(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を出力する出力手段と、この信号光を入力する入力手段と、この入力手段および前記出力手段との間に設置された伝送ファイバの間に挿入され、励起光により遠隔励起されることによって前記信号光を増幅する半導体素子を含む半導体光増幅部とを備え、
前記出力手段または前記入力手段の少なくとも一方には、前記励起光を発生する励起光源と、この励起光源からの励起光と信号光とを合波する合波器とを備え、
前記半導体素子の外側に絶縁性熱伝導性リングを密着して設置し、該絶縁性熱伝導性リングの外側に放熱用金属リングを密着して設置した
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記励起光の波長を、前記信号光波長の８０〜２８０ｎｍ短波長側に設定した請求項１記載の光通信システム。
【請求項３】
前記半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有する請求項１記載の光通信システム。
【請求項４】
前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−１０ｄＢｍ以下になるように前記信号光を強度変調する手段を備えた請求項１記載の光通信システム。
【請求項５】
前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−５ｄＢｍ以下になるように前記信号光を位相変調または周波数変調する手段を備えた請求項１記載の光通信システム。
【請求項６】
前記励起光波長を、前記伝送ファイバのゼロ分散波長の短波長側に設置する請求項１記載の光通信システム。
【請求項７】
前記半導体光増幅部の前段に設置され、前記信号光と励起光とを分波する分波器と、この分波器に接続された分岐器と、この分岐器の第一の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第一の合波器と、前記分岐器の第二の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第二の合波器とを備え、
前記第一の合波器から出射された励起光および前記第二の合波器から出射された励起光が前記半導体光増幅部に入射する
請求項１記載の光通信システム。
【請求項８】
前記信号光および励起光を第一のポートから入力するサーキュレータと、このサーキュレータの第二のポートに接続された偏波ビームスプリッタと、この偏波ビームスプリッタと前記半導体光増幅部とを結ぶファイバリングとを備え、
このファイバリングの一つのアームのみを９０度回転させて、前記半導体光増幅部に接続した
請求項１記載の光通信システム。
【請求項９】
前記半導体素子は、活性層およびクラッド層を有する請求項１記載の光通信システム。
【請求項１０】
前記クラッド層は、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層である請求項９記載の光通信システム。
【請求項１１】
前記入力手段がＮ個設けられ、
前記半導体光増幅部とＮ個の前記入力手段とを１対Ｎに結合する分岐手段が設けられた
請求項１記載の光通信システム。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の光通信システムに適用される半導体光増幅部であって、
当該半導体光増幅部を構成する半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有し、励起光により遠隔励起されることによって前記信号光を増幅し、
前記半導体素子の外側に絶縁性熱伝導リングを密着して設置し、該絶縁性熱伝導性リングの外側に放熱用金属リングを密着して設置した
ことを特徴とする半導体光増幅部。
【請求項１３】
前記半導体素子は、活性層およびクラッド層を有する請求項１２記載の半導体光増幅部。
【請求項１４】
