モジュール型半導体光増幅器(BOAおよびSOA)、高速ドライバー内蔵

High Switching Speed of <1 ns
Adjustable Power Up to 17 dBm or 18 dBm
High Extinction Ratio of 70 dB
Fiber-Coupled Optical Amplifier Device

Key Switch

Power Supply Connector

Trigger Input

Trigger Mode Select

Drive Current

Interlock

HSB155AP

1550 nm High-Speed BOA Instrument

HSS155A

1550 nm High-Speed SOA Instrument

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概要
仕様
グラフ
前面＆背面パネル
レーザの安全性
光増幅器
Feedback

Key Specifications^a
Item #	HSS155A	HSB155AP
Component Optical Shutter/Switch	SOA1013SXS	BOA1004PXS
Wavelength Range	1528 nm - 1562 nm	1530 nm - 1580 nm
Switching Speed	< 1 ns	< 1 ns
Small Signal Gain @ P_IN = -20 dBm^b	13 dB	25 dB
Extinction Ratio @ P_IN = -20 dBm^c	70 dB	70 dB
Max Output Power for Pulsed Input Signal	17 dBm	18 dBm
Max Output Power for CW Input Signal	17 dBm	18 dBm
Optical Isolation (P_IN / P_OUT) @ 0 mA^c	60 dB (Min)	60 dB (Min)

これらの仕様値は、特記のない限り典型値です。仕様の詳細については「仕様」タブをご覧ください。
帯域幅にわたり。値のリンクをクリックするとグラフがご覧いただけます。
1550 nmにおける値

用途例

高消光比の光スイッチ
光信号処理
マイクロリング共振器センサ
光時間領域反射率測定システム

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HSシリーズ増幅器の4つの動作モードを示した図

特長

1550 nm帯のCバンド増幅器
偏光依存と偏光無依存タイプ
高速スイッチング用電流ドライバ内蔵
ターンキー式操作、温度制御付き

モジュール型半導体光増幅器HSシリーズは、高速ドライバと偏光無依存型半導体光増幅器(SOA)または偏光依存型半導体光増幅器(BOA)が組み込まれた、高速スイッチングが可能なターンキー式の機器です。こちらの機器は70 dBの高消光比により、光シャッタやスイッチング用途にお使いただけます。

スイッチングとパルス動作は、光増幅器のTRIGGER INPUTポートから制御されます。トリガーモードには、連続駆動電流(CW)、低周波動作(< 1 MHz)用Hi-Z、高周波動作(> 1 MHz)用にAC結合50 ΩとDC結合50 Ωトリガがあります。出力利得は可変電流源によって生成され、個別設定により調整可能です。高速のトリガ信号を送れば、「仕様」タブの「Trigger Specifications(トリガ仕様)」表の入力電圧を使用して、1 ns未満のスイッチング速度を得ることができます。

この増幅器には、駆動エレクトロニクスや温度制御回路と、セーフティインターロックが内蔵されています。電源DS15と国内向けの電源プラグが付属します。2つのFC/APCコネクタは、ファイバーシステムに組み込むためのファイバ入出力ポートとして機能します。当社では、これらの機器に使用できるさまざまなFC/APCコネクタ付きSM およびPMファイバーパッチケーブルを取り揃えています。

利得制御
これらの増幅器の利得は、個々のデバイスに最適な駆動電流を調整することにより制御されます。背面パネルの駆動電流のセレクタでは、付属の2.5 mmドライバを使用して16ポジションのいずれかを設定できます。MAXの位置に設定すると、各デバイスの標準的な動作電流で最大出力が得られます。

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トリガ
増幅器のスイッチング動作は、背面パネルのSMAトリガーポート(メス)から、供給する電気波形によって制御されます。例えば、この装置は、お客様が供給した電気パルスから光パルスを生成することができます。

トリガーモードは、連続駆動電流(CW)、低周波動作(< 1 MHz)用に推奨するHi-Z、50 Ω ACまたはDC(> 1 MHzの高周波動作用に結合)の4種類があります。背面パネルのトリガーモード制御により、トリガーモードの選択が可能です。

