JP3822657B2 - Optical fiber amplifier - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は光伝送装置における光増幅器、特に、海底中継器など高い信頼性が要求される光ファイバ増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバ通信の低損失波長域とされている1.55μm帯において一般的に使用されている光増幅器は、希土類のエルビウムを添加した光ファイバに、0.98μmあるいは1.48μmの励起光が加えられることによって光ファイバ中のエルビウムイオンが該励起光により活性化され、1.55μm帯の光信号を誘導増幅するという原理に基づく光増幅器であり、これを光ファイバ増幅器と呼ぶ。この光ファイバ増幅器は、高効率・高利得であるとともに、利得が偏光状態にほとんど依存しないことから長距離光通信システムの光信号中継用の増幅器として用いられている。
【0003】
この光ファイバ増幅器の基本構成を図7に示す。図7において、101および102は光信号の伝搬方向を一方向に制限する光アイソレータ、103はエルビウムが添加された光ファイバ(以下、「エルビウムドープファイバ」と称する。)、104は励起光源、105はエルビウムドープファイバ103に励起光源104の出力を合成するための光合波器である。
【0004】
この光ファイバ増幅器に入力される1.55μm帯の光信号LINは、光アイソレータ101および光合波器105を通って、エルビウムドープファイバ103に導かれ、エルビウムドープファイバ103を通過する際に励起光源104からの励起光パワーを受け増幅される。増幅された光信号は光アイソレータ102を介してLOUTとして出力される。光合波器105には0.98μm/1.55μmあるいは1.48μm/1.55μmの波長多重用方向性結合器が一般的に使用されており、0.98μmあるいは1.48μm帯の励起光と1.55μm帯の信号光を効率良く一本のファイバに導波することができるようになされている。
【0005】
また、この構成例では、光合波器105は光アイソレータ101とエルビウムドープファイバ103との間に設置され、励起光が信号光と同一の伝搬方向に伝搬し、エネルギーを与えるように構成されているが、光合波器105を、エルビウムドープファイバ103と光アイソレータ102との間に、励起光がエルビウムドープファイバ103に入射するように設置して、信号光の伝搬方向と励起光の伝搬方向とが逆になるように構成しても同様な増幅効果を得ることができるものである。前者、すなわち図7に示した構成例を前方励起、後者を後方励起と呼ぶ。
【0006】
なお、エルビウムドープファイバ103の増幅方向には可逆性があるので、光アイソレータ101および102を用いることによって光信号の伝搬方向を制限し、多重反射によって光増幅器が発振することを防止している。しかし、信号光の入力側の光アイソレータ101は、入力側が長尺の光ファイバに直接融着接続され、高い反射減衰量が保たれている場合には、これを省略することができる。
【0007】
さて、このような光ファイバ増幅器は、0.98μmあるいは1.48μmの励起光をある一定以上のパワーで連続的に供給しなければ動作しない。この励起光は、通常、半導体レーザーダイオードにより発振させているが、高信頼の光ファイバ増幅器を実現するためには励起用半導体レーザーダイオードを冗長化することが必要である。
図8の(a)および(b)に、増幅器の高信頼化を図るために励起光源が冗長化された光ファイバ増幅器の例を示す。図8の(a)において、106は予備の励起光源、107は励起光源104と励起光源106の励起光出力を低損失で切り替えるための光スイッチである。本構成例では励起光源を2台有しているため、通常、励起光源104でエルビウムドープファイバ103を励起している状態で励起光源104が故障した場合であっても、光スイッチ107により励起光を励起光源106側に切り替えることによって、光増幅器の増幅機能が失われることがない。
ただし、この構成例は光源の切替用に光スイッチ107を用いているため、可動部分があり、かつ、切替時間が遅いために余り使用されていない。
【0008】
図8の(b)に示すものは、図8の(a)の構成例における上記欠点を解消したものである。この構成例においては、光スイッチ107の代わりに偏光合成結合器108が設けられている。偏光合成結合器108は、2つの直交した偏光入力を1つのポートに効率良く合成出力する受動部品であり、励起光源104と励起光源106の出力偏光を直交して入力することにより、それぞれの光が1本の光ファイバに低損失で導波される。したがって、通常励起光源104でエルビウムドープファイバ103を励起している状態において、励起光源104が故障した場合であっても、励起光源104への電流供給を中止して、代わりに励起光源106に電流を印加することによって光増幅器の増幅機能を失うことがない。
また、励起光源104と励起光源106とを通常の1/2の出力に設定して連続駆動させるようにしても、それによりそれぞれの励起光源の故障の発生を減少させることができるため、信頼性を高めることが可能である。
【0009】
しかしながら、1台の光ファイバ増幅器に2台の励起光源を使用することは、光増幅器の信頼性を向上することはできるが、コストが増加する問題が生じてしまう。光ファイバ増幅器を通信用の光中継器として使用する場合、通常、光中継器は送受双方向の中継を行うために、上り線路と下り線路用に少なくとも2台の光増幅器が使用されている。このような状況下において、上記したような励起光源の冗長手段を適用すると、1つの中継回路に4台の励起光源を必要とするため、経済的に好ましくない。この問題を経済的に解決する手段が、米国特許第5173957号明細書により提案されている。
