法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-07-19
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G02B6/34 授权公告日:20070404 终止日期:20180804 申请日:20040804
专利权的终止
2007-04-04
授权
授权
2005-10-26
实质审查的生效
实质审查的生效
2005-08-31
公开
公开
技术领域
本发明涉及用于对各种光通信系统中使用的不同波长的光进行复用的光复用方法和光复用器,以及使用该光复用方法和光复用器的光放大器。具体来说,本发明涉及使用简单的光路结构来实现光复用的技术。
背景技术
光放大器是实现光通信系统的长距离和大容量的关键组件之一。光放大器的类型可分为:使用来自粒子数反转介质的受激发射的激光放大器,以及基于如喇曼散射(Raman scattering)或布里渊散射(Brillouinscattering)的非线性光学效应的放大器。作为激光放大器,有掺稀土元素光纤放大器,以及使用半导体放大介质的半导体激光放大器,前者通过光激励进行工作,后者通过注入电流激励进行工作。在这些光放大器中,掺稀土元素光纤放大器在例如比特率自由性、高增益、低噪声、宽带、低耦合损耗、低偏振依赖性、高效率等的性能方面具有很大优势。在掺稀土元素光纤放大器中,掺铒(Er)光纤放大器(以下称为EDFA)是典型的,并且现正在光纤通信系统中得到应用。这种由EDFA等代表的光通信用光放大器的性能(增益,NF)和成本是光通信系统的关键因素,并且重要的是如何在保持所需性能的同时,实现成本降低。
泵浦光源及其复用系统所需成本占了光通信用光放大器的大部分成本。作为用于实现泵浦光源成本降低的手段之一,公知的有一种采用商用(例如,DVD用或CD-R用)的低成本半导体激光器(LD)的技术(参照日本未审专利公开特开平6-318750号公报)。
然而,为了能采用一使用可靠性小而成本低的泵浦光源的光放大器,作为要求严格可靠性(寿命)的光通信用的光放大器,重要的是在保持成本指标的同时,把可靠性提高到预定值。
作为用于提高利用低成本LD的泵浦光源的可靠性的一种方法,有效的是,采用一种通过应用多个泵浦LD把可靠性提高到预定水平的冗余结构,尽管这种LD在单独使用时可靠性较低。在公知的光放大器的冗余结构中,即使泵浦LD的单位成本低,与冗余结构对应的复用系统的光学组件所需成本也很高。因此,难以期待光放大器整体的成本降低。具体地说,随着泵浦LD数目的增大,由于高成本光复用器的追加而使成本上升(包括随着组件数量增大而带来的组装成本上升),而且由于插入损耗增大而使单个泵浦LD所需的输出功率也增大。因此,希望可以减少复用系统的组件数量,以实现低成本。
作为复用不同波长的光的传统技术,提出了一种利用倾斜型光栅(tilted grating)进行光复用的技术(参照日本未审专利公开特开平8-171031号公报和日本国家专利公开特表2001-516468号公报)。将倾斜型光栅形成为使光栅方向(与发生折射率上升的平面垂直的方向)相对光纤、光波导等的光路的轴向倾斜,有时也被称为“slanted grating”。
具体地说,日本未审专利公开特开平8-171031号公报揭示了一种光学设备,在该光学设备中,在形成有光电二极管的硅基板上布置的波导内设置有光栅耦合器,在与该光栅耦合器相对的位置处设置有半导体激光器和光纤,从半导体激光器出射的发送光按照45°的入射角入射到光栅耦合器上,并由光栅耦合器全反射,然后被发送至光纤,而且从光纤输出波长与所述发送光的波长不同的接收光,该接收光按照45°的入射角入射到光栅耦合器上,并由光栅耦合器在波导内激励,然后由光电二极管接收。另外,日本国家专利公开特表2001-516468号公报揭示了一种光学设备,在该光学设备中,在写有倾斜型光纤布拉格光栅(FBG)的光纤的包层表面上形成有与该FBG耦合的透镜,并且通过该透镜在光纤内传导的光由倾斜型FBG反射,并被传导到纤芯内。
与在光放大器的泵浦系统中使用WDM耦合器、偏振合成装置等把多个泵浦光顺次按树状进行复用的情况(例如,参照图18)相比,使用上述倾斜型光栅的光复用方法由于可使用简单结构对多个波长的光进行复用,因而被认为是减少光放大器中的泵浦光复用系统的组件数量的有效技术之一。
然而,在把使用上述倾斜型光栅的现有光复用技术应用于光放大器的泵浦光复用系统的情况下,会产生以下问题。即,当把日本未审专利公开特开平8-171031号公报中揭示的光复用技术应用于光放大器时,通过形成在波导上的体光栅进行泵浦光的复用。在诸如EDFA的光放大器中使用的放大介质一般是光纤型的,并且与上述体光栅的组合可能会使插入损耗增大,从而使单个泵浦LD所需的输出功率增大。因此,这种组合对于成本降低不一定有效。
并且,在把日本国家专利公开特表2001-516468号公报中揭示的光复用技术应用于光放大器的情况下,通过外部光纤和透镜把泵浦光导入形成在光纤中的倾斜型光栅内。因此,用于把泵浦光导入该倾斜型光栅内的光路结构变得复杂,从而可能会削弱使用倾斜型光栅来减少组件数量的效果。
而且,在上述现有光复用技术中,为了获得高耦合效率,有必要使待复用的光的波长与倾斜型光栅的反射波长高精度地一致。然而,由于泵浦光源的输出波长和倾斜型光栅的反射波长因组件之间的个体差异或温度变动等的外部因素而变化,因而难以获得所需的泵浦光功率。并且,为了稳定操作光放大器,需要用于固定待复用的泵浦光的波长的功能。然而,实现该功能会导致组件数量增加和成本上升。
发明内容
鉴于上述问题而提出了本发明,本发明的目的是实现一种光复用方法和光复用器,其可通过利用光纤布拉格光栅的简单光路结构把不同波长的光固定在所需波长,以稳定地对它们进行复用。而且,本发明的目的是提供使用光复用器来构成泵浦光复用系统以实现组件数量减少和成本降低的光放大器。
