(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々希土類元素がドープされたｎ（ｎは１より大きい整数）本のドープファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の入力側光ファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、
前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、
前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの入力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、
前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする
光増幅器。
【請求項２】
各々希土類元素がドープされたｎ（ｎは１より大きい整数）本のドープファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の入力側光ファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、
前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、
前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの出力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、
前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする光増幅器。
【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、更に詳しくは、複数チャネルの光信号の増幅が可能で小型化に適した光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）な石英系の光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバによる損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、光信号（又は信号光）を増幅する光増幅器が実用に供されている。
【０００３】
従来知られているのは、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピングピング（励起）する手段とを備えた光増幅器である。
【０００４】
例えば、石英系ファイバで損失が最も小さい波長１．５５μｍ帯の信号光を増幅するために、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が開発されている。ＥＤＦＡは、光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）と、予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦに供給するためのポンプ光源とを備えている。例えば、０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長１．５５μｍを含む利得帯域が得られる。
【０００５】
一方、光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）がある。ＷＤＭが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信端では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。
【０００６】
ＷＤＭ及び光増幅器を組み合わせてシステムを構築する場合、利得偏差或いは利得傾斜で代表される光増幅器の利得の波長特性によって伝送距離が制限される。例えば、典型的なＥＤＦＡにおいては、波長１．５５μｍの近傍で利得偏差が生じる。カスケード接続された複数のＥＤＦＡについて利得偏差が累積すると、利得が小さい帯域に含まれるチャネルの光ＳＮＲ（信号対雑音比）が悪くなる。従って、高品質な伝送を可能にするためには、光増幅器の利得の波長特性は平坦であることが望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光増幅器の基本構造は単純ではあるが、実際のシステムに組み込んで使用する場合、種々の付加的機能が要求される。例えば、入力パワーレベルの変動に関わらず出力パワーレベルを一定に保つためにＡＬＣ（自動レベル制御）が採用され、これにより入力ダイナミックレンジが広くされる。また、利得の波長特性を一定に保つために、利得が一定に制御される。
【０００８】
このような付加的な機能を得るために、モニタ用の光カプラやフォトディテクタその他の部品が多用される。その結果、部品点数が多くなりがちであり、光増幅器の小型化が困難であった。
【０００９】
