JP2000105325A - 光ファイバーコリメータとこれを用いた光モジュール及び光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光増幅器内の接続部箇所を低減し、損失の低減
と小型化を図る。 【解決手段】希土類添加ファイバー３の一端をフェルー
ル５に保持するとともに、該フェルール５の端部に、上
記希土類添加ファイバー３からの伝送光を平行光にする
ためのレンズ２を備えて光ファイバーコリメータ１を構
成し、これを光増幅器に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る各種インライン型光モジュールに使用する光ファイバ
ーコリメータとそれを用いた光モジュール、それにより
構成した光増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信において、各種インライン
型光モジュールが多数使用される。特に光ファイバー増
幅器において、多数のインライン型光アイソレータ、イ
ンライン型光複合モジュールが使用される。

【０００３】従来、この種の光モジュールは、光学素子
の両側に光ファイバーコリメータを接続したものであ
る。光ファイバーコリメータは、光ファイバーの先端に
結合用レンズを取り付けたものであり、光ファイバー中
の伝送光をコリメート（平行）光として光学素子中に通
過させるようにしたものである。

【０００４】図６は、光増幅器の一例であり、このうち
インライン型アイソレータの光モジュール１１の両側に
光ファイバーコリメータが使用されている。即ち、この
光モジュール１１は、内部にアイソレータ素子を備え、
その両側にレンズを介して光ファイバー４を接続し、こ
のレンズで伝送光をコリメート光とするようになってい
る。

【０００５】図６に示す光増幅器の構成は、図の左上か
ら順に、まず信号光と励起光を合波させるＷＤＭカップ
ラー１５を備え、この一端の光ファイバー４にスプライ
ス部１６を介して希土類添加ファイバー３を接続し、の
希土類添加ファイバー３の他端にスプライス部１６を介
して、上述したインライン型光アイソレータからなる光
モジュール１１の光ファイバー４を接続してある。

【０００６】また、光モジュール１１の他端側の光ファ
イバー４には、スプライス部１６を介してもう一つの希
土類添加ファイバー３を接続し、その他端にスプライス
部１６を介してもう一つのＷＤＭカップラー１５を接続
し、その他端にスプライス部１６を介してフィルター１
７を接続してある。

【０００７】この光増幅器は、黒矢印で示す方向に信号
光を伝送し、ＷＤＭカップラー１５を介して白矢印で示
す励起光を前方と後方から合波させることによって、希
土類添加ファイバー３内で増幅させ、増幅した信号光を
フィルター１７を通過させて取り出すようになってい
る。

【０００８】ところで、図６に示す構成では、希土類添
加ファイバー３と通常の光ファイバー４の接続にスプラ
イス部６を備えている。即ち、増幅用ファイバーである
希土類添加ファイバー３と通常の光ファイバー４は、そ
れぞれのモードフィールド径が異なる為、それを接続し
て使用する場合、各モードフィールド径を整合させる必
要性があり、通常、希土類添加ファイバー３との接続部
分を繰り返し放電加熱し、希土類添加ファイバー３のモ
ードフィールド径を増大し、接続している。

【０００９】図６においては、各希土類添加ファイバ３
と光ファイバ４は、融着スプライス接続されており、そ
こを補強部で固定実装されてスプライス部を６を成して
いる。

【００１０】又この構成の場合、増幅光のスペクトル成
分に隣接した広いスペクトル成分を持つＡＳＥ光が雑音
特性を劣化させる為、更にそれを除去する為には狭帯域
フィルターモジュールを別途、出力側に接続させる必要
性がある。図７にフィルターモジュール通過前の増幅光
の波長スペクトルと通過後の波長スペクトルを示す。フ
ィルター１７を備えることにより、増幅光の内のＡＳＥ
光成分を除去し、信号光成分のみを取り出す事ができ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
光増幅器では、スプライス部１６が合計５カ所にもな
り、接続工程が煩雑で、挿入損失が増加すると同時にス
プライス接続部スペースにより実装面積が増大する。ま
た、フィルター１７を別途備える必要がある等の問題が
あった。

【００１２】以上をまとめると、以下のごとき問題点と
なる。

【００１３】（１）接続部（スプライス部１６）で、モ
ードフィールド不整合、ファイバー間の屈折率差による
損失が生じる。

【００１４】（２）接続部を融着スプライスした場合、
放電加工や補強材による固定実装が必要で工程が煩雑で
ある。

【００１５】（３）その補強部を実装する為のスペース
が別途必要で、小型化が困難である。

【００１６】（４）雑音特性劣化防止の為、ＡＳＥ光除
去のフィルターモジュールを接続実装する必要性があ
る。

【００１７】（５）組立・実装工程が多くなる。

【００１８】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記欠点を解決
する為に希土類添加ファイバーとレンズを組み合わせ
て、希土類添加ファイバと光学素子を直結した光ファイ
バーコリメータを特徴とする。