前記クラッド層は、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層である請求項１３記載の半導体光増幅部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送路であるところの市中に敷設した伝送ファイバ中を伝送される光信号を、線形中継器または端局装置から離して設置された無給電の半導体光増幅部により光増幅する光通信システム、または、光ファイバを用いたホームネットワーク中および光集積回路中に設置した無給電の半導体光増幅部で光信号を光増幅する光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の第一構成として、波長多重の光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の遠隔励起システムの構成例を図１９に示す（例えば、非特許文献１または２参照）。この遠隔励起システムでは、送信器１内の送信回路１０から信号光を送出し、その信号光は、３つの市中に敷設した伝送ファイバ（伝送ファイバ♯１、伝送ファイバ♯２、伝送ファイバ♯３）を経由して受信器２内の受信回路２０で受信される。
【０００３】
伝送ファイバ♯１と伝送ファイバ♯２、および伝送ファイバ♯２と伝送ファイバ♯３の間には、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）が設置されている。それらのＥＤＦを、それぞれＥＤＦ−ＦおよびＥＤＦ−Ｒとする。
【０００４】
送信器１および受信器２内には、遠隔励起用の励起光源１２、２２が設置され、その励起光源１２、２２からの励起光と信号光は、合波器１１、２１を用いて合波される。送信器１、受信器２および励起光源１２、２２は、電源に接続されて給電されている。
【０００５】
送信器１および受信器２に接続した励起光源１２、２２を、それぞれ前段励起光源および後段励起光源と呼ぶことにする。また、それらの励起光源１２、２２からの励起光をそれぞれ前方励起光および後方励起光と呼ぶことにする。前方励起光は伝送ファイバ♯１を通過後、ＥＤＦ−Ｆを励起し、また、後方励起光は伝送ファイバ♯３を通過後、ＥＤＦ−Ｒを励起する。
【０００６】
前記信号光の波長はＣ帯（１．５５μｍ帯）の波長、励起光の波長は、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）の励起に適した、１．４８μｍ近傍の光である。送信器１を出た信号光は、伝送ファイバ♯１で減衰した後、ＥＤＦ−Ｆで増幅され、さらに、伝送ファイバ♯２で減衰した後、ＥＤＦ−Ｒで増幅され、伝送ファイバ♯３を通過後、受信器２に達する。したがって、伝送ファイバ♯１、伝送ファイバ♯２、伝送ファイバ♯３を合わせた距離を、途中で給電することなく無中継で伝送することができる。
【０００７】
遠隔励起されたＥＤＦを用いない中継系に比べ、無中継距離すなわち中継間隔が大幅に伸長される点が、本遠隔励起の利点である。ただし、前方励起光源とＥＤＦ−Ｆ、または後方励起光源とＥＤＦ−Ｒのいずれか一方のみを用いた構成を採用することもできる。
【０００８】
次に、従来技術の第二構成として、光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の半導体光増幅器の構成例を図２０に示す。この半導体光増幅器では、図の左側の光ファイバＦ１から出射した信号光は、光ファイバＦ１と増幅媒質である半導体素子３０との間に設置したレンズＬ１で集光され、半導体素子３０の活性層３１に入射する。また、活性層３１を伝播して出射した信号光は、半導体素子３０と信号光出射側の光ファイバＦ２との間に設置されたレンズＬ２により、信号光出射側の光ファイバＦ２に集光される。
【０００９】
半導体素子３０は、活性層３１の両側にクラッド層３２、そのクラッド層３２の両側に基板３３、その基板３３の両側に電極３４を有する。その電極３４には電源３５が接続され、その電源３５により、半導体素子３０が電流駆動される。
【００１０】
【非特許文献１】Ｋ．Ａｉｄａ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｖｏｌ．１３７，Ｐｔ．Ｊ，Ｎｏ４，ｐｐ．２２５−２２９，１９９０
【非特許文献２】Ｎ．Ｏｈｋａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ８１−Ｂ，ｐｐ．５８６−５９６，１９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１９に示す従来技術の第一構成である遠隔励起システムでは、信号光の波長域はＥＤＦの利得帯域であるＣ帯（１５３０〜１５６０ｎｍ）に限定されてしまうという欠点がある。したがって、一般に、Ｃ帯以外の波長である１６００ｎｍや１５００ｎｍの信号光の光増幅を行うことができない。