なお、光増幅器の小型化のための関連技術として、特開平８−３０４８５５号公報に記載されたものがある。
【００１０】
よって、本発明の目的は、小型化に適した光増幅器を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１２】
本発明の側面によると、各々希土類元素がドープされたｎ（ｎは１より大きい整数）本のドープファイバと、前記ｎ本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の入力側光ファイバと、前記ｎ本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の出力側光ファイバと、ポンプ光を放射する光源コリメータと、前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの入力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする光増幅器が提供される。
【００１３】
本発明の他の側面によると、各々希土類元素がドープされたｎ（ｎは１より大きい整数）本のドープファイバと、前記ｎ本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の入力側光ファイバと、前記ｎ本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の出力側光ファイバと、ポンプ光を放射する光源コリメータと、前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させる単一のフィルタ部材とを備え、前記フィルタ部材は、前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられた複数のフィルタ膜を含み、前記複数のフィルタ膜の各々は、前記光源コリメータより入射され、前記フィルタ膜の配置された位置で反射し、対応する前記ドープファイバの出力端に出力する光に対する反射波長帯域が、前記対応するドープファイバの励起光波長を含むものであり、前記複数のフィルタ膜の、前記反射波長帯域はそれぞれ異なることを特徴とする光増幅器が提供される。
【００１４】
本発明による光増幅器では、ポンプ光を放射する光源コリメータとフィルタ部材とを特定の位置関係で配置しているので、効率的な部品配置等が可能になり、光増幅器の小型化が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明による光増幅器の実施形態を示す一部破断平面図である。また、図２の（Ａ）は図１に示される光増幅器を２Ａ−２Ａ線に沿って見た図であり、図２の（Ｂ）は同じく２Ｂ−２Ｂ線に沿って見た図である。
【００１７】
この光増幅器は、増幅されるべき光信号の伝搬経路に沿って、入力ポートとしての４ポートの光ファイバアレイ２と、レンズアレイ４と、偏光無依存型の光アイソレータ６と、ポンプ光に関連して設けられるフィルタ部材８と、レンズアレイ１０と、ＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）モジュール１２と、レンズアレイ１３と、偏光無依存型の光アイソレータ１４と、レンズアレイ１６と、分岐カプラアレイ１８と、出力ポートとしての４ポートの光ファイバアレイ２０とをこの順に設けて構成されている。また、分岐カプラアレイ１８に付随して４ポートのＰＤ（フォトディテクタ又はフォトダイオード）アレイ２２が設けられており、各部品は基板２３上に実装されている。
【００１８】
光ファイバアレイ２は、４本の光ファイバ２４（＃１〜＃４）を互いに平行に支持して構成されており、これらのファイバには増幅すべき単一の光信号或いは複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光が供給される。光ファイバ２４（＃１〜＃４）の各々にＷＤＭ信号光が供給されている場合、これらは同じ帯域にスペクトルを有するものであっても良いし、異なる帯域にスペクトルを有するものであっても良い。
【００１９】
レンズアレイ４は、光ファイバ２４（＃１〜＃４）の出力端に対向して設けられる４つのレンズ２６を有している。各レンズ２６の集光作用によって、各ファイバの出力端から放射された信号光は一般的にはコリメートされて平行ビームに整形される。
【００２０】
光アイソレータ６及びフィルタ部材８は、レンズ２６によりコリメートされた平行ビームが通過するように設けられている。フィルタ部材８は、各ビームに対して斜めに配置される透明なプレート２８と、プレート２８のビームの通過位置に設けられる４つのフィルタ膜３０（＃１〜＃４）とを備えている。
【００２１】
レンズアレイ１０は、フィルタ膜３０（＃１〜＃４）を透過したビームを集束するための４つのレンズ３２を備えている。
【００２２】
ＥＤＦモジュール１２は、４本のＥＤＦ３６（＃１〜＃４）をボビン３８に巻回して構成されている。レンズ３２により集束させられた光ビームは、それぞれＥＤＦ３６（＃１〜＃４）の入力端に供給される。
【００２３】