为了实现上述目的,在根据本发明的对通过光纤传播的第一光与波长不同于第一光的第二光进行复用的光复用方法中,从光纤外部提供的第二光,从根据第一光纤布拉格光栅的光栅栅距和第二光的波长所确定的角度方向,通过自由空间照射到第一光纤布拉格光栅上,第一光纤布拉格光栅具有透射第一光并反射第二光的透射波长特性,并被形成在所述光纤上,其光栅方向相对光纤的轴向倾斜,并且,由第一光纤布拉格光栅反射的第二光被耦合在光纤内。
本发明的对通过光纤传播的第一光与波长不同于所述第一光的第二光进行复用的光复用器的一个方面包括:第一光纤布拉格光栅,其具有透射第一光并反射第二光的透射波长特性,并被形成在光纤上,其光栅方向相对光纤的轴向倾斜,其中,从光纤外部提供的第二光从根据第一光纤布拉格光栅的光栅栅距和第二光的波长所确定的角度方向,通过自由空间照射到第一光纤布拉格光栅上,并且由第一光纤布拉格光栅反射的第二光被耦合在光纤内。
根据上述结构的光复用方法和光复用器,第二光通过自由空间,从第一光传播所通过的光纤的外部照射到倾斜型第一光纤布拉格光栅上。由于第二光对第一光纤布拉格光栅的入射角是根据第一光纤布拉格光栅的光栅栅距和第二光的波长而确定的,因而入射到第一光纤布拉格光栅上的第二光被以高的反射率反射,并被以高的耦合效率耦合在光纤内。结果,通过使用倾斜型光纤布拉格光栅的简单结构对第一光和第二光进行了复用,因此,可减少光复用器的组件数量和成本。
本发明的对通过光纤传播的第一光与波长不同于所述第一光的第二光进行复用的光复用器的另一方面包括:第一光纤布拉格光栅,其具有透射第一光并反射第二光的透射波长特性,并被形成在光纤上,其光栅方向相对光纤的轴向倾斜;光源,其把含有第二光的波长成分的光从根据第一光纤布拉格光栅的光栅栅距和第二光的波长所确定的角度方向照射到第一光纤布拉格光栅上;以及第二光纤布拉格光栅,其对于第二光具有比第一光纤布拉格光栅的反射率低的反射率,并具有与光纤的轴向垂直的光栅平面,并且被形成在所述光纤上,位于从光源照射到第一光纤布拉格光栅上并被耦合在光纤内的第二光的传播侧,其中,第二光通过第一光纤布拉格光栅在光源和第二光纤布拉格光栅之间发生谐振。
根据上述结构的光复用器,来自光源的发射光照射到第一光纤布拉格光栅上并被反射,并且在光纤内耦合的第二光的一部分由形成在光纤上的具有低反射率的第二光纤布拉格光栅反射,在光源和第二光纤布拉格光栅之间发生谐振。结果,把通过第一光纤布拉格光栅复用的光的波长固定在了第二光纤布拉格光栅的反射波长上。
本发明的光放大器采用根据本发明的光复用结构,作为提供给放大介质的泵浦光的复用系统。
结合附图阅读以下的详细说明,可以更清楚地理解本发明的其他目的、特点和优点。
附图说明
图1是根据本发明的光复用器的一个实施例的框图。
图2示出了图1所示光复用器中使用的倾斜型FBG的透射波长特性的一个示例。
图3用于说明倾斜型FBG中的反射光的放射角度和光栅平面的斜度。
图4示出了与图1所示光复用器相关的另一结构示例。
图5是根据本发明的光复用器的另一实施例的框图。
图6用于说明从半导体激光器射出的光束。
图7用于说明入射到倾斜型FBG上的光和从倾斜型FBG射出的光的电场分布。
图8示出了图5所示光复用器中使用的倾斜型FBG和低反射FBG的透射波长特性的一个示例。
图9示出了与图5所示光复用器相关的另一结构示例。
图10是图5所示的光复用器的一个变型例的框图。
图11是图5所示光复用器的另一变型例的框图。
图12示出了图11所示光复用器中使用的倾斜型FBG的透射波长特性的一个示例。
图13是图5所示光复用器的另一变型例的框图。
图14示出了本发明的光复用器中发出复用光的光源的一个结构示例。
图15示出了本发明的光复用器中发出复用光的光源的另一结构示例。
图16是根据本发明的光放大器的一个实施例的框图。
图17示出了在图16的光放大器中使用的倾斜型FBG的具体结构。
图18示出了现有光放大器中的泵浦光复用系统的结构示例。
图19示出了在图16所示光放大器中使用的光源是阵列集成组件的一个示例。
图20示出了将本发明应用于掺稀土元素光纤放大器的结构示例。
图21示出了图20所示掺稀土元素光纤放大器中的倾斜型FBG部和低反射FBG部的透射波长特性的一个示例。
图22示出了在图20所示掺稀土元素光纤放大器中使用侧泵浦法(side pumping method)的具体示例。
图23示出了在图20所示掺稀土元素光纤放大器中使用侧泵浦法的另一具体示例。
图24示出了与在本发明的光放大器中添加泵浦光相对应的结构示例。
图25示出了与在本发明的光放大器中添加泵浦光相对应的另一结构示例。
图26示出了与在本发明的光放大器中添加泵浦光相对应的另一结构示例。
图27用于说明由于光放大器中的单个泵浦光源的输出功率下降所带来的可靠性提高和成本降低效果。
图28用于说明光放大器中的泵浦光源的数目与可靠性和成本之间的关系。
图29示出了通过应用本发明来实现泵浦光源的冗余结构的具体示例。
图30示出了把图14所示结构应用于双向泵浦的掺稀土元素光纤放大器的情况的一个示例。
图31示出了把图15所示结构应用于分布喇曼放大器的情况的一个示例。
图32示出了在本发明的光放大器中以固定间隔在放大介质上形成抑制过剩增益的FBG的情况下,泵浦光功率改善量的变化。
图33示出了泵浦光改善量变为最大时FBG的配置图像。
图34示出了在本发明的光放大器中提供了用于对信号波段外的特定波段内的放大自发发射光进行选择性抑制的装置的情况下,对波长的抑制比。
图35示出了把采用图25所示结构的分布式喇曼放大器与实现单波段的放大波段扩展的掺稀土元素光纤放大器进行组合的混合结构。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施例进行说明。在所有图中,使用相同标号来表示相同或相似的部分。
图1是示出根据本发明的光复用器的一个实施例的框图。
在图1中,本实施例中的光复用器把通过光纤1传播的具有波长λ1的光L1与具有与光L1的波长不同的波长λ2的光L2进行复用,该光复用器设有倾斜型光纤布拉格光栅(倾斜型FBG)2,该倾斜型FBG 2对具有波长λ2的光L2具有足够高的反射率,并形成在光纤1上,其光栅方向相对光纤1的轴向倾斜。从光纤1外部提供的具有波长λ2的光L2从根据倾斜型FBG 2的光栅栅距(周期)P和波长λ2所确定的角度θ0的方向通过自由空间直接照射到倾斜型FBG 2上。此处,沿与倾斜型FBG 2成角度θ0的方向来布置产生具有波长λ2的光L2的光源3,并且从光源3射出的光L2直接照射到倾斜型FBG 2上,而不通过任何光纤等。