【００１２】
また、従来技術の遠隔励起システムでは、遠隔励起モジュールに入射する励起光の所要パワーがＥＤＦの励起効率で決まり、およそ１０〜２０ｍＷ以上の値に限られるという欠点がある。
【００１３】
さらに、従来技術の遠隔励起システムでは、伝送ファイバが分散シフトファイバの場合には、伝送ファイバのゼロ分散波長と励起光波長との差（Ａ）がＬ帯の信号光波長とゼロ分散波長との差（Ｂ）に近い値を示し、伝送ファイバ中で、励起光から信号光への強度雑音の転移が生じるという欠点がある。
【００１４】
また、伝送ファイバがノンゼロ分散シフトファイバの場合には、伝送ファイバの励起光波長がゼロ分散波長に近く、伝送ファイバ中での励起光の非線形効果によりシステム性能劣化が生じるという欠点がある。
【００１５】
さらに、図２０の従来技術の第二構成である半導体光増幅器では、給電が必要であり、光ファイバネットワーク中の任意の位置に設置できない。また、給電のための電気配線が必要であるという欠点がある。
【００１６】
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、遠隔励起モジュールの利得帯域および励起効率が限られる、励起光から信号光への強度雑音の転移が生じる、励起光の非線形効果によりシステム性能劣化が生じる、半導体光増幅部に給電が必要であり、光ファイバネットワーク中の任意の位置に設置できない、給電のための電気配線が必要であるといった従来技術の問題点を解決することができる光通信システムおよび半導体光増幅部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】
【００１７】
本発明は、光通信システムであって、本発明の特徴とするところは、信号光を出力する出力手段と、この信号光を入力する入力手段と、この入力手段および前記出力手段との間に設置された伝送ファイバの間に挿入され、遠隔励起される半導体素子を含む半導体光増幅部とを備え、前記出力手段または前記入力手段の少なくとも一方には、前記半導体素子を励起する励起光源と、この励起光源からの励起光と信号光とを合波する合波器とを備えたところにある。
【００１８】
このように本発明の光通信システムでは、遠隔励起される半導体素子を含む半導体光増幅部を用いることにより、伝送ファイバの途中では、無給電で光増幅することができる。
【００１９】
この際に、前記励起光の波長を、前記信号光波長の８０〜２８０ｎｍ短波長側に設定することにより、そうしない場合と比較して小さな所要励起光パワーによって光増幅することができる。
【００２０】
また、前記半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有することにより、励起効率を向上させることができる。
【００２１】
また、前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−１０ｄＢｍ以下になるように前記信号光を強度変調する手段を備えることにより、半導体素子中の非線形効果を抑圧することができる。
【００２２】
あるいは、前記半導体素子からの波長多重システムにおけるチャネルあたりの信号光出力パワーが−５ｄＢｍ以下になるように前記信号光を位相変調または周波数変調する手段を備えることによっても、半導体素子中の非線形効果を抑圧することができる。
【００２３】
また、前記励起光波長を、前記伝送ファイバのゼロ分散波長の短波長側に設置することにより、励起光から信号光への相対強度雑音の転移を回避することができる。または、伝送ファイバ中での励起光の非線形効果を回避することができる。
【００２４】
本発明の光通信システムの具体的な構成例として、前記半導体光増幅部の前段に設置され、前記信号光と励起光とを分波する分波器と、この分波器に接続された分岐器と、この分岐器の第一の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第一の合波器と、前記分岐器の第二の出力ポートに接続され、信号光と励起光とを合波する第二の合波器とを備え、前記第一の合波器から出射された励起光および前記第二の合波器から出射された励起光が前記半導体光増幅部に入射するように構成することができる。
【００２５】
これによれば、一つの励起光源を用いて前方励起および後方励起の双方向励起を実現することができ、同じ励起光パワーにおいて片方向励起に比べ、高い利得を得ることができる。
【００２６】