前面＆背面パネルのその他の機能
前面パネルのLEDインジケータの2色(赤/青)は、レーザ出力が可能なことを示し、多くのレーザ保護メガネで視認できるよう設計されています。

トリガーポート、トリガーモード制御、駆動電流制御のほかに背面パネルには、デュアルカラー(赤/緑)のステータスLEDがついており、温度の安定状態やエラーを含む動作状態を示します。トリガーモードの種類も刻印されています。機能の詳細については「前面&背面パネル」タブとマニュアルをご覧ください。

HSシリーズ増幅器には、キースイッチ、インターロックピン、そしてLED点灯から増幅器出力までの4秒間の遅延などの安全機能が搭載されています。

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このグラフは、2 ns、50 ns、100 ns、500 nsのパルスを生成する外部パルスジェネレータによって駆動された、繰り返し周波数1 MHz、中心波長1550 nmの1 mW分布帰還型(DFB)レーザからの出力光を入力したときのHSシリーズ機器の応答性を示しています。

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グラフでは中心波長が1550 nmの1 mW分布帰還型(DFB)レーザ光を入力したときの、3つの異なる駆動電流設定におけるHSシリーズ機器の利得の応答を示しています。Low Gain(低利得)、Medium Gain(中利得)、High Gain(高利得)の駆動電流位置は8、12、16です。

Polarization-Independent High-Speed SOA Instrument
Item #	HSS155A
Parameter	Min	Typical	Max
Operating Wavelength	1528 nm	-	1562 nm
Optical Isolation (P_IN/P_OUT) @ 0 mA and 1550 nm	60 dB	-	-
Extinction Ratio (On/Off @ P_IN = -20 dBm and 1550 nm)	-	70 dB	-
Switching Speed	-	< 1 ns	-
Max Output Power for CW Input Signal	-	17 dBm	-
Max Output Power for Pulsed Input Signal	-	17 dBm	-
Saturation Output Power (@ -3 dB)	12 dBm	14 dBm	-
Small Signal Gain^a (@ P_IN = -20 dBm)	10 dB	13 dB	-
Fiber Specifications
Type (SM Fiber)	SMF-28 Ultra
Length^b	1.5 ± 0.1 m
Connector	FC/APC

帯域幅にわたり測定
内蔵されたファイバ長は、機器の入力または出力部から増幅器デバイスまでの測定値です。

Polarization-Dependent High-Speed BOA Instrument
Item #	HSB155AP
Parameter	Min	Typical	Max
Operating Wavelength	1530 nm	-	1580 nm
Optical Isolation (P_IN/P_OUT) @ 0 mA and 1550 nm	60 dB	-	-
Extinction Ratio (On/Off @ P_IN = -20 dBm and 1550 nm)	-	70 dB	-
Switching Speed	-	< 1 ns	-
Max Output Power for CW Input Signal	-	18 dBm	-
Max Output Power for Pulsed Input Signal	-	18 dBm	-
Saturation Output Power (@ -3 dB)	13 dBm	15 dBm	-
Small Signal Gain^a (@ P_IN = -20 dBm)	22 dB	25 dB	-
Fiber Specifications
Type (PM Fiber)	Corning PMF-1550
Length^b	1.5 ± 0.1 m
Connector	FC/APC, Key Aligned to Slow Axis

帯域幅にわたり測定
内蔵されたファイバ長は、機器の入力または出力部から増幅器デバイスまでの測定値です。

Trigger Specifications
Input Voltage	50 Ω (AC Coupled)^a	0.2 - 5.0 Vpp
	50 Ω (DC Coupled)	0.2 - 5.0 V
	Hi-Z, 5 kΩ (DC Coupled)	V_IL	0 - 0.8 V
	Hi-Z, 5 kΩ (DC Coupled)	V_IH	2.2 - 5 V
Max Timing Jitter		32 ps RMS
Max Input Frequency		250 MHz
Delay from Trigger Input to Amplifier Rising Edge^b		6 ± 1 ns
Delay from Trigger Input to Amplifier Falling Edge^b		8.5 ± 1 ns
Delay from Trigger Input to Optical Output^c		14 ± 2 ns

