体光増幅器。
【請求項６】
入力光信号をラマン増幅して出力するための光ファイバーと、
前記光ファイバーにポンプ光を供給し、前記ラマン増幅された光信号を増幅して出力するための半導体光増幅器と、
を備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項７】
前記光ファイバーは、分散補償光ファイバー又は単一モード光ファイバーを含むこと
を特徴とする請求項６記載の光増幅装置。
【請求項８】
前記半導体光増幅器は、利得固定されていること
を特徴とする請求項６記載の光増幅装置。
【請求項９】
前記半導体光増幅器は、
基板と、
前記基板の上に積層され、ポンプ光を生成する第１の活性層と、
前記第１の活性層に結合されるように前記基板の上に積層され、前記ポンプ光によって利得固定され、ラマン増幅された入力光信号を増幅して出力する第２の活性層と、
前記第１及び第２の活性層の境界に隣接するように、前記基板の上部に形成され、前記第１の活性層で生成されたポンプ光の一部を前記第２の活性層に透過させ、その残りのポンプ光を反射させる格子と、を備え、
前記第２の活性領域は、前記透過されたポンプ光によって利得固定され、前記反射されたポンプ光は、前記光ファイバーに供給されること
を特徴とする請求項６記載の光増幅装置。
【請求項１０】
前記半導体光増幅器の第１の端面にコーティングされた低反射層と、前記半導体光増幅器の第２の端面にコーティングされた無反射層と、をさらに備えること
を特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
【請求項１１】
前記第１の活性層は、１４００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長を有するポンプ光を生成すること
を特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
【請求項１２】
前記格子は、前記第１の活性層の発振波長を安定化させること
を特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
【請求項１３】
前記第１の活性層は、前記ラマン増幅された光信号の波長よりも短い発振波長を有すること
を特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
【請求項１４】
前記ラマン増幅された光信号は、前記第１の活性層で吸収されずに、前記第２の活性層に入力されること
を特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
【請求項１５】
前記透過されたポンプ光は、前記第２の活性層の利得波長よりも短い波長を有すること
を特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２の活性層の上に積層されるクラッドをさらに備えること
を特徴とする請求項９記載の光増幅装置。
【請求項１７】
分散補償光ファイバーと、
半導体光増幅器と、
光信号をラマン増幅するために前記分散補償光ファイバーに結合される第１の光源と、前記半導体光増幅器の利得を固定するための第２の光源と、
を備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項１８】
前記第１の光源は、１４００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長を有する第１のポンプ光を出力すること
を特徴とする請求項１７記載の光増幅装置。
【請求項１９】
前記第２の光源は、１４００ｎｍ〜１５００ｎｍ波長を有する第２のポンプ光を出力すること
を特徴とする請求項１７記載の光増幅装置。
【請求項２０】
前記第２のポンプ光は、前記半導体光増幅器の利得波長よりも本質的に短い波長を有すること
を特徴とする請求項１７記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信装置に関し、特に、光信号を増幅するために使用される光増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光増幅装置の目的は、入力光信号の強度を増幅させて、長距離を最小のエラーで伝送することにある。このような光増幅装置は、利得(Gain)、雑音指数(Noise  Figure)、及び飽和出力パワー(Saturation output power)といった重要な動作特性を有する。
【０００３】
エルビウム添加光ファイバー増幅器(Erbium doped fiber amplifier)は、高い利得、低い雑音指数、及び大きい飽和出力パワーを有し、従って、多くの基幹網或いはメトロ(Metro)網に幅広く使用されている。しかしながら、エルビウム添加光ファイバー増幅器は、コストが高く、サイズが相対的に大きく、また、増幅帯域が制限されるという短所がある。