あるいは、前記信号光および励起光を第一のポートから入力するサーキュレータと、このサーキュレータの第二のポートに接続された偏波ビームスプリッタと、この偏波ビームスプリッタと前記半導体光増幅部とを結ぶファイバリングとを備え、このファイバリングの一つのアームのみを９０度回転させて、前記半導体光増幅部に接続した構成とすることができる。
【００２７】
これによっても、一つの励起光源を用いて前方励起および後方励起の双方向励起を実現することができ、同じ励起光パワーにおいて片方向励起に比べ、高い利得を得ることができる。
【００２８】
また、前記半導体素子は、活性層およびクラッド層を有することによって実現できる。これによれば、例えば、半導体素子と光ファイバの接続をレンズ無しで行うことができる。すなわち、活性層の厚さを、光ファイバのコアの厚さとほぼ同じに設定し、かつ、光ファイバのコアとクラッドとの屈折率差を、半導体素子の活性層とクラッドの屈折率差とほぼ同じにして、光ファイバ中を伝播する信号光のモード径を、半導体素子中を伝播する信号光のモード径とほぼ同じにし、さらに、光ファイバと半導体素子とのギャップは、例えば、１μｍと小さくし、両者の結合損失を低くし、また、光ファイバおよび半導体素子の端面を無反射コートすることにより、レンズを用いた光学系を省略でき、光通信システムの簡略化および低価格化を図ることができる。
【００２９】
また、前記半導体素子の前記クラッド層を、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層とすることにより、クラッド層の絶縁性が高まり、活性層で発生したキャリアの前記クラッド層への漏洩を低減することができ、前記半導体素子の利得を向上させることができる。
【００３０】
また、前記半導体光増幅部が絶縁性熱伝導体に密着するように構成することにより、前記半導体素子で発生した熱を、前記絶縁性熱伝導体を通して放散することができる。前記熱は、活性層中で励起光が吸収される過程で発生するので、前記熱を放散させることにより、励起光の活性層への吸収効率を高め、前記半導体素子の利得を向上させることができる。
【００３１】
また、前記入力手段がＮ個設けられ、前記半導体光増幅部とＮ個の前記入力手段とを１対Ｎに結合する分岐手段が設けられた構成とすることもできる。
【００３２】
これによれば、一つの半導体増幅部からの出力信号光を複数の受信器等に分配することができ、１対Ｎ通信についても本発明を適用することができる。
【００３３】
また、本発明を、本発明の光通信システムに適用される半導体光増幅部の発明としての観点から捉えることもできる。例えば、本発明の半導体光増幅部は、当該半導体光増幅部を構成する半導体素子が、量子井戸構造または量子ドット構造を有することを特徴とする。また、前記半導体素子は、例えば、活性層およびクラッド層を有する。また、前記クラッド層は、例えば、ノンドープのクラッド層または鉄を含む不純物をドープした半絶縁性クラッド層である。また、本発明の半導体光増幅部は、絶縁性熱伝導体に密着されて構成することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、遠隔励起モジュールの利得帯域および励起効率が限られる、励起光から信号光への強度雑音の転移が生じる、励起光の非線形効果によりシステム性能劣化が生じる、半導体光増幅部に給電が必要であり、光ファイバネットワーク中の任意の位置に設置できない、給電のための電気配線が必要であるといった従来技術の問題点を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００３６】
（第一実施例）
本発明第一実施例の光通信システムを図１および図２を参照して説明する。図１は第一実施例の光通信システムを線形中継器により実現した例を示す図である。図２は第一実施例の光通信システムを送信器および受信器により実現した例を示す図である。
【００３７】
すなわち、従来技術では、遠隔励起の利得媒質としてＥＤＦを用いているが、本実施例では、遠隔励起の利得媒質として半導体素子を用いている。それらは、図１では、前方励起および後方励起に対するそれぞれの半導体光増幅部−Ｆおよび半導体増幅部−Ｂの中に設置してある。
【００３８】
また、励起光源波長は、従来技術では１．４８μｍであるが、本実施例では１．４３μｍである。さらに、信号光波長は、従来技術では１．５５μｍであるが、本実施例では１．５８μｍである。伝送ファイバ♯１、♯２、♯３は、本実施例では、上流の線形中継器４−１と下流の線形中継器４−２との間に設置されている。