倾斜型FBG 2结构为,在沿着包括纤芯和包层的光纤1的纵向的预定范围内形成布拉格光栅,该布拉格光栅设计有全长L、栅距(周期)P和折射率振幅Δn,以针对波长λ2的光L2获得足够高的反射率(理想的是,100%的反射率)。该光栅的方向,即与发生折射率上升的平面垂直的方向,相对于光纤1的轴向倾斜,使得波长λ2的反射光耦合为反向包层模(backward cladding mode)。注意,倾斜型FBG 2对于通过光纤1传播的波长λ1的光L1具有约100%的透射率。图2是倾斜型FBG 2的透射波长特性的一例。
此处,将对倾斜型光纤布拉格光栅的基本特性进行详细说明。
首先,光纤光栅一般是利用由光纤纤芯的紫外光感应引起的折射率变化而在光纤上形成的布拉格光栅,并且充当仅反射(拒斥)布拉格波长的光的反射滤光器。而且,在光纤光栅中,通过在光纤的纵向上形成数万个的光栅层,可实现使反射率(或者透射率)相对波长突变的陡峭光谱特性。
具体地说,利用对应于光纤传播模式的实际折射率n以及光栅栅距P,由下面的公式(1)来表示光纤光栅的布拉格反射波长λB。
λB=2nP (1)
另外,利用光栅长度L和折射率调制的振幅Δn,由公式(2)来表示反射谱的带宽ΔλB。
ΔλB={λB2/(πnL)}×{π2+(πΔnL/λB)2}1/2 (2)
利用包含在纤芯区域内的传播光能量的比率γ,由公式(3)来表示光栅反射率RB。
RB=tanh2(πLΔnγ/λB) (3)
上述光纤光栅由于光纤型光学组件的特征(损耗低,与光线路的耦合性良好)和优良反射谱特性,通过对光栅栅距P、光栅长度L等的各种设计参数进行控制,在色散补偿光纤、可调谐光纤、增益均衡器等的广泛范围内得到应用和实用化。
此外,由于通过将光栅制造成相对光纤的轴向倾斜,不仅特定波长的光向入射方向反射,而且可使反射光射入到包层区域内,并使与后向包层模式耦合的光射出到光纤外部,因而已报道了将光纤光栅应用于光谱监测器、增益均衡器等的应用示例(参照C.K.Madsen et al.,“PlanarWaveguide Optical Spectrum Analyzer Using a UV-Induced Grating”,IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS,Vol.4,No.6,November/December 1998,925 to 929;Jefferson L.Wagener etal.,“Fiber Grating Optical Spectrum Analyzer Tap”,ECOC,1997,65 to 68,postedadline paper V.5;以及Tetsuro Omukai et al.,“RecentDevelopment of Optical Fiber Grating Technology”,TECHNICAL REPORTOF IEICE OPE95-114(1995-12))。
在图1所示的本发明的光复用器的实施例中,通过利用上述倾斜型FBG的光谱特性,使用简单结构来实现波长λ1和λ2彼此不同的光L1和L2的复用。因此,(A)复用光的高耦合效率的提高和(B)倾斜型FBG的反射波长特性的最佳化成为主要技术点。
(A)复用光的高耦合效率的提高
为了降低产生复用光的光源3的成本,并使可靠性保持很高,要求提高复用光的耦合效率,具体地说,重要的是尽可能高地增大倾斜型FBG2内的复用光的反射率。为了实现高反射率,从公式(3)可知,可以增大光栅长度L和折射率调制振幅Δn。作为增大折射率调制振幅Δn的措施,有以下方法:为了提高光纤1内的纤芯的折射率而使掺杂的锗(Ge)富化的方法,对光纤1进行加氢处理的方法等。通过采用这种方法,可实现具有90%或以上的反射率的光纤光栅。并且,如下所述,倾斜型FBG 2的反射率也根据光栅方向相对光纤1的轴向的角度而变化。因此,重要的是使入射到倾斜型FBG 2上的波长λ2的光L2的入射角度最佳化。以下将对复用光L2的最佳入射角度进行详细说明。
(B)倾斜型FBG的反射波长特性的最佳化
为了能实现波长λ1和λ2彼此不同的光L1和L2的复用,有必要进行设计,以使倾斜型FBG 2的反射波长特性在波长λ2下具有希望的窄带特性(所需最小波段)。具体地说,使用以下所示的关系式来优化倾斜型FBG2的反射波长特性。
公知的是,倾斜型FBG 2在真空中的反射波长λB’相对于公式(1)所示的布拉格反射波长λB(光栅方向与光纤的轴向垂直的情况),按照包层模式有效折射率差转移到短波长侧,因此,使用光纤1内的纤芯的有效折射率ncore和包层的有效折射率nclad,由以下公式(4)来表示反射波长λB’。
λB’=P(2·ncore·nclad) (4)
而且,公知的是,倾斜型FBG 2的反射波长λB’与反射光的发射角度θ0和光栅平面的斜度θT之间的关系由以下公式(5)来表示。
λB’=λB(1+cosθ0)/2cosθT (5)
从公式(4)和公式(5)的关系可知,反射光的发射角度θ0,换句话说,复用光L2相对倾斜型FBG 2的入射角度θ0根据反射波长λB’和光栅栅距P来确定。在反射波长λB’固定在λ2的情况下,与其对应的光栅栅距根据公式(4)来确定,并且,与波长λ2和光栅栅距P对应的最佳入射角度θ0根据公式(5)来确定。因此,将具有该光栅栅距P的倾斜型FBG 2形成在光纤1上,并且将光源3配置成与入射角度θ0的方向一致,从而实现与复用光L2的波长λ2对应的倾斜型FBG的最佳反射波长特性。
