CN1330285A - 光纤放大器、激励光源模块和光学系统 - Google Patents

Abstract

一种小型化、价格低,光纤处理简便,不增加熔接地方,安装性和操作都优良的光纤放大器、激励光源模块和光学系统。本发明的光纤放大器具有激励光源1和通过向第1光纤2供给从该激励光源1输出的激励光,放大输入到上述第1光纤2的信号光并输出的光放大器3,及具有设于连接激励光源1和光放大器3的第2光纤9,并以第2光纤9中的包层模式使从光放大器3侧来的信号光辐射并衰减的滤光器10。

Description

光纤放大器、激励光源模块和光学系统

本发明涉及一种光纤放大器、激励光源模块和光学系统。

一般地说，光纤放大器通过使用掺入了铒(Er)等稀土族元素的光纤，可以不随光电变换而对光信号进行放大。

图10表示现有的光纤放大器FA2的结构图。如图10所示，现有的光纤放大器FA2具有输出激励光的激励光源1和通过向第1光纤2供给该激励光源1输出的激励光，放大输入第1光纤2的信号光并输出的光放大器3。

激励光源1采用半导体激光器模块(LD模块)等，例如，输出980nm波段的激励光。

在例如放大1550nm波段的信号光的情况下，第1光纤2使用掺入铒(Er)的掺铒光纤。

光放大器3具有：输入信号光的输入端子4、输出已放大的信号光的输出端子5、只从输入端子4侧向输出端子5侧传送信号光且能防止向相反方向传送的第1单向波导6和第2单向波导7、将传送到第1光纤2内的信号光和从激励光源1传送供给第2光纤9内的激励光进行合波的光耦合等光合波器8。

从输入端子4输入的信号光，通过第1单向波导6传送第1光纤2内而输入光合波器8。另一方面，从激励光源1输出的激励光，通过第2光纤9和光合波器8而输入第1光纤2。

随着输入激励光使第1光纤2变成激励状态，并对信号光进行放大。放大后的信号光通过光合波器8、第2单向波导7由输出端子5输出。

在现有的光纤放大器FA2中，有时泄漏光放大器3来的光会通过第2光纤9到达激励光源1。由光放大器3的漏出的光变成扰乱激励光源1发光作用的噪音成分，同时从激励光源1内的反射点(例如光纤的端部)进行反射而成了反射回光，也会变成扰乱光放大器3放大作用的噪音成分。

根据本发明人进行的试验，使用980nm波段LD模块的激励光源1中的1545nm波段的波长的光反射率，随机型不同离散于-5dB～-13dB范围内。这是因为大多数980nm波段LD模块设计并没有特别考虑到1550nm波段的反射。因此，返回到光放大器3的反射回光的光量也变得离散，对光的放大作用进行调整变得非常困难。如果考虑到1550nm波段的反射，变更LD模块或LD模块内的激光器芯片的设计的话，LD模块的其它特性(例如输出功率等)就会受到限制。

因此，可以考虑，在激励光源1与光合波器8之间设置光单向波导，借助于该光单向波导，防止从光放大器3来的回光透过第2光纤9内的技术(以下，称为现有例1)。

并且，可以提出一种在激励光源1与光合波器8之间设置WDM耦合器，连接无反射终端端口，输出从该WDM耦合器端口中的上述光放大器3来的回光的终端器的技术(以下，称为现有例2)。

在现有例1中，光单向波导价格高，尺寸大，因此有光纤放大器FA2的制造成本和大型化的问题。并且，保持光单向波导的光学部件的支持架等要由铁系合金制作，而该铁系合金吸收980nm波段的光成分，因此使用980nm波段的激励光源1时，就参照不能设置光单向波导的问题。

在现有例2中，WDM耦合器由于需要把光纤作成2×1的结构，也存在装置内的处理光纤变得不方便，还有增加熔接地方等的问题。并且，WDM耦合器大体上必须有加强用的套筒部分，既增加该部分体积，硬的套筒部分又变粗，因而有收纳装置内和操作不便的问题。