【００３９】
また、図２に示すように、線形中継器４−１は送信器１でもよく、また、線形中継器４−２は受信器２でもよい。なお、図２の例では、半導体光増幅部−Ｂを設置せず、また、受信器２には、後方励起のための励起光源および合波器は備えていない。これは送信器１と受信器２との距離が比較的短い場合を想定した例であり、送信器１と受信器２との距離が比較的長い場合には、図１の例と同様に、半導体光増幅部−Ｂを設置し、受信器２に後方励起のための励起光源および合波器を設置してもよい。
【００４０】
光増幅用の半導体素子は、よく知られているように、その半導体組成および組成比を変えることにより、任意の波長の信号光を増幅することができる。半導体組成の例としては、ＩｎＧａＡｓＰなどがある。例えば、図１の場合とは別の組成比の半導体光増幅素子を用いて１．３５μｍの励起光で、１．５０μｍの信号光を増幅することができる。上記のように、従来技術で問題であった、利得帯域が限られるという欠点が、本実施例により解決されている。
【００４１】
また、これまでは、半導体素子は、電流駆動の素子として用いられ、遠隔励起システムで用いられることは無かった。
【００４２】
図３は、第一実施例における半導体光増幅部の構成を示している。図３に示す半導体光増幅部５０は、図２０に示した従来技術の半導体素子３０と異なり、電流駆動に必要な部品である電極３４、電源３５等を有しない。また、励起光源５５から出射した励起光は、合波器５４により信号光と合波され、信号光と共に、光ファイバＦ１を伝播した後、半導体光増幅部５０に入射する。
【００４３】
このとき、合波器５４と半導体光増幅部５０との距離は、典型的には数ｍから数１０ｋｍである。すなわち、図１の遠隔励起システムの場合には、伝送ファイバ♯１、♯２、♯３の長さは、いずれも数１０ｋｍである。また、光ファイバを用いたホームネットワーク中に半導体光増幅部５０を設置する場合には、光ファイバ長は数ｍ〜数１０ｍ程度である。ただし、光集積回路中に半導体光増幅部５０を設置する場合のように、光ファイバ長が数ｍｍ〜数１０ｃｍ程度である場合もある。
【００４４】
図１１は、図３に示した半導体光増幅部５０の利得および雑音指数特性の測定結果例を示している。このとき、信号光波長は１５５０ｎｍ、励起光波長は１４７０ｎｍである。ただし、励起光パワーは、光ファイバ出力値、すなわち半導体光増幅部入力値である。励起光パワーが１００ｍＷ、２００ｍＷのとき、利得はそれぞれ約２．５ｄＢ、約５．０ｄＢである。また、雑音指数は、励起光パワーが１００ｍＷ以上の領域でほぼ一定値に落ち着いており、約９．２ｄＢである。
【００４５】
ただし、この測定に用いた半導体光増幅部５０としての半導体素子は、その導波路パラメータなどが最適化されておらず、同じ利得を得るための所要励起光パワーは、最適化されたものに比べ、数倍ほど大きな値になっている。
【００４６】
一方、図１２は、図３に示した半導体光増幅部５０の利得の励起光波長依存性の測定結果例を示している。このとき、信号光波長は１５７０ｎｍ、励起光波長は１４３０ｎｍ、１４７０ｎｍおよび１４９０ｎｍである。それらの励起光波長範囲（１４３０〜１４９０ｎｍ）では、利得の励起光波長依存性が小さいことがわかった。
【００４７】
図１４は、半導体光増幅部５０としての半導体素子の導波路パラメータを最適化した場合の利得１０ｄＢを得るための所要励起光パワースペクトルを示している。このとき、信号光波長は１５８０ｎｍである。励起光波長１３００〜１５００ｎｍにおける所要励起光パワーは、波長依存性が小さく、約２０〜３０ｍＷである。
【００４８】
すなわち、１．５μｍ帯の信号光に対し、信号光波長と励起光波長の差を、８０〜２８０ｎｍとすれば、小さな所要励起光パワーが得られるという利点がある。ただし、前記信号光波長と励起光波長の差は、半導体光増幅素子の組成等により若干異なる。
【００４９】
図１５は、本実施例における半導体素子の励起効率特性について、その半導体素子構造依存性を示している。バルク、量子井戸、量子ドットの順に励起効率が向上していることがわかった。遠隔励起システムにおいては、所要励起光パワーが低いほど、システム性能が向上するので、特に、励起効率の高い量子井戸および量子ドット構造の半導体素子を用いるとよいことがわかる。
【００５０】