【0010】
図9は、この提案されている方式の構成図である。図9において、100は上り用増幅ユニット、100’は下り用増幅ユニット、109は光合分波器である。上り用増幅ユニット100および下り用増幅ユニット100’の内部は、これまで説明した光ファイバ増幅器と同じものであり、下り用増幅ユニット100’と上り用増幅ユニット100の内部における同一機能を有するものは「’」を付して、説明の簡素化を図るとともに複雑化を避けることとする。この図において、光合分波器109は、2つの励起光源104と106の出力を合成・分岐して2つの光増幅器に供給するものである。すなわち、光合分波器109のポートP1から入射した励起光源104の光はポートP3とポートP4に2分岐され、ポートP2から入射した励起光源106の光はポートP4とポートP3に2分岐される。したがって、一方の励起光源が故障して励起光を発しなくなっても、他方から発せられる励起光により双方の光増幅器が動作できるという利点を有しており、光増幅器としての信頼性が向上している。また、2台の光増幅器を2台の励起光源で励起しているため、経済的である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記図9に示した従来技術においては、2つの励起光を光合分波器109で合成・分岐しているため、光合分波器109の2つの出力ポートP3およびP4からの出力レベルは光合分波器109の分岐比によって決定されてしまうため、光ファイバ増幅器に供給される励起光レベルの整合を図るためには、光合分波器109の分岐比そのものを調整することが必要であった。しかしながら、一般に、光合分波器109に分岐比の調整機構を設けようとすると、出力レベルや分岐比が不安定になるとともに、外部環境に対して動作が極めて不安定となり、これらを安定化するためには高度な技術が必要とされる。
【0012】
また、光ファイバ増幅器の利得は励起光パワーによって変化するが、同じ励起光パワーで光増幅器の利得を同じにすることは困難である。なぜなら、増幅用ファイバ内の希土類イオンの濃度やファイバの長さ、光部品の挿入損失や通常ファイバとの接続点における接続損失などが不均一であり、全く同じ性能の光ファイバ増幅器を製造することは極めて困難であり、経済的にも不利である。
したがって、これを解決するためにはエルビウムドープファイバ103および103’に供給する励起光パワーをそれぞれ調整して、それぞれの光増幅器の利得や出力光レベルを予め定められた値に調整することが必要となる。
【0013】
したがって、本発明は、光ファイバ増幅器の利得を容易に調整することが可能な信頼性の高い光ファイバ増幅器を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光ファイバ増幅器は、励起光を供給することによって光信号を増幅する希土類イオンをドープした光ファイバと、前記励起光を発生する光源とを備える光ファイバ増幅器において、2つの前記光ファイバと、3つの励起光を発生する光源と、該3つの光源の出力を合成ならびに分岐して前記2つの光ファイバに励起光を供給する3×2カップラとから構成されるものである。そして、前記3×2カップラが、1つの偏光面保持型分波器と2つの偏光合波器とを備えたもの、あるいは、2つの偏光ビームスプリッタと偏波保持型光ファイバを用いた3つの入力ポートと光ファイバを用いた2つの出力ポートとを備え、それぞれの入力ポートにおける励起光の偏光状態が予め定められた状態で入力されているものであり、また、前記3×2カップラの出力の2端子にそれぞれ光アイソレータを備えたものである。
【0015】
さらに、本発明の光ファイバ増幅器は、励起光を供給することによって光信号を増幅する希土類イオンをドープした光ファイバと、2つの偏光ビームスプリッタと、3つの励起光源とを備え、予め定められた偏光状態の出力光を得るようにそれぞれの励起光源が固定されるとともに、2つの偏光ビームスプリッタの偏光合成出力を取り出す手段が講じられ、該2つの出力がそれぞれ2つの希土類イオンドープ光ファイバに励起されるようになされているものである。そして、前記励起光源からの予め定められた偏光状態の出力光を得る手段として、励起光源と偏光ビームスプリッタ、あるいは、偏光ビームスプリッタと偏光ビームスプリッタとの間にλ/2位相板が設置されたものである。
【0016】
【作用】
このように構成された本発明の光ファイバ増幅器においては、3つの励起光源を備え、第1の励起光源により発生される光はほぼ全部が上り用増幅ユニットに励起光として供給され、第2の励起光源により発生される光はほぼ全部が下り用増幅ユニットに励起光として供給され、さらに第3の励起光源により発生される光は、二分されて、それぞれ、上り用増幅ユニットと下り用増幅ユニットとに励起光として供給されるので、いずれか一つの励起光源が故障して発光を停止しても光ファイバ増幅器の増幅機能が失われることがなく、また、第1あるいは第2の励起光源の発光強度を調整すること、あるいは、第3の励起光源により発生される光の偏光の主軸角度を調整することによって、上り用増幅ユニットおよび下り用増幅ユニットのレベルを容易に調整することができるものである。
【0017】
【実施例】