【００１９】即ち、希土類添加ファイバーと光学素子を
直結することによって、通常の光ファイバーと希土類フ
ァイバーの接続をなくすようにしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図に基づい
て説明する。

【００２１】図１は、本発明による光ファイバーコリメ
ータ１の断面図で、（ａ）は１芯型、（ｂ）は２芯型の
実施形態を示し、図２は、図１（ａ）の拡大図である。

【００２２】本発明の光ファイバーコリメータ１は、フ
ェルール５に希土類添加ファイバー３の端部を接合し、
その端面にフィルター７を取り付け、レンズホルダー６
を介してレンズ２を接合したものである。また、このレ
ンズ２は、希土類添加ファイバー３からの伝送光をコリ
メート光に変換して出射するような位置に備えてある。

【００２３】したがって、希土類ファイバー３を伝送す
る信号光は、コリメート光となって光ファイバコリメー
タ１から出射し、一方、レンズ２に入射したコリメート
光は希土類添加ファイバー３を伝送することになる。

【００２４】また、他の実施形態として図１（ｂ）に示
すものは、２芯型のフェルール５を用いており、２本の
ファイバーを備えている。このうち、一方は希土類添加
ファイバー３で、他方は通常の光ファイバー４である。
なお、両方を希土類添加ファイバーとしてもよく、３本
以上を備えることもきる。

【００２５】使用するレンズ２としては、有限共役長型
（点光源からの光線の結像点が収束するタイプ）、無限
共役長型（点光源からの光線の結合点が無限遠点、即ち
平行光になるもの）のどちらでもよく、又、球レンズ、
ロッドレンズ等も使用できる。レンズ２は、レンズホル
ダー６内にて接着剤又は金属半田剤又は低融点ガラスに
より固定される。それとフェルール５とを一体に固定す
る。

【００２６】フィルター７は、透光性接着剤にて、端面
に固定もしくは、隙間をつけて固定しても良い。又断面
形状としては矩形でもよいし、台形状のものでもよい。

【００２７】また、各ファイバー端面は、平面以外に斜
め研磨した状態でもよい。

【００２８】さらに、図２に示すように、希土類添加フ
ァイバー３の端部において、モードフィールド径を拡大
したコア拡大部３ａを形成しておくことが好ましい。

【００２９】即ち、光ファイバーを１６００℃前後に一
定時間加熱する事により、屈折率を増大させる添加物を
拡散する工程によりコア拡大部３ａを形成すれば、光フ
ァイバーコリメータ１のモジュール実装時の取り付け位
置精度（ファイバー入出射光軸方向に対し垂直面方向）
を緩和する事ができる。

【００３０】通常、希土類添加ファイバー３は、光を閉
じこめておく必要性からコア径が小さく、それを使用し
た光ファイバーコリメータ１同士を固定調整する際、ア
ライメント調整するのを困難にしている。

【００３１】そこで、図２に示したようにファイバー端
面部分を加熱し、コア部のＧｅ等の添加物を拡散させる
事でモードフィールド径を拡大させたコア拡大部３ａを
形成すると、レンズ結合焦点が僅か（ミクロンレベル）
ずれても、ファイバー内に入射する。即ち、コリメータ
取り付け時のアライメント位置精度が、ファイバーのモ
ードフィールド径が拡大された分、入射領域が拡大する
為、緩和されるのである。

【００３２】通常、ファイバー端面のモードフィルド径
を２倍にした場合、損失に対する位置精度は、約２倍に
緩和（±αミクロン→±２αミクロン）する事ができ
る。

【００３３】次に、本発明の光ファイバーコリメータ１
を用いた光モジュールを説明する。

【００３４】図３は、偏光無依存型光アイソレータ素子
の両側に本発明の図１（ａ）記載の１芯型光ファイバー
コリメータ１を接続する事により、インライン型光アイ
ソレータの光モジュール１１を構成したものである。

【００３５】従来、インライン型光アイソレータと希土
類添加ファイバーは、融着接続により結合する必要があ
ったが、本発明の光ファイバーコリメータ１を用いる
と、アイソレータ素子と希土類添加ファイバー３を直結
できるため、融着接続の必要がなく、そのため、融着接
続による接続損失がなく、その分信号光が有効に利用で
きる。したがって、増幅器に用いた場合の増幅特性が向
上する。