这样，在通过光纤等连接装置相互连接光放大器、激励光源等的光装置的光学系统中，往往有可能发生同样的问题。

本发明的目的在于提供一种可以实现装置小型化和降低成本，光纤的处理简便，不增加熔接之处，收纳性、操作性都优良的光纤放大器、激励光源模块和光学系统。

本发明的光纤放大器，是在具有输出激励光的激励光源和通过向第1光纤供给该激励光源输出的激励光，放大输入上述第1光纤的信号光并输出的光放大器的光纤放大器中，以具有设于连接上述激励光源和光放大器的第2光纤，并在上述第2光纤中例如以包层模式辐射等使光放大器来的信号光衰减的滤光器为特征。

上述光放大器放大第1波段的信号光，上述激励光源输出与上述第1波段不同的第2波段的激励光，上述滤光器也可以在上述第2光纤中，例如以包层(传输)模式辐射等使上述第1波段的信号光衰减，同时透过第2波段的激励光。

上述滤光器也可以是长周期光栅。

上述滤光器也可以是光透射损耗为峰值的中心波长互相隔开间隔不同的，串联排列多个长周期光栅构成或从一方的端部到另一方端部连续地改变光栅周期的线性调频式光栅。

本发明的激励光源模块是在具有输出激励光的激励光源，通过向光放大器的第1光纤供给从该激励光源输出的激励光，放大输入上述第1光纤的信号光的激励光源模块中，以具有设于连接上述激励光源和光放大器的第2光纤，并在上述第2光纤中，例如以包层模式辐射等使光放大器来的信号光衰减的滤光器为特征。

上述光放大器放大第1波段的信号光，上述激励光源输出与上述第1波段不同的第2波段的激励光，上述滤光器也可以在上述第2光纤中例如以包层模式辐射使上述第1波段的信号光衰减，同时透过第2波段的激励光。

上述滤光器也可以是长周期光栅。

上述滤光器也可以是光透射损耗为峰的中心波长互相隔开间隔不同的，串联排列多个长周期光栅构成或从一方的端部到另一方端部连续地改变光栅周期的线性调频式光栅。

本发明的光学系统是以具备用连接装置连接发射第1波段的光的第1光装置和发射第2波段的光的第2光装置，上述第1光装置发射的第1波段的光通过上述连接装置并不混入上述第2光装置，上述第1光装置发射的第1波段的光不会从上述连接装置或上述第2光装置返回到上述第1光装置，而且通过上述连接装置向上述第1光装置传送上述第2光装置发射的第2波段的光的光部件为特征。

根据本发明，在连接激励光源(第2光装置)和光放大器(第2光装置)的第2光纤(连接装置)上设置有在第2光纤中衰减光放大器侧来的光的滤光器(光部件)，因而能够防止泄漏从光放大器来的光通过第2光纤到达激励光源，并且，即使从激励光源内的反射点(例如光纤的端部)进行反射，也能防止该反射回光到达光放大器。

图1表示本发明实施例的光纤放大器的结构图。

图2(A)是用于说明本发明实施例的光纤放大器中所用的LPG制造方法的说明图，(B)是用于说明LPG工作的说明图。

图3表示保护滤光器的光栅形成部的保护构件例，(A)和(B)是立体图，(C)和(D)是侧面剖面图，(E)和(F)是正面剖面图。

图4表示在980nm波段LD(激光二极管)模块的引出端光纤的顶端装载LPG时的透射率特性图。

图5(A)表示本发明的另一个实施例光纤放大器中所用的滤光器的结构框图，(B)表示透射率对滤光器波长的关系图。

图6表示11段直接连接长度2mmLPG时的透射率特性图。

图7(A)表示光纤的光栅周期与光纤的耦合波长的关系图，(B)表示在将光纤的光栅周期设定为440nm的光纤上形成的光透射损耗特性图。

图8(A)表示样品S1的透射损耗图，(B)表示样品S2的透射损耗图。

图9用于说明本发明人进行试验方法的说明图。

图10表示现有光纤放大器的结构框图。

以下，边参照附图边说明本发明的实施例。另外，与图10所示的现有光纤放大器FA2同样构成要件给予同样的标号并适当省略说明。

图1是表示本发明实施例的光纤放大器FA1的结构框图。如图1所示，本发明发实施例中，是以在连接激励光源1和光放大器3的第2光纤9上具有滤光器10作为特征。该滤光器10会以第2光纤9中的包层模式辐射光放大器3侧来的光并使其衰减。而且，利用激励光源1和滤光器10构成激励光源模块11。