如上所述,根据图1所示的光复用器的一个实施例,与复用光L2的波长λ2相对应地设计光栅栅距P和光源3,以便能获得足够高的反射率,同时可实现最佳反射波长特性。结果,从光源3射出的波长λ2的光L2直接照射到倾斜型FBG 2上,而不通过光纤等的光学系统,并与通过光纤1传播的波长λ1的光L1复用。在该光复用器中,与传统结构相比,可减少组件数量。并且,倾斜型FBG 2具有光纤型结构。因此,在倾斜型FBG 2用作光放大器的泵浦光复用系统的情况下,可容易地实现与光纤型放大介质的良好耦合。
在图1所示的结构中,示出了这样一个示例,其中,待复用的波长λ2的光L2在光纤1内的传播方向与波长λ1的光L1的传播方向相反。然而,本发明不限于此,并且例如如图4所示,通过把波长λ2的光L2在倾斜型FBG 2上的入射方向改变为相反方向,也可以使光纤1内的波长λ1的光L1和波长λ2的光L2的传播方向相同。
并且,由于在倾斜型FBG 2中会发生偏振依赖性是公知的,因而在使用倾斜型FBG 2来复用信号光的时候要加以注意。具体地说,如果光栅方向相对光纤1的轴向的倾斜度增大,则偏振依赖性也增大。因此,要求进行把倾斜型FBG 2的偏振依赖性对信号光的传输特性的影响加以考虑的设计。然而,在倾斜型FBG 2用于复用光放大器中的泵浦光的情况下,与在复用信号光的情况下一样,倾斜型FBG 2的偏振依赖性不会对信号光的传输特性产生直接影响,而是作为由于泵浦光的偏振依赖性引起的光放大特性的偏振依赖性来产生影响。因此,可以考虑,可忽略倾斜型FBG 2的偏振依赖性对信号光的传输特性的影响。
并且,据报道,在倾斜型FBG的发射光中略微存在从包层返回到纤芯的光,并且观测到约0.2dBpp的输出偏差(波动)。对此,存在的可能性是,复用光的耦合效率在本发明中也改变了。对于这种耦合效率变化的可能性,期望的是形成使光纤1的包层周围覆盖有折射率与包层的大致相同的材料(例如,树脂)的结构。
下面,将对根据本发明的光复用器的另一个实施例进行说明。
图5是示出根据本发明的光复用器的另一个实施例的框图。
在图5中,本实施例的光复用器结构为,在图1所示的结构中,把低反射FBG 4设置在光纤1上,以在低反射FBG 4和使用发射复用光的半导体激光器的光源3之间形成外部谐振结构,从而实现复用光的波长稳定。
上述光源3包括半导体激光芯片3A和透镜3B。半导体激光芯片3A是产生含有波长成分λ2的光的增益介质,在其后侧端面形成有用作外部谐振结构的高反射部的HR镜3a,并在其前侧端面涂敷有AR涂层。透镜3B是为了使从半导体激光芯片3A的前侧端面射出的光以最佳光束形状入射到光纤1的倾斜型FBG 2上而预先设计的透镜。
此处,将对入射到倾斜型FBG 2上的光的最佳光束形状进行具体说明。如上所述,为了使产生复用光的光源3成本降低并保持高可靠性,有必要提高复用光的耦合效率。因此,为了实现高耦合效率,倾斜型FBG2的高反射,以及对于光源3和倾斜型FBG 2的纤芯之间的光路的光学系统设计都很重要。具体地说,通过优化透镜3B的光学特性的设计、上述光路上的介质(包层,覆层)的折射率的匹配设计、以及倾斜型FBG 2的参数(例如,折射率调制宽度Δn等)的设计,可实现复用光的高耦合效率。而且,在该最佳设计中,期望的是,考虑光源3或倾斜型FBG 2的位移等的制造误差进行光学设计,以使耦合效率劣化的公差增大。例如,优选的是进行光路上的介质(包层,覆层)的折射率匹配,以实现使光源3的光轴匹配的轴数减少的光束发射方向。而且,期望的是进行光源3和倾斜型FBG 2之间的光学设计,条件是,使从光源3射出的光束的电场分布与入射到倾斜型FBG 2上和从倾斜型FBG 2射出的波长λ2的光的电场分布基本一致。具体地说,优选的是,通过采用球透镜、非球面透镜、柱面透镜、棱镜、特殊透镜、或者这些透镜的组合作为透镜3B,把从半导体激光芯片3A射出的光束的垂直方向的电场分布(例如,图6所示的椭圆形的电场分布)转换成与倾斜型FBG 2上的入射光和来自倾斜型FBG 2的出射光的电场分布(例如,根据图7的左下所示的光栅位置的电场分布)相对应的形状。
非球面透镜是具有球面以外的透镜表面的透镜。在球面透镜中,通过透镜的中心部的光聚焦在焦点上。然而,通过透镜的周边部的光具有相对球面更倾斜的角度,因此聚焦在从焦点向前移的位置处(球面像差)。为了抑制球面像差的发生,非球面透镜形成为在周边具有平缓曲面,从而可使光聚焦在一点上。尽管非球面透镜难于加工,然而却具有能以较少透镜数实现像差校正的效果,因此,被用于实现小型化和减少透镜数。此外,具有圆柱形折射面的柱面透镜使光在透镜的曲率方向聚焦或发散,但在长度方向上不起作用,因此用于狭缝照明、在一个轴向上的光扩展等。
注意,当进行上述透镜3B的光学设计时,如有必要,可以对倾斜型FBG 2的折射率调制宽度Δn等的参数进行调整,以便把入射光和出射光的电场分布形成为使得可容易进行透镜3B的光学设计的形状(例如,图7的右下所示的形状)。
低反射FBG 4结构为,使针对波长λ2的光具有比倾斜型FBG 2的反射率足够低的反射率(例如,约几%~10%)并具有与光纤1的轴向垂直的光栅方向的布拉格光栅,形成在位于从外部入射到倾斜型FBG 2上并被反射的光传播的一侧的光纤1上。低反射FBG 4用作外部谐振结构的低反射部。注意,低反射FBG 4对于通过光纤1传播的波长λ1的光L1具有约100%的透射率。图8示出低反射FBG 4和倾斜型FBG 2的透射波长特性的一例。
在具有上述结构的光复用器中,来自光源3的发射光通过光源3和光纤1之间的自由空间传播,入射到倾斜型FBG 2上并被反射。由倾斜型FBG 2反射的光通过光纤1向低反射FBG 4传播,并且该光的一部分进一步由低反射FBG 4反射,并沿相反方向返回到该光传播所通过的光路。结果,波长λ2的光在低反射FBG 4和半导体激光芯片3A的HR镜3a之间谐振,使得半导体激光器在波长λ2下振荡。该谐振结构与公知的半导体激光器中的波长稳定用的外部谐振结构类似,因此,可使通过倾斜型FBG 2复用到光纤1内的光L2的波长稳定在λ2。并且,由于采用外部谐振结构,因而复用光的波长由低反射FBG 4的反射波长来确定。因此,没有必要使从光源3射出的光的波长和倾斜型FBG 2的反射波长与所需的复用波长(此处,为λ2)高精度地一致。结果,产生含有所需的复用波长的较宽波段的光的半导体激光器可用作光源3,并且对于倾斜型FBG 2,可容许较宽反射波段,从而可实现组件成本和制造成本的降低。