この設定は1 MHzを超える高周波動作向けで、最小カットオフ周波数は318 Hzです。
トリガのSMAコネクタと増幅器間をプローブ間で電気的に測定
トリガのSMAコネクタとファイバーコネクタの出力部間で測定

Power, Environmental, and Physical Specifications
AC Input Frequency Range to DS15 Power Supply	50 Hz - 60 Hz
AC Input Voltage to DS15 Power Supply	100 V - 240 V
DC Input Voltage Range to Instrument	14.5 V - 15.5 V
DC Input Current to Instrument	1000 mA (Max)
Operating Temperature Range	10 °C to 45 °C
Storage Temperature Range	0 °C to 60 °C
Humidity Range (Relative Humidity)^a	5% to 85%
Mass	0.86 kg
Dimensions (L x W x H)	185.6 mm x 100.0 mm x 39.4 mm (7.31" x 3.94" x 1.55")

結露無しの環境で有効

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増幅器システムの内部構造図。駆動電子回路、セーフティインターロック、温度安定化システムが示されています。マルチカラーのLEDインジケータ(赤/緑/アンバー)は、30秒～60秒間のウォームアップ中に点滅し、温度が安定すると連続点灯します。
*注: トリガの拡大図は下記でご覧いただけます。

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HSシリーズ増幅器の4つの動作モードを示した図

偏光無依存型高速SOA

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2台の増幅器HSS155Aの平均小信号利得応答(各16種類の駆動電流設定に対して)

偏光依存型高速BOA

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2台の増幅器HSB155APの平均小信号利得応答(各16種類の駆動電流設定に対して)

HSシリーズの前面＆背面パネル

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Front Panel
Call Out	Description
1	Input Fiber Bulkhead (FC/APC), 2.0 mm Narrow Key
2	Emission Status LED, Dual Color (Red/Blue)
3	Output Fiber Bulkhead (FC/APC), 2.0 mm Narrow Key

Back Panel
Call Out	Description
1	Power Key Switch
2	Male Mini-XLR Connector for the +15 V Power Supply Jack
3	LED Status Indicator, Dual Color (Red/Green)
4	Drive Current Control^a
5	Trigger Mode Control^a
6	Trigger Input Port (Female SMA Connector)
7	Interlock Jack, 2.5 mm Mono Phono (Interlock Pin Installed)
8	Chart of Trigger Modes

付属の2.5 mmプラスドライバで調整可能

レーザの安全性とクラス分類

レーザを取り扱う際には、安全に関わる器具や装置を適切に取扱い、使用することが重要です。ヒトの目は損傷しやすく、レーザ光のパワーレベルが非常に低い場合でも障害を引き起こします。当社では豊富な種類の安全に関わるアクセサリをご提供しており、そのような事故や負傷のリスクの低減にお使いいただけます。可視域から近赤外域のスペクトルでのレーザ発光がヒトの網膜に損傷を与えうるリスクは極めて高くなります。これはその帯域の光が目の角膜やレンズを透過し、レンズがレーザーエネルギを、網膜上に集束してしまうことがあるためです。