図1に本発明の一実施例の構成例を示す。この図において、1、2および3は励起光源、10は、I1、I2およびI3の3つの入力ポートとO1およびO2の2つの出力ポートを有し、該3つの入力ポートから入力される光を合成ならびに分岐して出力ポートO1およびO2に出力する光合成・分岐装置であり、以下、これを「3×2カップラ」と呼ぶこととする。また、上り用増幅ユニットおよび下り用増幅ユニット内の光アイソレータ101、101’、102および102’、光合波器105および105’、エルビウムドープファイバ103および103’は、いずれも、これまでに説明したものと同様であり、これらについての詳細な説明は省略する。
【0018】
このように構成された光ファイバ増幅器において、3つの励起光源1、2および3から発生される励起光は、それぞれ、3×2カップラ10の入力ポートI1、I2およびI3に入射される。3×2カップラ10において、各入力ポートから入射された励起光が合成ならびに分岐され、出力ポートO1およびO2に出力される。すなわち、励起光源1から入力ポートI1に入射された光は損失分を除いてそのほとんど全部が出力ポートO1に、励起光源2から入力ポートI2に入射された励起光は損失分を除きそのほとんど全部が出力ポートO2に、励起光源3から入力ポートI3に入力された励起光は2分割されて、それぞれ、出力ポートO1およびO2に出力されるように構成されている。
【0019】
そして、出力ポートO1から出力された励起光は上り用増幅ユニットの光合波器105に印加されて、エルビウムドープファイバ103に入射され、これにより、エルビウムドープファイバ103において光アイソレータ101を通過してきた信号光LINが増幅される。エルビウムドープファイバ103において増幅された上り回線の信号光は光アイソレータ102を介して出力LOUTとして出力される。
一方、3×2カップラ10の出力ポートO2から出力される励起光は下り用増幅ユニットの光合波器105’に印加され、エルビウムドープファイバ103’に入射される。これにより、光アイソレータ101’を通過してきた下り回線の信号光LIN’がエルビウムドープファイバ103’において光増幅され、光アイソレータ102’を介して出力LOUT’として出力される。
【0020】
本発明によれば、このように構成されているので、励起光源1に供給する電流を制御することにより、出力ポートO1から出力される励起光のパワーを出力ポートO2から出力される励起光と独立して制御することができ、逆に、励起光源2に供給する電流を制御することにより出力ポートO2から出力される励起光パワーを独立に制御することができる。したがって、エルビウムドープファイバ103および103’に供給する励起光パワーを独立に調整することが可能となり、上り用光ファイバ増幅器と下り用光ファイバ増幅器の利得を独立して調整することが可能となる。
【0021】
また、励起光源1〜3の3つの励起光源を用いて所要の励起光パワーを得ているため、励起光源一台当りの励起光パワーは2つの励起光源を使用する場合の2/3となり、各励起光源の故障発生確率を減少することができ、信頼性が向上する。さらに、いずれか1台の励起光源に故障が発生したとしても、励起光パワーが零になることはなく、光ファイバ増幅器の増幅機能は失われることがないので、光ファイバ増幅器の信頼性を向上することができるものである。
【0022】
図2に3×2カップラ10の第1の構成例を示す。図2において、1、2および3は半導体レーザダイオードなどからなる励起光源であり、上述したものと同一である。11は偏光保持分波器であり、入力端から入射された光をその偏光状態を保持したまま2分割して2つの出力端に出力するものである。このような偏光保持分波器としては、ビームスプリッタなどを用いることができる。12および13は偏光合成結合器であり、たとえば、直交する2つの入力端を有しており、P偏光の光はそのまま透過し、S偏光の光は100%反射するような偏光ビームスプリッタでは、一方の入力端からP偏光の光を入力し他方の入力端からS偏光の光を入力すると、両者の合成された出力が単一の出力端から出力されるように構成されているものである。このほか偏光合成結合器としては、偏光保持光ファイバで作られたカップラも使用することができる。
【0023】
このように構成された3×2カップラ10において、各励起光源1〜3により発生される励起光が、偏光面を保持して、3×2カップラ10の各入力ポートI1〜I3を介して3×2カップラ10に入力される。ここでは、励起光源1および励起光源2からはP偏光の光が、また、励起光源3からはS偏光の光が入力されるようになされている。励起光源1において発振されたP偏光の励起光は、入力ポートI1を介して偏光合成結合器12の一方の入力から入射され、励起光源2により発生されたP偏光の励起光は入力ポートI2を介して偏光合成結合器13の一方の入力から入射される。また、励起光源3において発振されたS偏光の励起光は偏光保持分波器11において2つに分割され、偏光保持分波器11の2つの出力は、それぞれ、偏光合成結合器12および偏光合成結合器13の他方の入力に入射される。なお、図中の縦線はP偏光を表わし、丸はS偏光を表わしている。
【0024】
励起光源1において発生されたP偏光の励起光と、偏光保持分波器11から入射されるS偏光の励起光源3により発生された励起光の1/2のパワーの光が、偏光合成結合器12において合成され、3×2カップラ10の出力ポートO1に出力される。この出力光は図1に示す上り用増幅ユニットの光合波器105に入射される。また、同様にして、励起光源2において発生されたP偏光の励起光と、偏光保持分波器11から入射されるS偏光の励起光源3により発生された励起光の1/2のパワーの光が、偏光合成結合器13において合成され、3×2カップラ10の出力ポートO2に出力される。この出力光は図1に示す下り用増幅ユニットの光合波器105’に入射される。
【0025】