另一方面,低反射FBG 4需要具有使反射波长与所需的复用波长高精度地一致并使反射带宽充分窄的特性。一般地,在FBG中,可容易地实现上述窄带反射谱特性。具体地说,为了使FBG的反射谱带宽变窄,根据上述公式(2),可以使折射率调制振幅Δn变窄,或者可以增大光栅长度L。然而,应该注意,当Δn变窄时,反射率将降低。
在图5所示的结构中,作为光源3的具体示例,示出了使从半导体激光芯片3B输出的光通过透镜3B射出到光源3和光纤1之间的自由空间的结构。然而,除此以外,例如如图9所示,也能使用尾纤(pigtail)型光源3’。在该情况下,从尾纤型光源3’的输出光纤3C射出的光可通过透镜5照射到倾斜型FBG 2上,或者从输出光纤3C射出的光可直接照射到倾斜型FBG 2上。
下面,将对上述光复用器的实施例的变型例进行说明。
图10是示出光复用器的一个变型例的框图。
图10的光复用器结构为,在图5所示的结构中,设置了采用使光栅栅距P沿着光纤1的轴向渐变的啁啾型结构的倾斜型FBG 2’(以下称为倾斜啁啾型FBG),来取代具有固定光栅栅距P的倾斜型FBG 2。该倾斜啁啾型FBG 2’结构为,通过把啁啾型结构应用于倾斜型FBG 2,以增宽其反射波段,从而使反射波段含有从光源3射出的光的大部分波长成分。
结果,通过使用具有与光源3的波段对应的较宽反射波段且具有高反射率的倾斜啁啾型FBG 2’,可把从光源3射出的所有光在宽波长范围内耦合到光纤1内。然后,由倾斜啁啾型FBG 2’反射的宽波长范围的光会聚在由低反射FBG 4的反射波长确定的谐振波长内。结果,可以按更高耦合效率稳定复用所需波长的光。
此外,据报道,通过设计啁啾量等,倾斜啁啾型FBG 2’在预定波长处具有集光性能(参照美国第5,061,032号专利)。如果利用预定波长处的集光性能(根据啁啾量等的设计),则可省略透镜3B,或者即使使用透镜3B,也能使焦距与使用具有均匀光栅栅距的倾斜型FBG 2的情况相比缩短,或者存在使用简单透镜的可能性。因此,倾斜啁啾型FBG 2’对组件数量的减少或者小型化是有效的。
注意,已经示出了把倾斜啁啾型FBG 2’应用于设有低反射FBG 4的光复用器的一个示例。然而,即使在把倾斜啁啾型FBG 2’应用于图1等所示的不采用外部谐振结构的结构的情况下,也能采用与上述相同的方式实现复用光耦合效率的提高。
下面,将对光复用器的实施例的另一变型例进行说明。
图11是示出光复用器的另一变型例的框图。
在图11的光复用器中,把波长λ2、λ3、...、λn的多个光L2、L3、...、Ln与波长λ1的光L1进行复用。具体地说,在上述图5所示的结构中,与波长λ2~λn中的每一个相对应地设置倾斜型FBG 2、光源3和低反射FBG 4。纵列配置在光纤1上的用于波长λ2~λn的倾斜型FBG 2-2~2-n结构为可整体获得图12例示的透射波长特性。并且,与此类似,用于波长λ2~λn的低反射FBG 4-2~4-n纵列配置在光纤1上。注意,采用与图5所示的实施例相同的方式来设定与各波长对应的倾斜型FBG和低反射FBG中的每一个的反射率和反射波段。
对n-1个光源3-2~3-n中的每一个进行定位,以使复用光按照根据公式(5)的关系所确定的入射角度θ0入射到纵列配置在光纤1上的用于波长λ2~λn的倾斜型FBG 2-2~2-n中的每一个上。作为光源3-2~3-n,可以分别制备各自具有与波长λ2~λn中的各个对应的中心波长的半导体激光器。或者,可以采用具有含有波长λ2~λn中的2个波以上的宽波段的半导体激光器,用作与宽波段对应的各个光源。在图11的结构例中,与用于波长λ2~λn的倾斜型FBG 2-2~2-n相对应地分别设置光源3-2~3-n。然而,由于在光源3-2~3-n和倾斜型FBG 2-2~2-n之间存在自由空间而没有光纤,因而容易把构成光源3-2~3-n的半导体激光芯片以及透镜并行集成或并排排列在同一基板上。如果多个光源3-2~3-n相互集成,则可有效减少组件数量。
在上述结构的光复用器中,从光源3-2~3-n射出的光分别由倾斜型FBG 2-2~2-n反射,以被耦合在光纤1内,各光的一部分进一步由各低反射FBG 4-2~4-n反射,以沿相反方向返回到光传播所通过的光路。结果,波长λ2~λn的光在低反射FBG 4-2~4-n和光源3-2~3-n之间谐振,以使光源3-2~3-n分别在对应波长下振荡。因此,可以按高耦合效率把与FBG 4-2~4-n的反射波长对应的波长λ2~λn的光L2~Ln和通过光纤1传播的光L1复用。
下面,将对与多个波长的复用光对应的光复用器的另一变型例进行说明。
图13是示出光复用器的另一变型例的框图。
图13的光复用器结构为,利用在图10的变型例中说明的倾斜啁啾型FBG的集光性能,并使用形成在光纤1的一部分上的倾斜啁啾型FBG 2’来进行多个波长λ2~λn的光L2~Ln的复用。此处,对于光纤1上的单个倾斜啁啾型FBG 2’,将n-1个光源3-2~3-n成直线地配置在与光纤1的轴向垂直的方向上。光源3-2~3-n的定位根据倾斜啁啾型FBG 2’和低反射FBG 4-2~4-n的设计参数来确定,以便可在倾斜啁啾型FBG 2’内获得与图12所示类似的透射波长特性。注意,光源3-2~3-n以及与波长λ2~λn对应的低反射FBG 4-2~4-n的特性,与图11所示的变型例的类似。
而且在上述结构的光复用器中,与图11所示的变型例类似,从光源3-2~3-n射出的光分别在与低反射FBG 4-2~4-n的反射波长对应的波长λ2~λn下振荡。因此,可以按高耦合效率把波长λ2~λn的光L2~Ln与通过光纤1传播的波长λ1的光L1复用。
在图11至图13的各变型例中,所述结构为使具有外部谐振结构的光复用器与多个波长的复用光对应。然而,图1等所示的不具有外部谐振结构的结构,也能通过采用与上述相同的方式设置倾斜型FBG和光源来与多个波长的复用光对应。