作为滤光器10，光纤心部的光轴方向折射率，采用具有周期性变化的折射率条纹的长周期光纤光栅(LPG)。LPG与以提出反射为目的的短周期光栅相比较的话，光栅周期就是约100μm～1000μm大100倍左右。

制造LPG时，如图2(A)所示，首先，在具有由掺锗的石英构成的心部12的光纤13上部配置长周期掩模14(隔开规定的间隔在金属板上形成多个小窗，并在石英玻璃板上蒸涂形成介质多层膜)，接着，从该长周期掩模14的上边照射紫外光15(例如氩气激光)。被紫外光15照射的心部12其折射率提高，并在心部12上形成折射率条纹12a。经过以上工序就形成LPG。

使用该LPG的滤光器10中，如图2(B)所示，从激励光源1来的波长λ2(例如980nm波段)的激励光透过光纤的波导模，由光放大器3泄漏的波长λ1(例如1550nm波段)的信号光则以光纤的包层模式进行辐射衰减。并且，即使波长λ1的光会从激励光源1作为反射回光返回来，也因滤光器10再次被衰减，所以能够显著降低回到放大器3内的光量。

在这里，以下说明有关光栅的周期。图7(A)是表示光纤的光栅周期与光纤的耦合波长之间的关系图。

图7(A)的特性曲线a～j所示的耦合波长是变成光透射损耗的极大值(峰值)的波长，因而在本说明书中，把上述耦合波长称作从1次模到N(这里N＝10)次模的光透射损耗峰波长。还有，在该图中，特性曲线a所说的1次模、曲线b所说的2次模、曲线c所说的3次模、曲线d所说的4次模等，从图的右侧起依次表示1、2、3、4…10次模的光透射损耗峰值。而且，图7(A)中所示的值为25℃时的值。

如图7(A)所示，由于例如把光纤上形成的光栅周期(光纤光栅周期)设为150μm～约580μm，则可在波长0.9μm(900nm)～1.6μm(1600nm)范围内，形成多次模的光透射损耗峰值波长。并且，通过改变光纤光栅周期，就能随意决定各次模在25℃时的峰值波长。

例如，规定光栅周期约为440nm时，如图7(B)所示，形成1次模到5次模的光透射损耗峰值波长，如果设定次数模为4次模，则4次模的光透射损耗峰值波长变成约1510nm，作为设定次数模的下一个次数模的5次模的光透射损耗峰值波长就成为在比1610nm的长波长侧(在该图中约1640nm)，在传送波段中的长波长侧(1540nm～1610nm)，光透射损耗特性的最大值与最小值之差在0.5dB以下大致上平坦。这样的LPG在制作光栅时，剥离光纤外壳露出玻璃部分，而且若利用再以外壳覆盖修复该部分的再涂敷技术，则外表模样与普通的光纤相同，因此可与通常的光纤同样进行收纳和处理。

图3(A)和(B)表示保护滤光器10的光栅形成部分16的保护构件17例。应用图3(A)中所示保护构件17的例子为图3(C)和(E)，应用图3(B)中所示保护构件17的例子为图3(D)和(F)。如图3所示，在LPG中，理想的是把光栅形成部分16收容到由石英材料构成的保护构件17内。借助于该保护构件17可防止光栅形成部分16受外部影响，并能保持光透射损耗特性。

保护构件17形成如图3(A)、(E)所示的圆柱形状，也可以形成保持光栅形成部分16的沟部17a，如图3(B)、(F)所示，也可以把一对切去一半的套筒对合连接而作成圆筒形状。如图3(C)、(D)所示，各保护构件的两端侧和光栅形成部分16用粘合剂18进行固定。

