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公開番号2020194937
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201203
出願番号2019101015
出願日20190530
発明の名称光増幅器
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01S 3/10 20060101AFI20201106BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】励起光の利用効率を高めることができる光増幅器を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る光増幅器1は、励起光L1を出射する励起レーザ2と、励起レーザ2の外部に設けられた外部共振器10と、を備え、外部共振器10の内部には、励起光L1を吸収する希土類元素が添加されると共に信号光L2を増幅させる光導波路12が配置されており、光導波路12から出射した残留励起光L4,L5が閉じ込められる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
励起光を出射する励起レーザと、
前記励起レーザの外部に設けられた外部共振器と、
を備え、
前記外部共振器の内部には、前記励起光を吸収する希土類元素が添加されると共に信号光を増幅させる光導波路が配置されており、前記光導波路から出射した残留励起光は前記外部共振器の内部に閉じ込められる、
光増幅器。
続きを表示(約 580 文字)【請求項2】
前記希土類元素が添加された光導波路は、希土類添加光ファイバである、
請求項1に記載の光増幅器。
【請求項3】
前記希土類添加光ファイバは、複数のコアを有するマルチコアファイバである、
請求項2に記載の光増幅器。
【請求項4】
前記希土類添加光ファイバは、励起光を導波する二重クラッド構造を有する、
請求項2又は請求項3に記載の光増幅器。
【請求項5】
前記外部共振器は、前記光導波路から出射した残留励起光を前記光導波路に反射する反射鏡と、前記光導波路において増幅された信号光を前記外部共振器の外部に出射する光射出端面とを有する、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項6】
光アイソレータを更に備え、
前記光アイソレータと前記反射鏡とが集積化されている、
請求項5に記載の光増幅器。
【請求項7】
複数の前記励起レーザを備え、
前記光導波路には、複数の前記励起レーザのそれぞれからの励起光が入射し、
前記外部共振器は、前記光導波路において増幅された信号光を前記外部共振器の外部に出射する光射出端面を有する、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光増幅器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示の一側面は、光増幅器に関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
非特許文献1〜3のそれぞれには、クラッド励起方式のマルチコア光ファイバ増幅器が記載されている。マルチコア光ファイバ増幅器は、残留励起光を回収する残留励起光回収器と、残留励起光回収器によって回収された残留励起光を再合流する残留励起光再合流器とを備える。残留励起光再合流器では、マルチコアファイバの側方にシングルコアマルチモードファイバが溶融接続された側方結合方式が採用されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
S.Takasaka,”CladdingPump Recycling in 7-core EDFA” ECOC2018 We.1E
前田、他「クラッド一括励起型EDFAの残留励起光の回収」2018年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会B−10−18
H.Takeshita, “Transmissionof 200Gbps PM-16QAM Signal through 7-core MCF and MC-EDFA using Novel TurboCladding Pumping Scheme of Improved Efficiency of the Optical Amplification,”ECOC2018 We.2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
図4は、側方結合方式のマルチコア光ファイバ増幅器である例示的な光増幅器100を示している。光増幅器100は、励起レーザ101、ポンプ合流器102、エルビウムドープ光ファイバ(EDF)103、残留励起光回収器104、光アイソレータ105及び残留励起光再合流器106を備える。残留励起光回収器104及び残留励起光再合流器106はマルチモードファイバF11を介して互いに光学的に接続されている。また、残留励起光再合流器106、ポンプ合流器102、EDF103、残留励起光回収器104及び光アイソレータ105は、マルチコアファイバF12を介して互いに光学的に接続されている。
【0005】
励起レーザ101は励起光L11を出力する。EDF103には信号光L12と共に励起光L11が入力し、EDF103のエルビウムが励起光L11を吸収することによって信号光L12が増幅する。EDF103において増幅した信号光L13は、光アイソレータ105を介して光増幅器100の外部に出力される。EDF103を通った励起光L11の残りである残留励起光L14は、残留励起光回収器104によって回収される。残留励起光回収器104が回収した残留励起光L14は、マルチモードファイバF11を介して残留励起光再合流器106に再合流する。
【0006】