而且,按照一一对应的关系将光源3-2~3-n设置为波长λ2~λn的光的发生源。然而,例如如图14所示,所述结构可以为,针对各波长λ2~λn设置光源3-2~3-n对,各对射出处于不同偏振状态的光,使用偏振合成装置6-2~6-n中的每一个把从各对射出的光相互合成,并且使从偏振合成装置6-2~6-n中的每一个射出的光照射到倾斜型FBG 2-2~2-n中的每一个上。
并且,作为图14所示结构的变型例,如图15所示,所述结构可以为,由单一偏振合成装置6合成使用根据本发明的倾斜型FBG和低反射FBG在两根光纤中的每一个上独立复用的波长λ2~λn的光,并且使用典型光复用器7,在波长λ1的光L1传播所通过的光纤1上提供来自偏振合成装置6的输出光。如果采用这种结构,可在需要保持复用光的偏振状态的情况下减少偏振合成装置的数量。
在图14和图15的结构例中,针对倾斜型FBG 2-2~2-n中的每一个配置了低反射FBG 4-2~4-n。然而,如图11所示,也可以把各低反射FBG4-2~4-n集中配置在一个位置处。
此外,在本发明的各实施例及其变型例中,由于可改变倾斜型FBG 2、倾斜啁啾型FBG 2’和低反射FBG 4中的每一个的FBG部的温度或压力或者温度和压力两者,来改变反射波长特性,因而也能采用使复用波长可变的应用。
下面,将对使用本发明的光复用器构成的光放大器的实施例进行说明。
图16是示出根据本发明的光放大器的一个实施例的框图。
在图16中,本实施例结构为,把例如图11所示的结构,作为用于把波长λp1、λp2、……、λpn的泵浦光Lp1、Lp2、……、Lpn提供给放大介质10的泵浦光复用系统的结构,应用于光放大器(例如,掺稀土元素光纤放大器,喇曼放大器等),该光放大器把波长λp1、λp2、……、λpn的泵浦光Lp1、Lp2、……、Lpn提供给放大介质10,从而将通过放大介质10传播的信号光Ls放大以输出放大信号光Ls。具体地说,例如,把倾斜型FBG部20和低反射FBG部40形成在与放大介质10的一端连接的光纤1上,该放大介质10在其另一端接收信号光Ls。从泵浦光源部30射出的波长λp1~λpn的泵浦光Lp1~Lpn照射到倾斜型FBG部20上,以便把在光纤1上耦合的泵浦光Lp1~Lpn提供给放大介质10作为后向泵浦光。
作为放大介质10,具有:掺稀土元素光纤放大器中的掺稀土元素光纤,以及喇曼放大器中的传输路径光纤(分布式系统)和高非线性型光纤(集中式系统)。倾斜型FBG部20和低反射FBG部40各包括:采用与图11所示的光复用器相同的方式设定的倾斜型FBG 2-p1~2-pn和低反射FBG 4-p1~4-pn,其反射波段被设置得与根据信号光Ls的波段和放大介质10的类型所确定的希望的泵浦光波长λp1~λpn对应,并且将各自的倾斜型FBG 2-p1~2-pn和低反射FBG 4-p1~4-pn纵列配置。泵浦光源部30包括用于产生分别与希望的泵浦光波长λp1~λpn对应的光的泵浦光源3-p1~3-pn。从泵浦光源3-p1~3-pn射出的光按照预定的入射角度θ0入射到倾斜型FBG 2-p1~2-pn上。
作为具体结构,如图17中的(A)所示,倾斜型FBG 2-p1~2-pn中的每一个都可形成在光纤1的芯部(折射率1.47)上,使得与通过纤芯传播的信号光Ls的重叠变大。而且,例如如图17中的(B)所示,可将各倾斜型FBG形成到光纤1的包层部(折射率1.46)上,使得从各泵浦光源3-p1~3-pn射出的光针对各倾斜型FBG 2-p1~2-pn的照射位置的公差变大。注意,在光纤1具有双包层结构的情况下,如图17中的(C)所示,优选的是把各倾斜型FBG形成到内包层部(折射率1.46)上。如图17中的(B)和(C)所示,在把各倾斜型FBG形成在芯部和包层部中的每一个上的情况下,可以把多模的高功率产品应用于各泵浦光源3-p1~3-pn,以使各泵浦光Lp1~Lpn通过包层传播。
在上述结构的光放大器中,从各泵浦光源3-p1~3-pn射出的各光由各倾斜型FBG 2-p1~2-pn反射并被耦合在光纤1内,并且各反射光的一部分进一步由各低反射FBG 4-p1~4-pn反射,以沿相反方向返回到光传播所通过的光路。结果,波长λp1~λpn的光分别在低反射FBG 4-p1~4-pn和泵浦光源3-p1~3-pn之间谐振,并且各泵浦光源3-p1~3-pn在对应波长下振荡。然后,把透射过低反射FBG 4-p1~4-pn的波长λp1~λpn的泵浦光Lp1~Lpn提供给放大介质10,作为沿与信号光Ls相反的方向传播的后向泵浦光。在提供有泵浦光Lp1~Lpn的放大介质10中,对通过的信号光Ls进行光放大。
根据本光放大器,通过利用FBG的优良特性(陡窄带反射波长特性,针对主信号系统的低损耗),使用非常简单的结构,把多个波长的泵浦光Lp1~Lpn复用在与放大介质10连接的光纤1上。因此,可减少光放大器中的泵浦光复用系统的组件数量,还可以按高耦合效率把泵浦光Lp1~Lpn提供给放大介质10。具体地说,例如与图18所示的传统光放大器中的泵浦光复用系统的结构相比,使用介质多层膜构成的复用器或偏振合成装置变得没有必要,并且形成有倾斜型FBG部20和低反射FBG部40的光纤1仅是本放大器的组件。因此,可大大减少组件数。而且,在传统结构中,存在用于连接复用器或偏振合成装置的许多拼接部。然而,在本光放大器中,不再有这种拼接部,因此,可使在泵浦光中发生的损耗显著降低。
注意,在上述光放大器中,将形成有倾斜型FBG部20和低反射FBG部40的光纤1连接到放大介质10。然而,也可以把倾斜型FBG部20和低反射FBG部40直接形成在放大介质10上。在该情况下,可使泵浦光复用系统的组件数量基本上为零(不包括泵浦光源)。
而且,与泵浦光波长λp1~λpn相对应地分别设置多个泵浦光源3-p1~3-pn。然而,例如如图19所示,也可以将具有对各泵浦光源的共用功能的组件构成为阵列集成组件(在此,可以使用LD阵列3A和透镜阵列3B,也可以使用(LD+透镜)阵列)。通过使用这种阵列集成组件,可进一步减少光放大器的组件数量并降低组装成本。
下面,作为与上述光放大器的实施例有关的具体示例,将对把本发明应用于掺稀土元素光纤放大器的情况进行说明。
图20是示出应用了本发明的掺稀土元素光纤放大器的结构示例的图。