【０００４】
対照的に、半導体光増幅器は、既存のエルビウム添加光ファイバー増幅器と比較して、コストが安く、サイズも小型であり、増幅帯域も比較的自由に調節することができる、という長所がある。しかしながら、半導体光増幅器は、高い雑音指数を有しているため、その実際の適用は制限されている。
【０００５】
従来の半導体光増幅器は、小型であり、利得物質の組成の調節によって、増幅帯域を変化させることができ、さらには、低コストで製造することができる。
【０００６】
一般的な利得固定半導体の場合には、利得先行性及び飽和出力の特性は良いが、８ｄＢ以上の非常に高い雑音指数を有するため、伝送システムで使用される場合には多くの制約が伴う。ラマン光増幅器の場合には、非常に低い雑音指数を有するが、光増幅効率が非常に低いため、十分な利得を得るためには高出力レーザーダイオードを必要とする。
【０００７】
最近では、このような短所を解決するために、ラマン光増幅器及び半導体光増幅器が結合された構造を有する光増幅装置の技術が提案されている。そのように結合された構造では、光信号が半導体光増幅器に入力される前にラマン利得を得ることができ、その結果、有効利得を増加させることができる。加えて、ラマン利得によって半導体光増幅器の信号対雑音比(signal-to-noise ratio；ＳＮＲ)を改善させることができ、その結果、有効雑音指数を低減させることができる。
【０００８】
図１は、従来の光増幅装置を示す。この光増幅装置は、単一モード光ファイバー(single mode fiber；ＳＭＦ)１１０と波長選択結合器(wavelength selective coupler；ＷＳＣ)１３０とで構成されたラマン光増幅器、及びレーザーダイオード(laser diode；ＬＤ)１２０と、半導体光増幅器(semiconductor optical amplifier；ＳＯＡ)１４０と、を含む。
【０００９】
レーザーダイオード１２０は、１４００〜１５００ｎｍの波長を有するポンプ光Ｓ２を出力する。波長選択結合器１３０は、単一モード光ファイバー１１０に接続された第１のポートと、半導体光増幅器１４０に接続された第２のポートと、レーザーダイオード１２０に接続された第３のポートと、を有する。従って、波長選択結合器１３０は、第３のポートに入力されたポンプ光Ｓ２を単一モード光ファイバー１１０に供給し、第１のポートに入力されたラマン増幅された光信号Ｓ１を第２のポートに出力する。
【００１０】
単一モード光ファイバー１１０は、ポンプ光Ｓ２によってポンピングされ、誘導ラマン散乱効果（stimulated Raman-scattering effect）を通じて入力された光信号Ｓ１をラマン増幅して出力する。半導体光増幅器１４０は、ラマン増幅された光信号Ｓ１を増幅して出力する。
【００１１】
しかしながら、上述のような従来の光増幅装置では、半導体光増幅器及びラマン光増幅器をハイブリッド(hybrid)構造で集積し、高価のレーザーダイオード及び半導体光増幅器を集積して製造するために、材料コスト及び製造コストが増加する問題点があった。加えて、２個の素子を集積するためには別個の波長結合器が必要とされ、また、素子の間の接続部分で発生する光損失は、光増幅特性を劣化させる。さらに、結合された素子を配置するためには広い空間が要求されるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、出力特性の向上が図られ、経済的であり、集積度が高い半導体光増幅器及びこれを用いた光増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するために、本発明の半導体光増幅器は、基板と、前記基板の上に積層され、ポンプ光を生成するための第１の活性層と、前記第１の活性層に結合されるように前記基板の上に積層され、前記ポンプ光によって利得固定され、入力光信号を増幅するための第２の活性層と、前記第１及び第２の活性層の境界に隣接するように前記基板の上部に形成され、前記第１の活性層で生成されたポンプ光の一部を前記第２の活性層に透過させ、その残りのポンプ光を反射させるための格子と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光増幅装置の一の側面は、入力光信号をラマン増幅して出力するための光ファイバーと、光ファイバーにポンプ光を供給し、ラマン増幅された光信号を増幅して出力するための半導体光増幅器と、を備える。
【００１５】