なお、各励起光源1〜3において発振される光を、その偏光を保持して偏光保持分波器11あるいは偏光合成分波器12および13に入射するためには、各光源から発生される光を、偏光保持光ファイバあるいは空間伝搬により入力端に結合させるようにすればよい。
【0026】
図3に、3×2カップラ10の第2の構成例を示す。この図において、1〜3は半導体レーザダイオードなどからなる励起光源、10は3×2カップラである。I1〜I3は3×2カップラ10の入力ポートであり、それぞれ、各励起光源1〜3から偏光保持光ファイバを介して供給される光を平行光に変換するためのファイバコリメータが設けられている。O1およびO2は3×2カップラ10の出力ポートであり、それぞれ、3×2カップラ10から出力される光を光ファイバに入射するためのファイバコリメータが設けられている。これらの出力ポートO1およびO2から光ファイバに出力される光は、それぞれ、図1における上り用増幅ユニットの光合波器105および下り用増幅ユニットの光合波器105’に導かれる。14および15は偏光ビームスプリッタであり、P偏光の光はほぼ100%透過し、S偏光の光はほぼ100%反射するものである。
【0027】
このように構成された3×2カップラ10において、励起光源1において発生された光は偏光保持光ファイバを介して3×2カップラ10の入力ポートI1に設けられたファイバコリメータに導かれ、P偏光の光が偏光ビームスプリッタ14に入射される。この光は偏光ビームスプリッタ14を透過して出力ポートO1に結合される。また、励起光源2において発振される光は、偏光保持光ファイバを介して入力ポートI2からS偏光の光が入力されるようになされている。この入力ポートI2からのS偏光の入力光は偏光ビームスプリッタ15に入射され、該偏光ビームスプリッタ15において全反射されて出力ポートO2に導かれる。
【0028】
一方、励起光源3において発振された光は、偏光保持光ファイバを介して偏光面の主軸が45°傾けられて、入力ポートI3から入射される。この光は、偏光面が45°傾けられているので、等しい大きさのP偏光成分とS偏光成分とからなっており、P偏光成分は偏光ビームスプリッタ15を透過して出力ポートO2に導かれる。一方、S偏光成分は、偏光ビームスプリッタ15において反射され、偏光ビームスプリッタ14に入射され、偏光ビームスプリッタ14においても全反射されて出力ポートO1に導かれることとなる。すなわち、励起光源3において発生された光は2等分されて、その一方が出力ポートO2に導波され、他方が出力ポートO1に導波されることとなる。
【0029】
このようにして、入力ポートI1から入射された光は出力ポートO1に、入力ポートI2から入射された光は出力ポートO2に、ほとんど損失を受けることなく結合される。また、入力ポートI3から入射された光は、2分岐されて出力ポートO1と出力ポートO2とに結合される。ここで、入力ポートI3から入力される光の偏光面を調整することによって、偏光ビームスプリッタ15におけるP偏光成分とS偏光成分のレベル比を調整することができるので、出力ポートO1と出力ポートO2とにおける出力レベルの平衡度を調整することが可能である。また、上述した第1の構成例の場合のように、励起光源1および励起光源2の発光強度を調整することによっても、2つの出力ポートから出力される励起光の出力レベルの平衡度を調整することができる。
【0030】
なお、上記においては、励起光源3から入力ポートI3に偏光面の主軸が45度傾けられている直線偏光の光が入力されるようにしているが、入力ポートI3から完全円偏光の光を入力させるようにしても同様に動作をするものである。
【0031】
図4は、3×2カップラ10の第3の構成例を示す図である。この図に記載された構成例は、偏光ビームスプリッタ14の出力側と出力ポートO1との間、および、偏光ビームスプリッタ15の出力側と出力ポートO2との間に、それぞれ、光アイソレータ16および17が挿入されている点で、図3に示した第2の構成例と相違している。通常は、各励起光源1〜3の内部にそれぞれ光アイソレータを設けて、反射してくる光による不要な発振や動作特性の悪化を防止しているが、この図4に示すように光アイソレータ16および17を設けることにより各励起光源1〜3にそれぞれ光アイソレータを設ける必要がなくなるため、各励起光源の中に光アイソレータを設ける場合と比較して光アイソレータの数を一つ減らすことができ経済的である。
【0032】
上記した各実施例においては、いずれも、3×2カップラと各励起光源とを別体に構成するものであったが、これらを一体化して設けることによって、よりコンパクトで、かつ、安定した構造を有する励起光の供給源を提供することができる。図5および図6を用いて、このように構成した実施例について説明する。
【0033】
図5において、20は2つの出力ポートO1およびO2を有する励起光源モジュールである。この励起光源モジュールの内部には、偏光ビームスプリッタ14および15、光アイソレータ16および17、半導体レーザダイオード21、22および23が設けられている。半導体レーザダイオード21は、P偏光の光が偏光ビームスプリッタ14に入射されるように励起光源モジュール20に取り付けられている。半導体レーザダイオード22は、S偏光の光が偏光ビームスプリッタ15に入射するような位置になるように励起光源モジュール20に取り付けられている。また、半導体レーザダイオード23は、偏光ビームスプリッタ15に入射される光が45°の偏光角度を有するように45°傾けられて励起光源モジュール20に取り付けられている。なお、これらの半導体レーザダイオードは最適角度になるように調整され、例えば、YAG溶接などにより、励起光源モジュール20に取り付けられる。
【0034】