图20的掺稀土元素光纤放大器设有通过把稀土元素掺到光纤内所获得的掺稀土元素光纤,作为放大介质10。该掺稀土元素光纤10在其信号光输入端的附近形成有倾斜型FBG部20和低反射FBG部40,并且从泵浦光源部30的泵浦光源3-p1和3-p2射出的泵浦光Lp1和Lp2照射到倾斜型FBG 2-p1和2-p2上,并被提供为前向泵浦光。而且,光隔离器51和52连接到掺稀土元素光纤10的信号光输入输出端,并且,还设有用于对输入到掺稀土元素光纤10的信号光Ls进行监测的输入监测器53,以及用于对从掺稀土元素光纤10输出的信号光Ls进行监测的输出监测器54。
然而,采用本发明的掺稀土元素光纤放大器的结构不限于上述示例。例如,在使用倾斜型FBG等构成公知的滤光器作为用于使光放大器的增益波长特性均衡的装置的情况下,可把用于增益均衡的倾斜型FBG和用于泵浦光复用的上述倾斜型FBG形成在同一光纤上,从而实现组件数量的减少。而且,使用倾斜型FBG构成用于输入监测器53和输出监测器54的监测耦合器,并把该监测耦合器形成在其上形成有用于泵浦光复用的倾斜型FBG的光纤上,这对组件数量的减少也是有效的。
在上述结构的掺稀土元素光纤放大器中,把倾斜型FBG部20和低反射FBG部40设计成对于信号光Ls的波段以及泵浦光波长λp1和λp2具有图21所示的透射波长特性,以便使用简单结构并以高耦合效率把从泵浦光源3-p1和3-p2射出的泵浦光Lp1和Lp2稳定地提供给掺稀土元素光纤10。通过提供泵浦光Lp1和Lp2,掺稀土元素光纤10内的稀土元素成为泵浦状态,以便对输入到掺稀土元素光纤10的信号光Ls进行光放大。而且,输入到掺稀土元素光纤10的信号光Ls和从掺稀土元素光纤10输出的信号光Ls的状态由输入监测器53和输出监测器54监测,并且根据监测结果,对泵浦光源3-p1和3-p2进行驱动控制等。
在上述掺稀土元素光纤放大器中,由于倾斜型FBG部20和低反射FBG部40形成在掺稀土元素光纤10自身上,因而使泵浦光复用系统的组件和放大介质共用。因此,可使用较少数量的组件进行泵浦光复用。尽管这里将倾斜型FBG部20和低反射FBG部40形成在掺稀土元素光纤10的信号光输入端的附近,然而可把倾斜型FBG部20和低反射FBG部40形成在掺稀土元素光纤10的纵向的任意位置处。结果,不仅可容易地采用作为传统单模泵浦法的主流的端泵浦法(从放大介质的一端或两端输入泵浦光的泵浦方法),而且还可容易地采用从放大介质的途中输入泵浦光的泵浦方法(以下称为侧泵浦法),从而可扩大掺稀土元素光纤放大器的设计自由度。
图22和图23是示出采用侧泵浦法的掺稀土元素光纤放大器的具体示例的图。在图22中,倾斜型FBG 2-p1和2-p2以及低反射FBG 4-p1和4-p2形成在掺稀土元素光纤的纵向的前部,以便使用侧泵浦法把前向泵浦光Lp1和Lp2输入到倾斜型FBG 2-p1和2-p2,而且,倾斜型FBG 2-p3和2-p4以及低反射FBG 4-p3和4-p4形成在后部,以便使用侧泵浦法把后向泵浦光Lp3和Lp4输入到倾斜型FBG 2-p3和2-p4。并且,在图23中,倾斜型FBG 2-p1~2-p4形成在掺稀土元素光纤的纵向的前部,并且低反射FBG 4-p1~4-p4形成在后部,以便把前向泵浦光Lp1~Lp4输入到倾斜型FBG 2-p1~2-p4。
如果采用上述侧泵浦法,则由于可自由设定在掺稀土元素光纤中进行光放大的纵向位置,因此,可取得的效果是,可设计泵浦光的输入位置,使得由“输入泵浦光功率对输出信号光功率”表示的输出效率最高。
下面,将对在根据本发明的光放大器中添加泵浦光的情况下的应用示例进行说明。
图24~图26是示出与在上述光放大器中添加泵浦光相对应的结构示例的图。
在图24~图26的各结构示例中,作为在泵浦光添加前的泵浦光复用系统,倾斜型FBG 2-p1~2-p3和低反射FBG 4-p1~4-p3形成在放大介质10上,并设置把泵浦光Lp1~Lp3照射到倾斜型FBG 2-p1~2-p3的泵浦光源3-p1~3-p3。在设有该泵浦光复用系统的光放大器中添加例如波长λp4和λp5的泵浦光Lp4和Lp5的情况下,在图24的结构示例中,配备有扩展部81,该扩展部81包括:形成在与放大介质10不同的光纤上的倾斜型FBG 2-p4和2-p5及低反射FBG 4-p4和4-p5,以及泵浦光源3-p4和3-p5。使用熔接器、光连接器等将扩展部81内的光纤的两端与放大介质10连接起来。而且,在图25的结构示例中,为给添加泵浦光做好准备,把倾斜型FBG 2-p4和2-p5及低反射FBG 4-p4和4-p5形成在放大介质10上,然后把包括泵浦光源3-p4和3-p5的扩展部82设置在预定位置处。并且,在图26的结构示例中,把用于添加泵浦光的光复用器83事先形成在放大介质10上,然后使用熔接器、光连接器等把具有与图24相同结构的扩展部81内的光纤的一端连接到光复用器83的复用端口。
通过使用采用了本发明的单元型扩展部来添加泵浦光,光放大器能够具有增加光功率和使信号波段扩展升级的功能,而且可实现光放大器的初始安装成本的降低。根据在传统光放大器中添加泵浦光的方法,由于随着泵浦光的波长数的增加,必需增加复用泵浦光的介质多层膜等,并且还必需在初始安装时就插入满足最终结构的复用器,所以泵浦光的插入损耗增加了。另一方面,本发明中的泵浦光添加方法是一种简单的方法,其中如果必要,就添加升级所需波长的泵浦光源,因此可有效地降低初始安装成本。
例如,在作为掺稀土元素光纤放大器之一的掺铒光纤放大器(EDFA)中,可将660nm、820nm、980nm和1480nm视为泵浦波长。在本发明中,通过根据所需的泵浦波长来设计倾斜型FBG和低反射FBG的反射波长特性,可以满足任意泵浦波长,而且,通过把低反射FBG的反射波长特性设计成窄带特性,可增加使用多个波长的泵浦光时的波分复用泵浦光的数量,从而可增加泵浦光源数。作为泵浦光源数增加的优点是,例如如图27所示,由于单个泵浦光源的输出功率降低,即,可以采用泵浦光源的冗余结构,可提高光放大器可靠性,等。而且,对于喇曼放大器,由于泵浦光源数的增加,可以提高输出功率的波长平坦性。