图4是表示在980nm波段LD模块的引出光纤的顶端装载LPG时的透射率特性。在这里，LPG设为长度22mm，中心波长(光透射损耗为峰值波长)设为1545nm。

图4中所示LPG的透射率特性只是对一个方向的光传送有关，有从激励光源1来的反射回光时，就变成2次通过LPG，因此按dB换算，就成为图4的二倍的透射率。

因为例如在1539nm～1551nm为止的12nm范围内，获得透射率为-6dB以下，所以即使在该范围内也使用反射率最大(-5dB)的LD模块，就得到

-5dB＋(-6dB)×2＝-17dB

的损耗，因此作为整体也改善了12dB。

并且，本发明人试制2个中心波长(光透射损耗为峰值波长)大约1545nm的长周期光栅(LPG)的样品(以下称为样品S1和样品S2)，并进行试验测定1550nm波段波长的光反射率。

分别在图8(A)和(B)示出样品S1和样品S2的通过损耗。样品S1、S2的1550nm波段的通过损耗，如图8所示为约-15dB左右。

图9是用于说明本发明人进行的试验方法的说明图。如图9所示，准备配备有第1～第4的端口P1～P4，1550nm波段的信号光源20来的光通过光单向波导(light isolator)21并输入到光纤的第1端口P1，使其2分支，从第2端口P2和第4端口P4输出。980nm波段LD模块22来的光输入到光耦合器19的第2端口P2，同样从第1端口P1和第3P3输出。

从光耦合器19的第3端口P3输出的光，通过光单向波导23而输入光输出测定器24。并且，从光耦合器19的第4端口P4输出的光，通过光单向波导25无反射终端。另外，图10中，L为光纤。

使用光输出测定器24，对在980nm波段LD模块22与光耦合器19之间装载长周期光栅的样品S1、S2之前(参照图10(A))和装载之后(参照图10(B))，分别测定980nm波段LD模块22的1550nm波段的光反射率。

表1

	LPG装载前	LPG装载后	(装载前)－(装载后)
				样品S1	-10.5dB	-37.6dB	-27.1dB
样品S2	-9.8dB	-36.2dB	-26.4dB

表1表示试验结果。由表1可知，装载样品S1时，比装载之前改善27.1dB，装载样品S2时，改善26.4dB。因此，可知通过在980nm波段LD模块22与光耦合器19之间装载长周期光栅，可以显著减少980nm波段LD模块22的1550nm波段的光反射率。

根据本发明的实施例，在连接激励光源1和光放大器3的第2光纤9上设置以第2光纤9中的包层模式辐射并衰减光放大器3侧来光的滤光器10，因而能够防止光放大器3来的泄漏光通过第2光纤9到达激励光源1，并且即使从激励光源1内的反射点(例如光纤的端部)反射，也能防止该反射回光到达光放大器3。其结果，可以降低扰乱激励光源1发光作用的噪音成分或扰乱光放大器3放大作用的噪音成分，并能提高光纤放大器FA1和激励光源模块11的可靠性。

并且，在作为滤光器10使用LPG时，光纤光栅非常之小又便宜，不需要套筒部分的情况很多，因此可以达到装置的小型化和低价格化。

图5(A)是表示用于本发明另一个实施例的光纤放大器FA1的滤光器10结构框图，(B)是表示滤光器10的透射率特性。

如图5(A)所示，在本发明的另一个实施例中，将分别串联连接排列中心波长分别为1535nm、1545nm、1555nm的三个LPG10a、10b、10c作为特征。这时，纯透射率就如图5(B)所示，具有-6dB以上透射率的波长宽度就可以扩大到30nm以上。

图6是表示11段直接连接长度2mm的LPG时的透射率特性图。在这里，11个LPG的中心波长在1535～1555nm范围设定为每格2nm。LPG的总长度为22nm，并且与得到图4的结果时相同。

通过多段连接，即使相同LPG长度，得到-6dB的透射率波长范围也能够扩大到1536nm～1553nm的17nm。增加多段连接的段数，大体上是与从LPG一侧到另一方的一端连续地改变光栅周期(即线性调频光栅)等同。线性调频式光栅因为波段宽降低反射率，所以是有效果的。