また、図１６は本実施例の光通信システムにおける半導体光増幅素子中の非線形効果によるシステム性能劣化特性を示している。波長多重システムを考えた場合に、半導体素子中の非線形効果は、主に半導体素子出力のチャネル当りの信号光パワーで決まる。前記非線形効果は４光波混合や交差利得変調(Cross gain modulation)などである。
【００５１】
図１６に示したように、受信感度を与える信号光パワーの劣化量（パワーペナルティ）は、前記チャネル当りの信号光パワーに依存し、前記出力信号光パワーが−１０ｄＢｍ以下のときにかなり小さな値となることがわかった。
【００５２】
遠隔励起システム（これをＡとする）では、市中に敷設した伝送路の途中で光増幅を行うため、半導体光増幅部出力を線形中継光増幅器を用いたシステム（これをＢとする）に比べ、顕著に低く設定できる。例えば、システムＢにおける出力信号光パワーの典型値は０ｄＢｍ程度であるが、システムＡにおけるそれは、−１０ｄＢｍ以下に設定できる。したがって、システムＢで顕著であった前記システム性能劣化を、システムＡにおける前記出力信号光パワー設定により回避できる。
【００５３】
上記は、信号光が強度変調されている場合であるが、信号光の位相変調または周波数変調を用いることにより、半導体光増幅素子中での非線形効果を抑圧できる。このとき、前記パワーペナルティーは、前記出力信号光パワーが−５ｄＢｍ以下のときにかなり小さい値となることがわかった。
【００５４】
さらに、図１７は本実施例の光ファイバ通信システムにおける信号光波長、励起光波長および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示している。ただし、伝送ファイバが分散シフトファイバ（ＤＳＦ）の場合である。ゼロ分散波長は１５５０ｎｍ近傍、信号光波長は１５８０ｎｍ帯（１５７０〜１６００ｎｍ）である。励起光波長は従来技術では１４８０ｎｍ、本実施例では１４３０ｎｍである。ただし、従来技術においてはＬ帯用の遠隔励起ＥＤＦを用いる。
【００５５】
従来技術では、信号光波長とゼロ分散波長との差１０〜５０ｎｍが、ゼロ分散波長と励起光波長の差７０ｎｍに近く、励起光から信号光への相対強度雑音の、伝送ファイバ中での転移が起こり、システム性能劣化を招く。一方、本実施例では、信号光波長とゼロ分散波長との差１０〜５０ｎｍが、ゼロ分散波長と励起光波長との差１３０ｎｍより十分小さく、上記相対強度雑音の転移によるシステム性能劣化を回避できる。
【００５６】
また、図１８は、伝送ファイバがノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）の場合の、信号光波長、励起光波長、および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示している。ただし、伝送ファイバがノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）の場合である。ゼロ分散波長は１４７０ｎｍ近傍、信号光波長は１５５０ｎｍである。励起光波長は従来技術では１４８０ｎｍ、本実施例では１４００ｎｍである。
【００５７】
すなわち、従来技術では、ゼロ分散波長が励起光波長の近傍にある。したがって、励起光が伝送ファイバ中で非線形効果を起こし、信号光の伝送特性劣化を誘起する。一方、本実施例では、励起光波長の１４００ｎｍは、ゼロ分散波長の１４７０ｎｍから７０ｎｍと、十分離れており、上記励起光の非線形効果、ひいては信号光の伝送特性劣化を回避できる。
【００５８】
（第二実施例）
第二実施例の光通信システムを図４を参照して説明する。図４は第二実施例の光通信システムの全体構成図である。図３の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体光増幅部６２を双方向励起する。すなわち、励起光を半導体光増幅部６２の双方向から入射させるため、以下の部品を追加している。
【００５９】
半導体光増幅部６２に向かう励起光は、信号光上流側に設置された分波器６０により信号光と分離され、分岐６４に導入され、所望の分岐比、例えば１：１で分岐される。その２分岐された励起光は、半導体光増幅部６２の信号光上流側に設置した合波器６１および信号光下流側に設置した合波器６３に導かれた後、半導体光増幅部６２に入射する。
【００６０】