将对上述本发明的效果进行更具体说明。例如,在采用掺铒光纤作为放大介质10的情况下,可以考虑把用于DVD、CD-R等的商用低成本半导体激光器(振荡波长的0.5μm波段、0.6μm波段或0.8μm波段)用作泵浦光源。然而,商用半导体激光器在用于通信时可靠性较低。作为提高泵浦光源的可靠性的方法之一,有冗余结构方法。该冗余结构方法通过采用大量泵浦光源来把可靠性提高到预定水平,尽管这种泵浦光源在单个使用时可靠性较低,并且如图28中的(A)所示,泵浦光源数和可靠性成正比关系。在传统光放大器中采用冗余结构的情况下,即使泵浦光源的单位成本低,用于实现冗余结构的泵浦光复用系统的组件成本和组装成本也很高,因此,如图28中的(B)所示,不能期待光放大器整体的成本降低。并且,随着泵浦光源数的增加,由于泵浦光复用系统的插入损耗增加,导致单个泵浦光源的输出功率增大。另一方面,在本发明的光放大器中,由于如上所述,成本增加与泵浦光源数之比较低,因而本发明对解决以往问题是有效的。
图29是当把商用半导体激光器用作泵浦光源来实现光放大器的成本降低时,通过采用本发明的泵浦光复用系统来实现泵浦光源的冗余结构,以确保通信用半导体激光器的可靠性的具体示例。在该具体示例中,把两个泵浦光源装在一个盒内,并且使用多个盒形成冗余结构。然后,对现用盒的工作状态和信号光的输出状态进行监测,并根据监测结果对泵浦光源的劣化进行检测,使得向下一盒的切换由维护管理部自主控制。结果,可实现确保用于通信时的可靠性的成本极低的EDFA。
在上述关于根据本发明的光放大器的实施例的说明中,对使从一个泵浦光源射出的光直接照射到倾斜型FBG的结构作了说明。然而,肯定能采用使用偏振合成装置把图14或图15所示的从两个泵浦光源射出的处于不同偏振状态的光进行合成的结构,作为光放大器的泵浦光复用系统。具体地说,图30示出了将该结构应用于双向泵浦掺稀土元素光纤放大器的情况下的一个示例,并且,图31示出了将该结构应用于分布式喇曼放大器的情况下的一个示例。
下面,将对用于实现初始安装成本的进一步降低和放大波段扩展的根据本发明的光放大器的应用示例进行说明。
通常,在应用于大容量波分复用通信系统的光放大器中,问题是如何以低成本实现单波段内的放大波段扩展。例如,在掺稀土元素光纤放大器、喇曼放大器等中,存在的问题是,由于在特定波段内存在大的增益峰值,并且泵浦光功率由于过量增益而过量地消耗,导致了成本的增加。对于该问题,以往提出了一种通过设置过量增益抑制装置来实现所需泵浦光功率减少的技术(参照日本未审专利公开特开平3-263889号公报和日本未审专利公开特开平6-342175号公报)。然而,根据该传统技术,过量增益抑制装置可能会是增加信号波段的背景损耗的因素,因此,仍然存在放大效率降低和噪声指数劣化的问题。
因此,以下将对用于解决光放大器的放大波段扩展的问题的有效技术进行说明,而且,把该有效技术与根据本发明的泵浦光复用系统的结构进行组合,以实现初始安装成本的进一步降低。
首先,作为用于减少所需泵浦光功率的装置,将用于对信号波段内的一部分波段的过量增益进行选择性抑制的抑制装置分布设置在放大介质的纵向上。该抑制装置具有选择拥有较大增益的波段来抑制过量增益的特点,并具有例如拥有信号波段的约30%的半带的简单形状(例如,高斯形等)的波长特性。此外,在把抑制装置形成在放大介质的纵向上的方法中,抑制装置不是靠近形成的,而是基本上按照大致相等的间隔形成的,例如,按照放大介质全长的约10%的间隔形成。
如上所述,抑制装置不是靠近形成的,而是在放大介质的纵向上,基本上按照大致相等的间隔形成的。结果,可获得分布式抑制方法的优点,即放大效率和噪声指数的提高。并且,由于所述结构使形成抑制装置的部位的数量减少(按照放大介质全长的10%的间隔形成抑制装置),并使各抑制装置的抑制量较大,因而可在抑制噪声指数劣化的同时,实现放大效率的进一步提高。然而,如果形成抑制装置的部位的数量减少过多,或者将抑制装置形成得太靠近,则可以理解,过量产生的光在某个固定位置处得到集中抑制,而分布式抑制方法的优点受到损害,从而将增加所需的泵浦光功率。
具体考虑在放大介质的纵向上形成抑制装置的情况,例如,在把作为抑制装置的FBG按照恒定间隔形成在全长为26.13m的放大介质的情况下,如图32示例性所示,所需泵浦光功率的改善量随着从放大介质的输入端到初级FBG的距离(与各级FBG的形成间隔对应)而变化。在图32所示的关系中,可以理解,当按照2.63m的间隔把FBG布置在放大介质上的9个部位上时,所需泵浦光功率的改善量最大。图33示出在上述情况下把FBG布置在放大介质上的图。
期望的是采用能够降低制造成本的方法作为在放大介质的纵向上形成抑制装置(此处为FBG)的方法。具体地说,例如,可以采用以下方法:把放大介质(例如,掺稀土元素光纤,喇曼放大光纤等)卷绕在大直径的构件上,并与为形成FBG而照射紫外线的定时相同步地控制该构件的旋转速度和旋转定时。此外,例如,可以采用以下方法:根据要形成的FBG的数量把放大介质卷绕在构件上,并确定该构件的直径,以便把FBG的形成位置布置在一个位置处,从而能够利用一次紫外线照射形成多个FBG。
而且,除了上述在放大介质的纵向上形成FBG以外,还可以把用于对信号波段外的特定波段内的放大自发发射光进行选择性抑制的装置分布式地形成在同一放大介质的纵向上。这样,例如如图34所示,信号波段外产生的噪声光就受到了有效的抑制。因此,可实现进一步降低噪声指数的效果和提高泵浦效率的效果。
因此,通过把上述用于减少所需泵浦光功率的技术与利用上述倾斜型FBG等的泵浦光复用系统进行组合,可实现使初始安装成本进一步降低的光放大器。作为这种光放大器的具体示例,图35示出了一种混合结构的光放大器,其中,把采用图25所示结构的分布式喇曼放大器和实现所需泵浦光功率减少的掺稀土元素光纤放大器串联连接起来。
机译: 光复用方法,光复用器以及使用该光复用器的光放大器
机译: 光复用方法,光复用器以及使用该光复用器的光放大器
机译: 光复用器/解复用器,光集成电路和使用该光复用器的光收发器