光増幅器100では、残留励起光L14の回収及び再合流のための複数の光ファイバとして、マルチモードファイバF11と、マルチコアファイバF12とを備えることが必要である。また、残留励起光再合流器106において、マルチモードファイバF11はマルチコアファイバF12の側方に結合されている。従って、残留励起光L14は、マルチモードファイバF11を介して残留励起光再合流器106に入力しマルチコアファイバF12に再合流することとなる。この光増幅器100では、励起光L11又は残留励起光L14が残留励起光回収器104から光アイソレータ105に漏れて光増幅器100の外部に漏洩するという問題が生じうる。また、残留励起光L14は、励起光L11と同様にEDF103に入射するので、EDF103における励起光の利用効率は高まりにくい。すなわち、光増幅器100のような側方結合方式の光増幅器では、励起光の利用効率の点で改善の余地がある。
【0007】
本開示の一側面は、励起光の利用効率を高めることができる光増幅器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】
【0008】
本開示の一側面に係る光増幅器は、励起光を出射する励起レーザと、励起レーザの外部に設けられた外部共振器と、を備え、外部共振器の内部には、励起光を吸収する希土類元素が添加されると共に信号光を増幅させる光導波路が配置されており、光導波路から出射した残留励起光は外部共振器の内部に閉じ込められる。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、励起光の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、第1実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
図2は、第2実施形態に係る光増幅器の構成を示す図である。
図3は、実施例に係る光増幅器の励起光電力と電力効率との関係を示すグラフである。
図4は、従来の光増幅器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[実施形態の説明]
最初に実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態に係る光増幅器は、励起光を出射する励起レーザと、励起レーザの外部に設けられた外部共振器と、を備え、外部共振器の内部には、励起光を吸収する希土類元素が添加されると共に信号光を増幅させる光導波路が配置されており、光導波路から出射した残留励起光は外部共振器の内部に閉じ込められる。
【0012】
この光増幅器では、励起レーザの外部に外部共振器が設けられ、外部共振器の内部に希土類元素が添加されると共に信号光を増幅させる光導波路が配置されている。そして、希土類元素が添加された光導波路を通った残留励起光は外部共振器の内部に閉じ込められる。従って、外部共振器の内部に閉じ込められた残留励起光を再度光導波路に通すことができるので、希土類元素に吸収される励起光の吸収効率を高めることができる。すなわち、残留励起光が外部共振器の内部に閉じ込められることによって希土類元素が励起光を吸収する確率を高めることができる。その結果、励起レーザの電力効率を高めることができる。
【0013】
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係る光増幅器の具体例を図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の具体例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示され、特許請求の範囲と均等の範囲における全ての変更が含まれることが意図される。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解の容易のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。
【0014】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る光増幅器1の構成を示す図である。光増幅器1は、例えば、マルチコアファイバ(MCF)において信号光を伝送する光通信システムにおいて使用される光ファイバ増幅器を構成する。本実施形態に係る光増幅器1は、マルチコアファイバの複数のコアのそれぞれの信号光を一括して励起する一括クラッド励起方式を用いる。光増幅器1では、一例として、Cバンドの信号光が増幅される。
【0015】
光増幅器1は、励起光L1を出射する励起レーザ2と、励起レーザ2の外部に設けられると共に光増幅器1に入射した信号光L2を増幅させる外部共振器10と、増幅した信号光L3を光増幅器1の外部に透過する光アイソレータ20とを備える。励起レーザ2は、例えば、マルチモードファイバF1を介して外部共振器10(後述するポンプ合流器11)に接続されている。励起レーザ2は、一例として、励起光L1を出射する半導体レーザダイオードである。励起レーザ2は、例えば、波長0.98μm又は波長1.48μmの励起光L1を外部共振器10に供給する半導体レーザ光源であってもよい。
【0016】
外部共振器10は、励起光L1及び信号光L2が合流するポンプ合流器11と、励起光L1を吸収する希土類元素が添加されると共に信号光L2を増幅させる光導波路12と、光導波路12から出射した残留励起光L4を反射する反射鏡13と、光導波路12から出射した信号光L3を外部共振器10の外部に出射する光射出端面14とを備える。ポンプ合流器11は、例えば、波長分割多重カプラ(WDMカプラ)である。
【0017】
光導波路12は、例えば、二重クラッド構造を有する利得ファイバである。また、光導波路12は、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであり、励起光L1を導波する二重クラッド構造を有するマルチコアファイバである。ここで、二重クラッド構造を有するマルチコアファイバとは、複数のコアと、複数のコアのそれぞれを覆う複数のクラッドと、複数のクラッドを覆うクラッドとを更に備えるマルチコアファイバを示している。光導波路12は、例えば、7個のコア、又は19個のコアを有する。光導波路12は、複数のコアのそれぞれを通る信号光L2を一括して励起し、信号光L2を一括して増幅する。