図１３は半導体光増幅部６２の励起方向依存性を示している。励起光パワーが５０ｍＷの場合が片方向励起、また、励起光パワーが１００ｍＷの場合が双方向励起の場合である。ただし、前記励起光パワーはトータルのパワーである。上記双方向励起の場合の利得は、片方向励起で励起光パワーが１００ｍＷの場合の利得より十分大きく、双方向励起の場合の方が、同じ励起光パワーにおいて利得が高いことがわかった。
【００６１】
したがって、本実施例は、第一実施例より同じ励起光パワーにおいて高い利得が得られるという利点を有する。
【００６２】
（第三実施例）
第三実施例の光通信システムを図５を参照して説明する。図５は第三実施例の光通信システムの全体構成図である。図３の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体光増幅部７２を双方向励起する、すなわち励起光を半導体光増幅部７２の双方向から入射させるため、以下の部品を追加している。
【００６３】
半導体光増幅部７２に向かう信号光および励起光は、サーキュレータ７０により、その第一ポートから第二ポートへ導かれ、その第二ポートに接続された偏波ビームスプリッタ７１に入射する。その偏波ビームスプリッタ７１により、信号光はその偏波状態に応じて、偏波ビームスプリッタ７１と半導体光増幅部７２とを結ぶ偏波保持ファイバからなるファイバリング７３中を、時計周りまたは反時計周りに伝播し、半導体光増幅部７２に入射する。
【００６４】
一方、励起光は、偏波多重されており、偏波ビームスプリッタ７１でそのパワーが二分され、ファイバリング７３中を、時計周りまたは反時計周りに伝播し、半導体光増幅部７２に入射する。ただし、ファイバリング７３の一方のアームのみを９０度回転させて半導体光増幅部７２に接続している。
【００６５】
半導体光増幅部７２で増幅された信号光は、ファイバリング７３中を時計周りまたは反時計周りに伝播した後、偏波ビームスプリッタ７１でサーキュレータ７０方向へ出射し、サーキュレータ７０の第二ポートから第三ポートへ導かれて出力側の光ファイバＦ２へ出射する。
【００６６】
（第四実施例）
第四実施例の光通信システムを図６を参照して説明する。図６は第四実施例の光通信システムの全体構成図である。図３の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体素子８６と光ファイバ８０の接続をレンズ無しで行っている。すなわち、活性層８４の厚さを、光ファイバ８０のコア８１の厚さとほぼ同じに設定し、かつ、光ファイバ８０のコア８１とクラッド８２との屈折率差を、半導体素子８６の活性層８４とクラッド８３の屈折率差とほぼ同じにして、光ファイバ８０中を伝播する信号光のモード径を、半導体素子８６中を伝播する信号光のモード径とほぼ同じにしている。
【００６７】
光ファイバ８０と半導体素子８６とのギャップは、例えば、１μｍと小さくし、両者の結合損失を低くする。また、光ファイバ８０および半導体素子８６の端面を無反射コートする。
【００６８】
本実施例によれば、第一実施例で用いたレンズを用いた光学系を省略でき、光通信システムの簡略化および低価格化が図れるという利点がある。
【００６９】
（第五実施例）
第五実施例の半導体素子を図７を参照して説明する。図７は第五実施例の半導体素子の構成図である。図３に示す第一実施例の半導体素子とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体素子９０の外側に、絶縁性熱伝導性リング９１を設置し、また、その外側に、放熱用金属リング９２を設置している。ただし、絶縁性熱伝導性リング９１の素材は、例えば、樹脂である。
【００７０】
本実施例によれば、半導体素子９０で発生した熱を、前縁性熱伝導性リング９１および放熱用金属リング９２を通して放散できる。この熱は、励起光が、活性層中で吸収される過程で発生することがわかった。例えば、第一実施例で５ｄＢであった利得が、本実施例により１０ｄＢに向上した。
【００７１】
ただし、絶縁性熱伝導性リング９１および放熱用金属リング９２の形状は、矩形であってもよく、得られる効果は同じである。
【００７２】
（第六実施例）
第六実施例の光通信システムを図８を参照して説明する。図８は第六実施例の光通信システムの全体構成図である。図６の第四実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、活性層１０１の厚さを、光ファイバ８０と半導体素子１０３との境界に向かってテーパ状に変化させている。その結果、活性層１０１は、境界付近の活性層内のモード径は、光ファイバ８０中のモード径とほぼ等しくなるという、スポットサイズ変換機能を有する。半導体素子１０３の中央付近のモード径は境界付近の活性層１０１内のモード径より小さい。