さらに、本発明の光増幅装置の他の一の側面は、分散補償光ファイバーと、半導体光増幅器と、光信号をラマン増幅するために分散補償光ファイバーに結合される第１の光源と、前記半導体光増幅器の利得を固定するための第２の光源と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光増幅装置によれば、ラマン光増幅器及びポンプ光源の機能を兼ね備える利得固定された半導体光増幅器を使用し、これによって、雑音指数が縮小され、かつ有効利得が増加される。また、本発明の半導体光増幅器では、既存の半導体光増幅器と同一のモジュール構造を有しつつ、ポンピング光源及び光増幅器の機能を同時に遂行するので、この半導体光増幅器を用いた光増幅装置は、従来のハイブリッドタイプの光増幅装置と比較して、小型であり、低コスト化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために、公知の機能や構成についての詳細な説明は省略する。
【００１８】
図２は、本発明における基本動作の原理を示す概略図である。図２に示すように、光増幅装置は、分散補償光ファイバー(dispersion compensated fiber；ＤＣＦ)２１０と、第１及び第２の波長選択結合器２３０及び２５０と、第１及び第２のポンプ光源(pumping light source)２２０及び２４０と、半導体光増幅器２６０と、を含む。
【００１９】
第１のポンプ光源２２０は、１４００〜１５００ｎｍの波長を有する第１のポンプ光Ｓ４を出力する。第２のポンプ光源２４０は、１４００〜１５００ｎｍの波長を有する第２のポンプ光Ｓ５を出力する。
【００２０】
第１及び第２のポンプ光源２２０及び２４０のそれぞれは、レーザーダイオードを含むことができる。
【００２１】
第１の波長選択結合器２３０は、分散補償光ファイバー２１０に接続された第１のポートと、第２の波長選択結合器２５０に接続された第２のポートと、第１のポンプ光源２２０に接続された第３のポートと、を有する。第１の波長選択結合器２３０は、第３のポートに入力された第１のポンプ光Ｓ４を分散補償光ファイバー２１０に供給し、第１のポートに入力されたラマン増幅された光信号Ｓ３を第２のポートに出力する。
【００２２】
分散補償光ファイバー２１０は、第１のポンプ光Ｓ４によってポンピングされ、誘導ラマン散乱効果（stimulated Raman-scattering effect）によって入力された光信号Ｓ３をラマン増幅して出力し、さらには光信号Ｓ３の分散を補償する。また、分散補償光ファイバー２１０の代わりに単一モード光ファイバーを使用することができる。この場合には、この単一モード光ファイバーは、入力された光信号をラマン増幅して出力するが、光信号の分散を補償しない。
【００２３】
第２の波長選択結合器２５０は、第１の波長選択結合器２３０の第２のポートに接続された第１のポートと、半導体光増幅器２６０に接続された第２のポートと、第２のポンプ光源２４０に接続されている第３のポートと、を有する。また、第２の波長選択結合器２５０は、第３のポートに入力された第２のポンプ光Ｓ５を半導体光増幅器２６０に供給し、第１のポートに入力されたラマン増幅された光信号Ｓ３を第２のポートに出力する。
【００２４】
半導体光増幅器２６０は、第２のポンプ光Ｓ５によって利得固定され、ラマン増幅された入力光信号Ｓ３を増幅して出力するための活性層を有する。第２のポンプ光Ｓ５の波長は、半導体光増幅器２６０の利得波長よりも相当に短いので、半導体光増幅器２６０の利得を固定させる役割を果たす。
【００２５】
図３は、図２に示した光増幅装置の出力特性を示すグラフである。
【００２６】
第１の利得曲線３１０は、第２のポンプ光源２４０をオフさせた状態での光増幅装置の利得を示し、第２の利得曲線３２０は、第２のポンプ光源２４０をオンさせた状態での光増幅装置の利得を示す。第１の雑音指数曲線３４０は、第２のポンプ光源２４０をオフにした状態でのこの光増幅装置の雑音指数を示し、第２の雑音指数曲線３３０は、第２のポンプ光源２４０をオンにした状態での光増幅装置の雑音指数を示す。従って、本発明による光増幅装置は、図３に示すように、第２のポンプ光Ｓ５を使用して半導体光増幅器２６０の利得固定効果を得ることができる。
【００２７】
図４は、本発明の好適な実施形態に従う光増幅装置の構成を示し、図５は、図４中に示した半導体光増幅器をより詳細に示す。図示のように、光増幅装置は、分散補償光ファイバー(又は、単一モード光ファイバー)４１０及び半導体光増幅器４２０を含む。
【００２８】
半導体光増幅器４２０は、基板(substrate)４２２と、第１及び第２の活性層(active layer)４２４及び４２６と、クラッド(clad)４２８と、低反射コーティング層(low reflection coating layer)４６０と、無反射コーティング層(antireflection coating layer)４７０と、を含む。また、半導体光増幅器４２０は、第１の活性層４２４及び第２の活性層４２６の境界を基準にして、発振領域４３０及び増幅領域４５０に区分される。発振領域４３０は、ポンプ光を生成し、増幅領域４５０は、ラマン増幅された入力光信号Ｓ６を増幅する。
【００２９】