このように構成された励起光源モジュール20において、半導体レーザダイオード21により発振されたP偏光の光は、偏光ビームスプリッタ14に入射され、偏光ビームスプリッタ14を透過して光アイソレータ16を介して出力ポートO1のファイバコリメータに出力される。半導体レーザダイオード22において発振されたS偏光の光は、偏光ビームスプリッタ15に入射され、全反射されて光アイソレータ17を介して出力ポートO2のファイバコリメータに出力される。
【0035】
半導体レーザダイオード23において発振された45°の偏光角度を有する光は、偏光ビームスプリッタ15に入射される。この光は、等しい大きさのP偏光成分とS偏光成分とに分解されるので、偏光ビームスプリッタ15において、その1/2が透過され、1/2が反射される。偏光ビームスプリッタ15を透過した半導体レーザーダイオード23により発振された光の1/2は、光アイソレータ17を介して出力ポートO2のファイバコリメータに出力される。一方、偏光ビームスプリッタ15において反射された半導体レーザダイオード23において発振された光のS偏光成分は偏光ビームスプリッタ14に入射され、該偏光ビームスプリッタ14においてさらに反射され、光アイソレータ16を介して出力ポートO1のファイバコリメータに出力される。
【0036】
このようにして、励起光源モジュール20の出力ポートO1からは半導体レーザダイオード21において発振されたP偏光の光および半導体レーザダイオード23において発振された光の1/2が出力され、図1に示すエルビウムドープファイバの励起光入力用光合波器105に導入される。また、励起光源モジュール20の出力ポートO2からは半導体レーザダイオード22において発振されたS偏光の光および半導体レーザダイオード23において発振された光の1/2が出力され、図1に示すエルビウムドープファイバの励起光入力用光合波器105’に導入されることとなる。
【0037】
図6は、励起光源モジュールの別の構成例を示す図である。図6においては、図5におけるものと同一のものについては同一の番号を付しその詳細な説明は省略する。この図に記載された構成例においては、半導体レーザダイオード23が半導体レーザダイオード21と同一の方向に取り付けられている点、および、半導体レーザダイオード23と偏光ビームスプリッタ15との間にλ/2位相板24が設置されている点で図5に示した構成例と相違している。このように構成された励起光源モジュール20において、半導体レーザダイオード23から発生されるP偏光の光は、λ/2位相板24に入射される。このλ/2位相板24において、入射された光は45°偏光面が回転されて偏光ビームスプリッタ15に入射される。
【0038】
すなわち、図6に示した構成例は、図5に記載したもののように半導体レーザダイオード23を45°傾けて取り付ける代わりに、半導体レーザダイオード23の取り付け方向は通常行なわれる垂直あるいは水平とし、λ/2位相板を用いることによって、偏光面を45°回転させるようにしたものである。このように構成することによって、半導体レーザダイオードの取り付け作業が容易になり、かつ、λ/2位相板の回転角度を調整することにより、上り下り両光ファイバ増幅器の増幅度の調整を容易に行うことができるようになるものである。
【0039】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、3台の励起光源で2台の光ファイバ増幅器を駆動することができ、励起光源の冗長構成を確保することができる。したがって、経済的で信頼性の高い光ファイバ増幅器を実現することができる。また、個々の光ファイバ増幅器の出力レベルを個別に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光ファイバ増幅器の一実施例を示す図である。
【図2】 本発明の光ファイバ増幅器における3×2カップラの一構成例を示す図である。
【図3】 本発明の光ファイバ増幅器における3×2カップラの他の構成例を示す図である。
【図4】 本発明の光ファイバ増幅器における3×2カップラのさらに他の構成例を示す図である。
【図5】 本発明の光ファイバ増幅器における励起光源モジュールの一構成例を示す図である。
【図6】 本発明の光ファイバ増幅器における励起光源モジュールの他の構成例を示す図である。
【図7】 光ファイバ増幅器の構成を示す図である。
【図8】 従来の冗長構成を有する光ファイバ増幅器の構成を示す図である。
【図9】 従来の冗長構成を有する光ファイバ増幅器の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
1、2、3 励起光源
10 3×2カップラ
11 偏光保持分波器
12、13 偏光合成結合器
14、15 偏光ビームスプリッタ
16、17 光アイソレータ
20 励起光源モジュール
21、22、23 半導体レーザダイオード
24 λ/2位相板
100 上り用増幅ユニット
100’ 下り用増幅ユニット
101、101’、102、102’ 光アイソレータ
103、103’ エルビウムドープファイバ
104、106 励起光源
105、105’ 光合波器
107 光スイッチ
108 偏光合成結合器
109 光合分波器[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an optical amplifier in an optical transmission apparatus, and more particularly to an optical fiber amplifier that requires high reliability such as a submarine repeater.