【００７３】
本実施例によれば、光ファイバ８０と半導体素子１０３との結合損失、および半導体素子１０３中の信号光伝播損失を低減できる。
【００７４】
（第七実施例）
第七実施例の半導体素子を図９を参照して説明する。図９は第七実施例の半導体素子の構成図である。図３の第一実施例の半導体素子８６とは以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、クラッド層１１０の組成をノンドープ、または鉄などの不純物をドープしたものとする。この組成により、クラッド層１１０の絶縁性が高まり、活性層１１１で発生したキャリアのクラッド層１１０への漏洩を低減できる。例えば、第一実施例で５ｄＢであった利得が、本実施例により７ｄＢに向上した。
【００７５】
（第八実施例）
第八実施例の光通信システムを図１０を参照して説明する。図１０は第八実施例の光通信システムの全体構成図である。図２の第一実施例とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、半導体光増幅部−Ｆの後段に、光ファイバ分岐５を設置し、複数の受信器２に信号光を分配している。このとき、半導体光増幅部−Ｆの利得は、光ファイバ分岐５の挿入損失を補償している。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、給電のための電気配線を必要とせず、従来と比較して高性能な光通信システムを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第一実施例の光通信システムの全体構成図（線形中継器としての実施例）。
【図２】第一実施例の光通信システムの全体構成図（送信器、受信器としての実施例）。
【図３】第一実施例における半導体光増幅部の構成を説明するための図。
【図４】第二実施例の光通信システムの全体構成図。
【図５】第三実施例の光通信システムの全体構成図。
【図６】第四実施例の光通信システムの全体構成図。
【図７】第五実施例の半導体光増幅部の構成図。
【図８】第六実施例の光通信システムの全体構成図。
【図９】第七実施例の半導体素子の構成図。
【図１０】第八実施例の光通信システムの全体構成図。
【図１１】半導体光増幅部の利得および雑音指数特性を示す図。
【図１２】半導体光増幅部利得の励起波長依存性を示す図。
【図１３】半導体光増幅部利得の励起方向依存性を示す図。
【図１４】所要励起光パワーの励起光波長依存性を示す図。
【図１５】励起効率特性を示す図。
【図１６】非線形効果によるシステム劣化特性を示す図。
【図１７】ＤＳＦを用いたシステムにおける信号光波長、励起光波長、および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示す図。
【図１８】ノンゼロＤＳＦを用いたシステムにおける信号光波長、励起光波長、および伝送ファイバのゼロ分散波長の関係を示す図。
【図１９】従来技術の第一構成を示す図。
【図２０】従来技術の第二構成を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
１  送信器
２  受信器
４−１、４−２  線形中継器
５  光ファイバ分岐
１０  送信回路
１１、２１、４１、４３、５４、６１、６３  合波器
１２、２２、４２、４４、５５  励起光源
１３  信号光源
２０  受信回路
２３  受光器
３０、８６、９０、１０３、１１３  半導体素子
３１、５１、８４、１０１、１１１  活性層
３２、５２、８３、１００、１１０  クラッド層
３３、５３、８５、１０２、１１２  基板
３４  電極
３５  電源
４０、４５  アイソレータ
６０  分波器
５０、６２、７２  半導体光増幅部
６４  分岐
７０  サーキュレータ
７１  偏波ビームスプリッタ
７３  ファイバリング
８０  光ファイバ
８１  コア
８２  クラッド
９１  絶縁性熱伝導性リング
９２  放熱用金属リング
Ｌ１、Ｌ２  レンズ
Ｆ１、Ｆ２  光ファイバ
【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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