【0018】
光導波路12は、例えば、螺旋状とされている。また、光導波路12は、エルビウム(Er)が添加されたマルチコアエルビウム添加光ファイバアンプ(結合型アンプ)を構成してもよい。この場合、光導波路12は、Erが添加された複数のコアと、複数のコアを囲むクラッドとを有する。光導波路12には、励起光L1及び信号光L2が供給される。光導波路12に励起光L1が供給されると、例えば、光導波路12のコアに添加されたEr元素が励起されると共に信号光L2が増幅される。
【0019】
反射鏡13は、例えば、光導波路12の隣接位置(光導波路12の下流側)に配置されている。反射鏡13は、光導波路12において吸収されなかった残留励起光L4を光導波路12に反射する残留励起光反射フィルタである。この反射鏡13によって、残留励起光L4が直接光導波路12に戻されるので、光導波路12における励起光(励起光L1及び残留励起光L4)の光密度を高めることができると共に、励起レーザ2から出力された励起光の利用効率が高められる。
【0020】
また、光導波路12において吸収されずに光導波路12からポンプ合流器11に向かって出射する残留励起光L5は励起レーザ2に戻り、励起レーザ2においてポンプ合流器11に反射する。このように、残留励起光L4,L5が反射鏡13と励起レーザ2との間で往復するので、励起光を外部共振器10の内部に閉じ込めることが可能である。また、光増幅器1は、励起光が双方向から光導波路12に入射して信号光L2を励起する双方向励起方式を採用しているため、低雑音と高出力とを両立させることが可能となる。
【0021】
光射出端面14は、光導波路12において増幅された信号光L3を出射する。光射出端面14からの信号光L3は、光アイソレータ20に入射し、光アイソレータ20を介して光増幅器1の外部に出射する。光アイソレータ20は、磁気光学結晶からなるアイソレータブロックを含んでいる。例えば、光アイソレータ20の入射端には波長選択ミラーが配置されている。
【0022】
本実施形態において、例えば、反射鏡13、光射出端面14及び光アイソレータ20は集積化されている。ここで「集積化」とは、複数の部品が互いに固定されることの他、複数の部品が所定の箇所にまとめられることを含んでいる。光射出端面14は、例えば、光アイソレータ20の入射端面であってもよく、光アイソレータ20の入射端面である光射出端面14に反射鏡13が配置されていてもよい。
【0023】
次に、本実施形態に係る光増幅器1の作用効果について説明する。光増幅器1では、励起レーザ2の外部に外部共振器10が設けられ、外部共振器10の内部に希土類元素が添加されると共に信号光L2を増幅させる光導波路12が配置されている。そして、希土類元素が添加された光導波路12を通った残留励起光L4,L5が外部共振器10の内部に閉じ込められる。従って、外部共振器10の内部に閉じ込められた残留励起光L4,L5を光導波路12に通すことができるので、希土類元素に吸収される励起光の利用効率を高めることができる。
【0024】
すなわち、残留励起光L4,L5が外部共振器10の内部に閉じ込められることによって希土類元素が励起光を吸収する確率を高めることができる。その結果、励起レーザ2の電力効率を高めることができる。また、本実施形態に係る光増幅器1において、励起レーザ2は、半導体レーザダイオードである。従って、励起レーザ2を小型化させることができる。
【0025】
本実施形態に係る光増幅器1において、希土類元素が添加された光導波路12は、希土類添加光ファイバである。このように、外部共振器10の内部に配置された光導波路12として希土類添加光ファイバを用いることができる。
【0026】
本実施形態に係る光増幅器1において、希土類添加光ファイバは、複数のコアを有するマルチコアファイバである。よって、希土類添加光ファイバがマルチコアファイバであって、光導波路12のコアの数が複数であることにより、励起光の吸収効率をより高めることができる。
【0027】
本実施形態に係る光増幅器1において、希土類添加光ファイバは、励起光を導波する二重クラッド構造を有していてもよい。この場合、希土類添加光ファイバが二重クラッド構造を有することにより、クラッド励起方式を有する光増幅器1とすることができる。
【0028】
本実施形態に係る光増幅器1において、外部共振器10は、光導波路12から出射した残留励起光L4を光導波路12に反射する反射鏡13と、光導波路12において増幅された信号光L3を外部共振器10の外部に出射する光射出端面14とを有する。従って、外部共振器10において、残留励起光L4を光導波路12に反射する反射鏡13を備えることにより、光導波路12で吸収しきれなかった残留励起光L4を反射鏡13によって光導波路12に入射することができる。従って、光導波路12における励起光の吸収効率をより高めることができる。
【0029】
また、反射鏡13によって光導波路12に残留励起光L4を再入射させる構成とすることができるので、部品点数の増大を抑えて構成を簡易にすることができる。具体的には、励起光を再利用するための構成として、図4に示される従来の光増幅器100では、残留励起光回収器104と残留励起光再合流器106が必要であったのに対し、光増幅器1では、反射鏡13のみとすることが可能である。
【0030】
本実施形態に係る光増幅器1は、光アイソレータ20を更に備え、光アイソレータ20と反射鏡13とが集積化されている。すなわち、反射鏡13を通る信号光L3の光路の下流側に設けられた光アイソレータ20が反射鏡13に集積されている。従って、部品点数を減らして構成を更に簡易にすることができる。
(【0031】以降は省略されています)

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