[0002]
[Prior art]
An optical amplifier generally used in the 1.55 μm band, which is regarded as a low-loss wavelength region for optical fiber communications, adds 0.98 μm or 1.48 μm excitation light to an optical fiber doped with rare earth erbium. This is an optical amplifier based on the principle that erbium ions in the optical fiber are activated by the pumping light to induce and amplify an optical signal in the 1.55 μm band, and this is called an optical fiber amplifier. This optical fiber amplifier is used as an optical signal relay amplifier in a long-distance optical communication system because it has high efficiency and high gain and the gain hardly depends on the polarization state.
[0003]
The basic configuration of this optical fiber amplifier is shown in FIG. In FIG. 7, 101 and 102 are optical isolators that limit the propagation direction of an optical signal in one direction, 103 is an optical fiber to which erbium is added (hereinafter referred to as “erbium-doped fiber”), 104 is a pumping light source, and 105. Is an optical multiplexer for synthesizing the output of the
[0004]
The optical signal LIN in the 1.55 μm band input to this optical fiber amplifier is guided to the erbium doped
[0005]
Further, in this configuration example, the
[0006]
Since the amplification direction of the erbium doped
[0007]
Now, such an optical fiber amplifier does not operate unless 0.98 μm or 1.48 μm pumping light is continuously supplied with a certain power or more. This pumping light is usually oscillated by a semiconductor laser diode. However, in order to realize a highly reliable optical fiber amplifier, it is necessary to make the pumping semiconductor laser diode redundant.
FIGS. 8A and 8B show an example of an optical fiber amplifier in which a pumping light source is made redundant in order to increase the reliability of the amplifier. In FIG. 8A, 106 is a spare excitation light source, and 107 is an optical switch for switching the excitation light output of the
However, since this configuration example uses the optical switch 107 for switching the light source, there are movable parts and the switching time is slow, so it is not used much.
[0008]
FIG. 8B shows a solution to the above-mentioned drawback in the configuration example of FIG. In this configuration example, a
Further, even if the
[0009]
However, using two pumping light sources for one optical fiber amplifier can improve the reliability of the optical amplifier, but raises the problem of increased cost. When an optical fiber amplifier is used as a communication optical repeater, the optical repeater normally uses at least two optical amplifiers for upstream and downstream lines in order to perform bidirectional transmission and reception. Under such circumstances, applying the excitation light source redundancy means as described above is not economically preferable because one excitation circuit requires four excitation light sources. A means for economically solving this problem is proposed by US Pat. No. 5,173,957.
[0010]
FIG. 9 is a block diagram of this proposed method. In FIG. 9, reference numeral 100 denotes an upstream amplification unit, 100 'denotes a downstream amplification unit, and 109 denotes an optical multiplexer / demultiplexer. The inside of the upstream amplification unit 100 and the downstream amplification unit 100 ′ is the same as the optical fiber amplifier described so far, and the downstream amplification unit 100 ′ and the upstream amplification unit 100 have the same functions inside. "'" Is attached to simplify the explanation and avoid complication. In this figure, an optical multiplexer /
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art shown in FIG. 9, since the two excitation lights are combined and branched by the optical multiplexer /
[0012]
Further, although the gain of the optical fiber amplifier varies depending on the pumping light power, it is difficult to make the gain of the optical amplifier the same with the same pumping light power. This is because an optical fiber amplifier with exactly the same performance is produced, with the concentration of rare earth ions in the amplification fiber, fiber length, insertion loss of optical components, and connection loss at the connection point with normal fibers being uneven. Is extremely difficult and economically disadvantageous.