レンズアレイ１３は、ＥＤＦ３６（＃１）の入力端と反対側にある出力端にそれぞれ対向するように設けられた４つのレンズ３０を有している。ＥＤＦ３６（＃１〜＃４）の出力端から放射された光は、レンズ４０によりそれぞれ平行ビームにされて、光アイソレータ１４を通過してレンズアレイ１６の４つのレンズ４２により集束させられる。そして、集束させられた光は、分岐カプラアレイ１８によって主信号光とモニタ光に分けられ、主信号光はそれぞれ出力ポートとしての光ファイバアレイ２０を構成している４本の光ファイバ４４（＃１〜＃４）に供給され、モニタ光はＰＤアレイ２２の各ＰＤに供給される。主信号光とモニタ光のパワーの分配比は例えば１０：１である。
【００２４】
フィルタ部材８を介してＥＤＦ３６（＃１〜＃４）の各々にポンプ光を供給するために、光源コリメータ４６が設けられている。光源コリメータ４６は、ポンプ光源に光学的に接続される光ファイバ４８と、光ファイバ４８の出力端から放射されたポンプ光のビームパラメータを変換するためのレンズ５０とをスリーブ５２により所定の位置関係で保持して構成されている。
【００２５】
ビームパラメータを変換されたポンプ光はフィルタ膜３０（＃１〜＃４）の各々で反射されて、プレート２８を透過した増幅されるべき信号光とともにＥＤＦ３６（＃１〜＃４）の各々にその入力端から供給される。
【００２６】
図３を参照すると、図１に示されるフィルタ膜３０（＃１〜＃４）の透過率の波長特性の一例が示されている。フィルタ膜３０（＃１〜＃４）はここでは、それぞれ中心波長λp1〜λp4を中心としてある帯域だけ透過率が０．２％よりも小さく、それ以外の帯域では９８％よりも大きくなるようになっている。波長λp1〜λp4は例えば１．４６乃至１．４８μｍの範囲にあり、これと重ならないように信号波長帯域（例えば１．５３乃至１．６１μｍ）が設定される。従って、ポンプ光はフィルタ膜３０（＃１〜＃４）で反射し、増幅されるべき信号光はフィルタ膜３０（＃１〜＃４）を透過する。
【００２７】
光源コリメータ４６の光ファイバ４８が光学的に接続されるポンプ光源は、図３に示されるポンプ光の帯域を全て含むスペクトルを有する単一の光源であっても良いし、複数の光源からのポンプ光を合波して得られるようにした光源であっても良い。この合波には例えば光マルチプレクサによる波長分割多重や偏波合成を用いることができる。
【００２８】
この実施形態では、透過率の波長特性が異なる複数のフィルタ膜３０（＃１〜＃４）を用いているので、複数の光源をポンプ光源として有している場合に、ＥＤＦ３６（＃１〜＃４）の利得制御等を容易に独立して行なうことができるようになる。また、ＥＤＦ３６（＃１〜＃４）に供給される増幅すべき信号光の帯域が異なる場合等のように、異なる波長のポンプ光をそれぞれ必要とする場合に、容易にこれに対処することができる。
【００２９】
図４は本発明による光増幅器の第２実施形態を示す一部破断平面図である。図５の（Ａ）は図４に示される光増幅器を５Ａ−５Ａ線に沿って見た図であり、図５の（Ｂ）は同じく５Ｂ−５Ｂ線に沿って見た図である。
【００３０】
この実施形態は、図１に示される実施形態が前方励起型光増幅器であるのに対して後方励起型光増幅器である点で特徴付けられる。即ち、図１に示される実施形態では、フィルタ部材８を光アイソレータ６とレンズアレイ１０との間に設けて光源コリメータ４６からのポンプ光が増幅されるべき信号光と同じ方向にＥＤＦ３６（＃１〜＃４）の各々に供給されるようにしているのと対比して、図４に示される実施形態では、フィルタ部材８をレンズアレイ１３と光アイソレータ１４との間に設け、光源コリメータ４６からのポンプ光がＥＤＦ３６（＃１〜＃４）の各々の出力端から各ＥＤＦに供給されるようにしている。
【００３１】
また、この実施形態では、入力ポートにおける各信号光パワーをモニタリングするために、光ファイバアレイ２の出力端とレンズアレイ４との間に分岐カプラアレイ５４を設け、それに付随してＰＤアレイ５６を設けている。
【００３２】
これにより、ＰＤアレイ５６によって信号光の入力パワーを、また、ＰＤアレイ２２によって信号光の出力パワーをモニタリングすることができるので、その両者のモニタリング値からこの光増幅器の利得を容易に知ることができる。例えば、得られた利得に基づいてポンプ光パワーを制御することによって、利得を一定にし或いは利得の波長特性を一定にすることができる。
【００３３】
図６は本発明による光増幅器の第３実施形態を示す側面図である。この実施形態は図４に示される実施形態と対比して、予め定められた形状を有する基板２３を用いることによって、各部品の基板２３への実装を容易にしている点で特徴付けられる。即ち、レンズアレイ４及び１０、光アイソレータ６、フィルタ部材８及び分岐カプラアレイ５４等に関しては、基板２３上に詰５８を形成しておくことによってそれらの位置決めを容易にし、また、ファイバアレイ２及び３６については、基板６０上にＶ溝を設けることによって、それらの位置合わせを容易にしている。
【００３４】
基板２３の材質としてシリコンを用いた場合、異方性エッチング等によりＶ溝６０の形成が容易である。基板２３としてガラスからなるものを用いても良い。
【００３５】