基板４２２は、その上部に格子４４０を有している。ここで、格子４４０は、発振領域４３０に属し、第１の活性層４２４及び第２の活性層４２６の境界に隣接するように、第１の活性層４２４の下方に形成される。
【００３０】
第１の活性層４２４は、発振領域４３０に属し、基板４２２の上に積層される。第１の活性層４２４は、電流印加に従って１４００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長を有するポンプ光を生成する。また、第１の活性層４２４のレージング(lasing)の方向は、ラマン増幅された入力光信号Ｓ６の入力方向と反対になるように設定される。
【００３１】
第２の活性層４２６は、増幅領域４５０に属し、第１の活性層４２４に結合されるように基板４２２の上に積層される。第２の活性層４２６は、電流印加に従って、ラマン増幅された入力光信号Ｓ６を増幅して出力する。第１の活性層４２４及び第２の活性層４２６は、バットジョイント(butt-joint)方式を用いて互いに結合される。
【００３２】
第１の活性層４２４は発振波長(すなわち、このポンプ光の波長)を有し、該波長がラマン増幅された光信号Ｓ６の波長に比べて相当に短いので、ラマン増幅された光信号Ｓ６は、第１の活性層４２４ではほとんど吸収されずに、第２の活性層４２６に入力される。
【００３３】
格子４４０は、第１の活性層４２４の発振波長を安定化させ、これにより、ポンプ光によって得られるラマン利得特性を安定させる。第１の活性層４２４で生成されたポンプ光の一部は、格子４４０によって部分的に透過され、このポンプ光の他の部分は、格子４４０によって反射される。ここで、透過されたポンプ光Ｓ８は、第２の活性層４２６に入力される。この透過されたポンプ光Ｓ８は、その波長が第２の活性層４２６の利得波長よりもはるかに短いので、第２の活性層４２６での利得を固定させる役割を果たす。一方、反射されたポンプ光Ｓ７は、分散補償光ファイバー４１０に供給される。
【００３４】
クラッド４２８は、第１の活性層４２４及び第２の活性層４２６の上に積層され、基板４２２とともに第１の活性層４２４及び第２の活性層４２６の内部に光を閉じ込める機能を遂行する。
【００３５】
低反射コーティング層４６０は、発振領域４３０に隣接した半導体光増幅器４２０の一方の端面にコーティングされ、低い反射率を有する。
【００３６】
無反射層４７０は、増幅領域４５０に隣接した半導体光増幅器４２０の他方の端面にコーティングされ、０に近い反射率を有する。
【００３７】
分散補償光ファイバー４１０は、反射されたポンプ光Ｓ７によってポンピングされ、誘導ラマン散乱効果によって入力された光信号Ｓ６をラマン増幅して出力する。また、分散補償光ファイバー４１０は、光信号Ｓ６の分散を補償する。なお、この分散補償光ファイバー４１０の代わりに単一モード光ファイバーを使用することができる。この場合には、この単一モード光ファイバーは、入力光信号をラマン増幅して出力するが、光信号の分散を補償しない。
【００３８】
図６は、図４に示した光増幅装置の出力特性を示すグラフである。図３と比較するために、図６では、第２の利得曲線３２０及び第２の雑音指数曲線３３０とともに、光増幅装置の第３の利得曲線５１０及び第３の雑音指数曲線５２０を示す。
【００３９】
第３の利得曲線５１０は、光増幅装置の利得を示し、第３の雑音指数曲線５２０は、この光増幅装置の雑音指数を示す。図６を参照すると、この光増幅装置は、透過されたポンプ光Ｓ８によるラマン増幅の効果及び第２の活性層４２６の利得固定の効果を得ることができる。また、この光増幅装置は、ラマン増幅効果によって３ｄＢより小さい雑音指数を有する。
【００４０】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の変更が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の光増幅装置を示す図である。
【図２】本発明の基本動作の原理を説明するための図である。
【図３】図２に示した光増幅装置の出力特性を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の好適な実施形態による光増幅装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示した半導体光増幅器を示す図である。
【図６】図４に示した光増幅装置の出力特性を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
４２２  基板
４２４  第１の活性層
４２６  第２の活性層
４４０  格子
【図１】
2005244231.tif 000003
【図２】
2005244231.tif 000004
【図３】
2005244231.tif 000005
【図４】
2005244231.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005244231.tif 000008