安全な作業および安全に関わるアクセサリ

クラス3または4のレーザを取り扱う場合は、必ずレーザ用保護メガネを装着してください。
当社では、レーザのクラスにかかわらず、安全上無視できないパワーレベルのレーザ光線を取り扱う場合は、ネジ回しなどの金属製の器具が偶然に光の方向を変えて再び目に入ってしまうこともあるので、レーザ用保護メガネを必ずご使用いただくようにお勧めしております。
特定の波長に対応するように設計されたレーザ保護眼鏡は、装着者を想定外のレーザ反射から保護するために、レーザ装置付近では常に装着してください。
レーザ保護眼鏡には、保護機能が有効な波長範囲およびその帯域での最小光学濃度が刻印されています。
レーザ保護カーテンやレーザー安全保護用布は実験室内での高エネルギーレーザの遮光にご使用いただけます。
遮光用マテリアルは、直接光と反射光の両方を実験装置の領域に封じ込めて外に逃しません。
当社の筺体システムは、その内部に光学セットアップを収納し、レーザ光を封じ込めて危険性を最小限に抑えます。
ピグテール付き半導体レーザは、他のファイバに接続、もしくは他のファイバとの接続を外す際には、レーザ出力をOFFにしてください。パワーレベルが10 mW以上の場合には特にご注意ください。
いかなるビーム光も、テーブルの範囲で終端させる必要があります。また、レーザ使用中には、研究室の扉は必ず閉じていなければなりません。
レーザ光の高さは、目線の高さに設定しないでください。
実験は光学テーブル上で、全てのレーザービームが水平を保って直進するように設定してください。
ビーム光路の近くで作業する人は、光を反射する不要な装飾品やアクセサリ(指輪、時計など)をはずしてください。
レンズや他の光学装置が、入射光の一部を、前面や背面で反射する場合がありますのでご注意ください。
あらゆる作業において、レーザは必要最小限のパワーで動作するようにご留意ください。
アライメントは、可能な限りレーザの出力パワーを低減して作業を行ってください。
ビームパワーを抑えるためにビームシャッタやフィルタをお使いください。
レーザのセットアップの近くや実験室には、適切なレーザ標識やラベルを掲示してください。
クラス3Rやクラス4のレーザ(安全確保用のインターロックが必要となるレーザーレベルの場合)で作業する場合は、警告灯をご用意ください。
ビームトラップの代用品としてレーザービュワーカードを使用したりしないでください。

レーザ製品のクラス分け

レーザ製品は、目などの損傷を引き起こす可能性に基づいてクラス分けされています。国際電気標準会議(The International Electrotechnical Commission 「IEC」)は、電気、電子工学技術関連分野の国際規格の策定および普及を行う国際機関で、IEC60825-1は、レーザ製品の安全性を規定するIEC規格です。レーザ製品のクラス分けは下記の通りです

Class	Description	Warning Label
1	ビーム内観察用の光学機器の使用を含む、通常の条件下での使用において、安全とみなされているクラス。このクラスのレーザ製品は、通常の使用範囲内では、人体被害を及ぼすエネルギーレベルのレーザを発光することがないので、最大許容露光量(MPE)を超えることはありません。このクラス1のレーザ製品には、筐体等を開かない限り、作業者がレーザに露光することがないような、完全に囲われた高出力レーザも含まれます。
1M	クラス1Mのレーザは、安全であるが、望遠鏡や顕微鏡と併用した場合は危険な製品になり得ます。この分類に入る製品からのレーザ光は、直径の大きな光や拡散光を発光し、ビーム径を小さくするために光を集束する光学素子やイメージング用の光学素子を使わない限り、通常はMPEを超えることはありません。しかし、光を再び集光した場合は被害が増大する可能性があるので、このクラスの製品であっても、別の分類となる場合があります。
2	クラス2のレーザ製品は、その出力が最大1 mWの可視域での連続放射光に限定されます。瞬目反射によって露光が0.25秒までに制限されるので、安全と判断されるクラスです。このクラスの光は、可視域(400～700 nm)に限定されます。
2M	このクラスのレーザ製品のビーム光は、瞬目反射があるので、光学機器を通して見ない限り安全であると分類されています。このクラスは、レーザ光の半径が大きい場合や拡散光にも適用されます。
3R	クラス3Rのレーザ製品は、直接および鏡面反射の観察条件下で危険な可視光および不可視光を発生します。特にレンズ等の光学機器を使用しているときにビームを直接見ると、目が損傷を受ける可能性があります。ビーム内観察が行われなければ、このクラスのレーザ製品は安全とみなされます。このクラスでは、MPE値を超える場合がありますが、被害のリスクレベルが低いクラスです。可視域の連続光のレーザの出力パワーは、このレベルでは5 mWまでとされています。
3B	クラス3Bのレーザは、直接ビームを見た場合に危険なクラスです。拡散反射は通常は有害になることはありませんが、高出力のクラス3Bレーザを使用した場合、有害となる場合もあります。このクラスで装置を安全に操作するには、ビームを直接見る可能性のあるときにレーザ保護眼鏡を装着してください。このクラスのレーザ機器にはキースイッチと安全保護装置を設け、さらにレーザ安全表示を使用し、安全照明がONにならない限りレーザがONにならないようにすることが求められます。Class 3Bの上限に近いパワーを出力するレーザ製品は、やけどを引き起こすおそれもあります。
4	このクラスのレーザは、皮膚と目の両方に損傷を与える場合があり、これは拡散反射光でも起こりうるとみなされています。このような被害は、ビームが間接的に当たった場合や非鏡面反射でも起こることがあり、艶消し面での反射でも発生することがあります。このレベルのレーザ機器は細心の注意を持って扱われる必要があります。さらに、可燃性の材質を発火させることもあるので、火災のリスクもあるレーザであるとみなされています。クラス4のレーザには、キースイッチと安全保護装置が必要です。
全てのクラス2以上のレーザ機器には、上記が規定する標識以外に、この三角の警告標識が表示されていなければいけません。