Therefore, in order to solve this, it is necessary to adjust the pumping light power supplied to the erbium-doped
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable optical fiber amplifier capable of easily adjusting the gain of the optical fiber amplifier.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an optical fiber amplifier according to the present invention comprises an optical fiber doped with rare earth ions for amplifying an optical signal by supplying pumping light, and a light source for generating the pumping light. 2, two optical fibers, a light source that generates three pump lights, and a 3 × 2 coupler that combines and branches the outputs of the three light sources and supplies the two optical fibers with pump light. Is. The 3 × 2 coupler includes one polarization plane maintaining duplexer and two polarization multiplexers, or three using two polarization beam splitters and polarization maintaining optical fibers. An input port and two output ports using optical fibers are provided, and the polarization state of the excitation light at each input port is input in a predetermined state, and the output of the 3 × 2 coupler These two terminals are each provided with an optical isolator.
[0015]
Furthermore, the optical fiber amplifier of the present invention includes an optical fiber doped with rare earth ions that amplifies an optical signal by supplying pumping light, two polarization beam splitters, and three pumping light sources. Each excitation light source is fixed so as to obtain output light in a polarization state, and means for taking out the combined polarization output of the two polarization beam splitters are provided, and the two outputs are respectively pumped into two rare earth ion doped optical fibers. It is something that is made to be done. As a means for obtaining output light in a predetermined polarization state from the excitation light source, a λ / 2 phase plate is installed between the excitation light source and the polarization beam splitter, or between the polarization beam splitter and the polarization beam splitter. Is.
[0016]
[Action]
The optical fiber amplifier of the present invention configured as described above includes three pumping light sources, and almost all of the light generated by the first pumping light source is supplied as pumping light to the upstream amplification unit. Almost all of the light generated by the pumping light source is supplied as pumping light to the downstream amplification unit, and further, the light generated by the third pumping light source is divided into two parts, the upstream amplification unit and the downstream amplification unit, respectively. Therefore, the amplification function of the optical fiber amplifier is not lost even if any one of the pumping light sources fails and the light emission is stopped, and the first or second pumping light source is not lost. By adjusting the emission intensity or adjusting the principal axis angle of the polarization of the light generated by the third excitation light source, the upstream amplification unit and the downstream amplification unit are controlled. In which it is possible to easily adjust the Le.
[0017]
【Example】
FIG. 1 shows a configuration example of an embodiment of the present invention. In this figure, 1, 2 and 3 are excitation light sources, 10 has three input ports I 1, I 2 and I 3 and two output ports O 1 and
[0018]
In the optical fiber amplifier configured as described above, the pumping lights generated from the three pumping
[0019]
Then, the excitation light output from the output port O1 is applied to the
On the other hand, the excitation light output from the output port O2 of the 3 × 2
[0020]
According to the present invention, since it is configured as described above, by controlling the current supplied to the excitation light source 1, the power of the excitation light output from the output port O1 is changed to the excitation light output from the output port O2. The pumping light power output from the output port O2 can be independently controlled by controlling the current supplied to the pumping
[0021]
Moreover, since the required pumping light power is obtained using the three pumping light sources 1 to 3, the pumping light power per pumping light source is 2/3 of the case where two pumping light sources are used. The failure occurrence probability of each excitation light source can be reduced, and the reliability is improved. Furthermore, even if a failure occurs in any one of the pumping light sources, the pumping light power will not become zero, and the amplification function of the optical fiber amplifier will not be lost, improving the reliability of the optical fiber amplifier. Is something that can be done.
[0022]
FIG. 2 shows a first configuration example of the 3 × 2
[0023]
In the 3 × 2
[0024]
The P-polarized excitation light generated in the excitation light source 1 and the light having half the power of the excitation light generated by the S-polarized excitation light source 3 incident from the polarization holding demultiplexer 11 are combined into the polarization beam combiner. 12, and is output to the output port O <b> 1 of the 3 × 2
[0025]
In order to make the light oscillated in each of the excitation light sources 1 to 3 enter the polarization maintaining demultiplexer 11 or the
[0026]
FIG. 3 shows a second configuration example of the 3 × 2
[0027]
In the 3 × 2
[0028]
On the other hand, the light oscillated in the excitation light source 3 is incident from the input port I3 through the polarization maintaining optical fiber with the principal axis of the polarization plane being inclined by 45 °. Since this polarization plane is inclined by 45 °, the light is composed of a P-polarized component and an S-polarized component having the same magnitude, and the P-polarized component is transmitted through the
[0029]
In this way, light incident from the input port I1 is coupled to the output port O1, and light incident from the input port I2 is coupled to the output port O2 with little loss. The light incident from the input port I3 is branched into two and coupled to the output port O1 and the output port O2. Here, by adjusting the polarization plane of the light input from the input port I3, the level ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in the
[0030]
In the above description, linearly polarized light whose principal axis of polarization plane is inclined by 45 degrees is input from the excitation light source 3 to the input port I3. However, completely circularly polarized light is input from the input port I3. Even if it is made to operate, it operates similarly.