以上説明した実施形態では、ドープファイバとしてＥＤＦを用いている。この場合、ポンプ光の帯域は例えば１４６０乃至１４８０ｍｍ、信号光の帯域は１５００乃至１６２０ｍｍである。
【００３６】
本発明は他の希土類イオンがドープされたドープファイバにも適用可能である。例えば、Ｎｄを採用してポンプ光の帯域を８００乃至８３０ｎｍに設定することによって、信号光の帯域を１３２０乃至１４００ｎｍとすることができる。また、Ｔｍを用い、励起光帯域を１３８０乃至１４１０ｎｍに設定することによって、信号光の帯域を１４５０乃至１５００にすることができる。さらに、Ｐｒを用いて励起光の帯域を９８０乃至１０５０ｎｍに設定することによって、信号光の帯域を１２８０乃至１３４０ｎｍにすることができる。或いはまた、Ｙｂを用い励起光の帯域を９１０乃至９８０ｎｍに設定することによって、信号光の帯域を９７０乃至１１２０ｎｍにすることができる。
【００３７】
以上説明した実施形態によると、光増幅器内におけるＥＤＦ等の余丁処理が不要であり、また、各種部品をアレイ化しているので、光増幅器の小型化が可能である。特に、図６に示される実施形態のように、基板２３を予め定められた形状に加工しておくことによって、各部品の搭載が容易になり、製造が容易な光増幅器の提供が可能になる。
【００３８】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００３９】
（付記１）  各々希土類元素がドープされたｎ（ｎは１より大きい整数）本のドープファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の入力側光ファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの入力端と前記入力側ファイバとの間に設けられ、増幅すべき光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させるフィルタ部材とを備えた光増幅器。
【００４０】
（付記２）  各々希土類元素がドープされたｎ（ｎは１より大きい整数）本のドープファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの入力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の入力側光ファイバと、
前記ｎ本のドープファイバの出力端にそれぞれ光学的に接続されたｎ本の出力側光ファイバと、
ポンプ光を放射する光源コリメータと、
前記光源コリメータの放射領域で且つ前記ドープファイバの出力端と前記出力側ファイバとの間に設けられ、増幅された光信号を透過させると共に前記ポンプ光を反射させて各ドープファイバに入射させるフィルタ部材とを備えた光増幅器。
【００４１】
（付記３）  付記１又は２に記載の光増幅器であって、
前記フィルタ部材は、増幅されるべき光信号に対して透明なプレートと、前記光信号が透過する位置に設けられた複数のフィルタ膜とを含む光増幅器。
【００４２】
（付記４）  付記３に記載の光増幅器であって、
前記複数のフィルタ膜の透過率の波長特性は異なる光増幅器。
【００４３】
（付記５）  付記１又は２に記載の光増幅器であって、
前記光源コリメータは、ポンプ光源に光学的に接続された光ファイバと、前記光ファイバから放射されたポンプ光のビームパラメータを変換するレンズとを含み、
前記ビームパラメータを変換されたポンプ光が前記フィルタ部材に照射される光増幅器。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、小型化に適した光増幅器の提供が可能になるという効果が生じる。本発明の特定の実施形態により得られる効果は以上説明した通りであるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による光増幅器の第１実施形態を示す一部破断平面図である。
【図２】図２の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１に示される光増幅器を２Ａ−２Ａ線及び２Ｂ−２Ｂ線に沿って見た図である。
【図３】フィルタ部材の特性を示すグラフである。
【図４】本発明による光増幅器の第２実施形態を示す一部破断平面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図４に示される光増幅器を５Ａ−５Ａ線及び５Ｂ−５Ｂ線に沿って見た図である。
【図６】図６は本発明による光増幅器の第３実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
２，２０  ファイバアレイ
４，１０，１３，１６  レンズアレイ
８  フィルタ部材
１２  ＥＤＦモジュール
４６  光源コリメータ
【図１】
0004043740.tif 000002
【図２】
0004043740.tif 000003
【図３】
0004043740.tif 000004
【図４】
0004043740.tif 000005
【図５】
0004043740.tif 000006
【図６】
0004043740.tif 000007