Comparison of a SOA to a standard Fabry-Perot Laser Diode

半導体光増幅器(BOAおよびSOA)は、シングルパスの進行波増幅器で、単色信号あるいは多波長信号の両方において性能を発揮します。偏光依存型半導体光増幅器(BOA)は1つの偏光状態のみを増幅するので、入力光の偏光状態が分かっている条件での使用に適しています。これに対して入力信号の偏光状態が不明の場合や変動する用途では、偏光無依存型半導体光増幅器(SOA)が必要となります。しかしながら利得、雑音、バンド幅や飽和出力強度の仕様は、偏光依存型(BOA)の方が偏光無依存型(SOA)と比較して優れています。これは偏光無依存型(SOA)では偏光無依存の特性を付与している設計により上記特性が犠牲になっているためです。

半導体光増幅器はファブリペローレーザと似た設計ですが、相違しているのは、ファブリペローレーザでは、半導体チップの両端面に反射コーティングが施されている点です。両端の反射面からの戻り光が共振器として機能し、レーザ発振が生じます。SOAとBOAにおいては、半導体チップの両端面に反射防止 (AR)コーティングが施されています。ARコーティングがチップに向けた光のフィードバックを抑制するのでレーザ発振されません。

全ての増幅器に共通する典型的な特性ですが、半導体光増幅器にも2つの動作領域があります。1つは線形でフラットな一定利得の領域で、もう1つは非線形で出力が飽和する領域です。変調信号を増幅するのに使用されるのは一般に線形領域で、そこではパターン効果、マルチチャンネルクロストーク、エルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA)でも見られる過度応答といった問題が発生しません。非線形領域は、半導体の利得媒質の高非線形属性(相互利得変調や相互位相変調)を活かして、波長変換、光学3R再生、ヘッダ認識など高速光信号処理プロセスで使用されます。

CW入力信号では、増幅器が生成できるパワーの合計は飽和出力(P_sat)のパラメータで決定されます。P_satは、小信号利得が3 dB低くなる出力で定義されます。出力可能な最大CW値は、飽和出力よりも 3 dBほど高くなります。

SOA Linear vs Non-linear Regimes

Posted Comments:

Zsolt Kis (posted 2025-02-18 04:55:37.207)

Dear Support Team, I have a question about the input laser power of the amplifier. I looked at the transmission data of the HSB155AP amplifier for 1mW input. I found only about 20dB difference between the on/off periods. However, the spec. sheet mentions some 70dB extinction ratio. Was it just the measurement method which did not reveal the much stronger suppression of the input laser when the modulation signal is off, or the amplifier indeed cannot suppress so much the incoming laser beam? Best regards, Zsolt Kis

EGies (posted 2025-02-20 05:34:46.0)

Thank you for contacting Thorlabs. The extinction (ON/OFF) ratio is defined as a combination of the optical isolation and the gain, and is indeed 70dB for the HSB155AP. Particularly at low input power levels, the OFF state power may be below the noise floor of a given detector. You would want to use the highest Drive Current setting to maximize the small signal gain and, accordingly, the extinction ratio. In the HS Series Typical Pulses graph (https://www.thorlabs.com/images/TabImages/HS_Series_Pulses_G2-780.gif) you mention, the detector did not have a sufficient resolution to resolve the OFF state power level. This graph is meant to illustrate the time domain performance. We have reached out to you directly regarding your specific application.