[0031]
FIG. 4 is a diagram illustrating a third configuration example of the 3 × 2
[0032]
In each of the above-described embodiments, the 3 × 2 coupler and each excitation light source are configured separately, but by providing them integrally, a more compact and stable structure is provided. A source of excitation light having the following can be provided. The embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
[0033]
In FIG. 5, reference numeral 20 denotes an excitation light source module having two output ports O1 and O2. Inside the excitation light source module,
[0034]
In the excitation light source module 20 configured as described above, the P-polarized light oscillated by the
[0035]
The light having a 45 ° polarization angle oscillated in the
[0036]
In this way, P-polarized light oscillated in the
[0037]
FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example of the excitation light source module. 6, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the configuration example shown in this figure, the
[0038]
That is, in the configuration example shown in FIG. 6, instead of mounting the
[0039]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, two optical fiber amplifiers can be driven by three pumping light sources, and a redundant configuration of the pumping light sources can be ensured. Accordingly, an economical and highly reliable optical fiber amplifier can be realized. In addition, the output level of each optical fiber amplifier can be individually adjusted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical fiber amplifier according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a 3 × 2 coupler in the optical fiber amplifier of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the 3 × 2 coupler in the optical fiber amplifier of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing still another configuration example of the 3 × 2 coupler in the optical fiber amplifier of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a pumping light source module in the optical fiber amplifier of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the excitation light source module in the optical fiber amplifier of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical fiber amplifier.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional optical fiber amplifier having a redundant configuration.
FIG. 9 is a diagram showing another configuration of a conventional optical fiber amplifier having a redundant configuration.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 Excitation light source
10 3 × 2 coupler
11 Polarization-maintaining demultiplexer
12, 13 Polarization combiner
14, 15 Polarizing beam splitter
16, 17 Optical isolator
20 Excitation light source module
21, 22, 23 Semiconductor laser diode
24 λ / 2 phase plate
100 Up amplification unit
100 'Downward amplification unit
101, 101 ', 102, 102' optical isolator
103, 103 ′ Erbium-doped fiber
104, 106 Excitation light source
105, 105 'optical multiplexer
107 Optical switch
108 Polarization combiner
109 Optical multiplexer / demultiplexer
Claims (1)
前記一対の光ファイバ増幅器に供給する励起光を発生する3個の光源と、
前記3個の光源の出力を合成した後に分岐し、前記一対の光ファイバ増幅器に前記3個の光源を分配して供給するための3×2カップラとを備え、
前記3×2カップラは第1の偏波面を有するレーザ光を出力する第1のレーザ光と、
第2の偏波面を有するレーザ光を出力する第2のレーザ光と、
前記第1の偏波面、及び前記第2の偏波面を含むレーザ光を出力する第3のレーザ光が入力され、
前記第1のレーザ光は前記第1の偏波面のレーザ光を透過し、前記第2の偏波面のレーザ光を反射する第1の偏光ビームスプリッタを介して第1の光ファイバ増幅器に供給され、
前記第2のレーザ光は前記第2の偏波面のレーザ光を透過して前記第1の偏光ビームスプリッタに供給すると共に、前記第1の偏波面のレーザ光を反射する第2のビームスプリッタを介して第2の光ファイバ増幅器に供給され、
前記第3のレーザ光は前記第2の偏光ビームスプリッタを透過して第2の偏波面を有するレーザ光を前記第2の光ファイバ増幅器に供給すると共に、前記第1の偏波面を有するレーザ光を反射して前記第1の偏光ビームスプリッタに供給し、前記第1の光ファイバ増幅器に供給するように構成されていることを特徴とする光ファイバ増幅器。In an optical fiber amplifier constituting a pair of optical fiber amplifiers by an optical fiber doped with rare earth ions that amplifies an optical signal by supplying pumping light,
Three light sources for generating excitation light to be supplied to the pair of optical fiber amplifiers;
Branching after combining the outputs of the three light sources, and a 3 × 2 coupler for distributing and supplying the three light sources to the pair of optical fiber amplifiers,
The 3 × 2 coupler includes a first laser beam that outputs a laser beam having a first polarization plane;
A second laser beam that outputs a laser beam having a second polarization plane;
A third laser beam that outputs a laser beam including the first polarization plane and the second polarization plane is input;
The first laser beam is supplied to the first optical fiber amplifier via a first polarization beam splitter that transmits the laser beam having the first polarization plane and reflects the laser beam having the second polarization plane. ,
The second laser beam transmits a laser beam having the second polarization plane and supplies the laser beam to the first polarization beam splitter, and a second beam splitter that reflects the laser beam having the first polarization plane. To the second optical fiber amplifier via
The third laser light passes through the second polarization beam splitter, supplies laser light having a second polarization plane to the second optical fiber amplifier, and laser light having the first polarization plane. Is supplied to the first polarization beam splitter, and is supplied to the first optical fiber amplifier.
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