本发明并不限定于上述实施例，而在权利要求书中所记载的各项技术的范围内可以有各种各样的变更。

在上述的实施例中，作为滤光器10使用了LPG，但只要是形成包层模式的装置，就不限于此。例如形成反射型的2重光栅，也能得到同样的效果。

并且，即使不用光栅，例如控制光纤的心剖面，并给光纤一定的弯曲也行。通过给光纤弯曲的办法，改变心部的折射率，因而大体上使980nm波段的光透过，但是1550nm波段的光也可以作成与辐射方式结合的状态。另外，弯曲光纤时，就取出短波长侧的光，因此本方法适用于使短波长侧光衰减的情况。

进而，辐射模光不与杂散的波导型结合在包层中，但是在包层中包含的光有问题时，在包层与外壳之间夹带吸收从光放大器3来光的材料，就能够吸收包层模式光。

根据本发明，在连接激励光源和光放大器的第2光纤上设置以第2光纤中的包层模式辐射并衰减从光放大器侧来的光的滤光器，因而能够防止光泄漏从放大器来的光通过第2光纤到达激励光源，并且即使从激励光源内的反射点(例如光纤的端部)进行反射，也能防止其反射回光到达光放大器。其结果，可以降低扰乱激励光源的发光作用的噪音成分或扰乱光放大器放大作用的噪音成分，并能提高光纤放大器和激励光源模块的可靠性。

并且，在作为滤光器使用LPG时，光纤光栅是非常之小又便宜，不需要套筒部分的情况很多，因此可以达到装置的小型化和低价格化。在制作光栅之际，剥离光纤的外壳露出玻璃部分，而且若利用再以外壳覆盖修复该部分的再涂敷技术，则外表模样与普通的光纤相同，因此可与通常的光纤同样进行收纳和处理。

Claims (9)

1.一种光纤放大器，具有输出激励光的激励光源和通过向第1光纤供给从该激励光源输出的激励光，放大输入到上述第1光纤的信号光并输出的光放大器，其特征是包括：

设于连接上述激励光源和光放大器的第2光纤中，并在上述第2光纤中使从光放大器侧来的信号光衰减的滤光器。

2.根据权利要求1所述的光放大器，其特征是：

上述光放大器放大第1波段的信号光；

上述激励光源输出与上述第1波段不同的第2波段的激励光；以及

上述滤光器以上述第2光纤中包层模式使上述第1波段的信号光辐射并衰减，同时透过第2波段的激励光。

3.根据权利要求1或2所述的光放大器，其特征是：上述滤光器是长周期光栅。

4.根据权利要求1或2所述的光放大器，其特征是：上述滤光器是光透射损耗成为峰值的中心波长互相隔开间隔不同的，串联排列多个长周期光栅而构成的或从一侧的端部到另一侧的端部连续地改变光栅周期的线性调频式光栅。

5.一种激励光源模块，具有输出激励光的激励光源，并通过向光放大器的第1光纤供给从该激励光源输出的激励光，对输入上述第1光纤的信号光进行放大，其特征是：

具有设于连接上述激励光源和光放大器的第2光纤中，并在上述第2光纤中使从光放大器来的信号光衰减的滤光器。

6.根据权利要求5所述的激励光源模块，其特征是：

上述光放大器放大第1波段的信号光；

上述激励光源输出与上述第1波段不同的第2波段的激励光；以及

上述滤光器以上述第2光纤中的包层模式使上述第1波段的信号光辐射并衰减，同时透过第2波段的激励光。

7.根据权利要求5或6所述的激励光源模块，其特征是：上述滤光器是长周期光栅。

8.根据权利要求5或6所述的激励光源模块，其特征是：上述滤光器是光透射损耗成为峰值的中心波长互相隔开间隔不同的，串联排列多个长周期光栅而构成的或从一侧的端部到另一侧的端部连续地改变光栅周期的线性调频式光栅。

9.一种光学系统，其特征是包括：

用连接装置连接发出第1波段的光的第1光装置和发出第2波段的光的第2光装置，

上述第1光装置发出的第1波段的光通过上述连接装置并不混入上述第2光装置，上述第1光装置发出的第1波段的光不从上述连接装置或上述第2光装置返回到上述第1光装置，而且通过上述连接装置向上述第1光装置传送从上述第2光装置发出的第2波段的光的光部件。

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