【００３６】なお、インライン型の光モジュール１１に
対して、光ファイバーコリメータ１は、用途に応じ、片
端もしくは両端に接続して使用する事ができる。

【００３７】さらに他の実施形態として、図４は、本発
明による光ファイバーコリメータ１を光複合モジュール
に適用したものである。この場合図１（ｂ）の２芯型の
光ファイバーコリメータ１を用い、信号光が通過、増幅
する片端に希土類添加ファイバー３を使用している。

【００３８】本実施形態の光モジュール１１は、アイソ
レータ素子１３の両側に、それぞれ分波フィルター１４
を介して、図１（ｂ）に示す光ファイバーコリメータ１
を接続したものであり、これは双方向励起型増幅器へ適
用できる。

【００３９】即ち、光ファイバーコリメータ１における
通常の光ファイバー４からから励起光（白矢印で示す）
を入射し、この励起光は、レンズ２の前面にある分波フ
ィルター１４で反射させて、もう一方の希土類添加ファ
イバー３に入射させる。ここで、分波フィルター１４
は、信号光波長は透過し、励起光波長を反射するタイプ
のもので、光軸方向に対し、僅かに傾斜して設置され
る。

【００４０】励起光が希土類添加ファイバー３に入射す
ると、含まれている希土類イオン（例えば、Ｅｒ²⁺）に
吸収され、反転分布状態を形成する。そこに反対側から
入射した例えば波長１．５５μｍの信号光（黒矢印で示
す）が入射すると、進行方向に対し、誘導放出により増
幅される。

【００４１】同様の増幅作用が、光モジュール１１の両
側で成されることになり、片側で後方励起、もう片側で
前方励起の構成をとることにより、前方励起にて発生し
た進行方向と逆方向のＡＳＥ光成分を除去でき、増幅特
性を向上させることができる。

【００４２】さらに他の実施形態として、図３に示す光
モジュール１１を用いた光増幅器を図５に示す。

【００４３】図５に示す光増幅器は、図３のインライン
型光アイソレータからなる光モジュール１１の両端にお
ける希土類添加ファイバー３の端に、もう１本の光ファ
イバーを融着延伸して、合波又は分岐する機能の光カッ
プラー１２を構成したものである。

【００４４】そして、希土類添加ファイバ３中を黒矢印
で示す方向に信号光を伝送し、各光カップラー１２より
励起光（白矢印方向）を入射すれば、光モジュール１１
の左側が前方励起、右側が後方励起による増幅となり、
全体とし光増幅器を構成できる。

【００４５】なお、励起光と信号光との合波は、希土類
添加ファイバー３内で、融着延伸により形成した光カッ
プラー１２により行われる。この場合、励起光と信号光
の合波は、ファイバー間の分布結合により、行われる。
合波後の動作は、図４の場合と同様、励起光により希土
類添加ファイバー３内が反転分布状態となり、その中を
通過する信号光は誘導放出により増幅される。この増幅
器用回路を構成した場合、光回路系の挿入損失低減によ
り、利得（ゲイン：増幅度）等の増幅特性、ＡＳＥ光成
分によるショット雑音成分、ＡＳＥ光と信号光との光混
合によるビート雑音等の雑音特性が向上する。

【００４６】また、こうした構成をとることにより、光
カップラー１２の部分で、伝送用シングルモードファイ
バーとの融着接続部分を一体にすることができ、前述し
たように光モジュール１１の前後でも融着接続部を必要
としないことから、各融着接続箇所を減らす事ができ
る。実際、図６に示す従来例では、６ヵ所のスプライス
部６が必要であったのに対し、図５の本発明実施形態で
は、全くスプライス部を必要としない。

【００４７】これにより、本発明の光増幅器は、接続損
失の低減、融着スプライス部及び補強部の削除、光回路
部の小型化が可能になる。

【００４８】又、光ファイバーコリメータ１事態に装着
したフィルター７により、信号光のＡＳＥ光成分を除去
することができ、別途フィルターを接続する必要がな
い。なお、上記実施形態におけるフィルター７は、フィ
ルター板をファイバー端に取り付ける構造としている
が、これに限らずファイバー端に直接誘電体膜を蒸着
し、構成する事もできる。

【００４９】

【発明の効果】このように本発明には、以下のような優
れた効果がある。

【００５０】（１）レンズと端面にフィルターを装着し
た希土類添加ファイバーを組み合わせた光ファイバーコ
リメータを使用する事で、それを用いたインライン型光
アイソレータ等の光モジュールを構成する事ができ、そ
れを使用する事により光ファイバー増幅器の光回路部分
を簡易化、小型化する事ができ、装着したフィルターに
より、ＡＳＥ光を除去し、雑音特性が向上できる。

【００５１】（２）融着接続部及びその補強部を削除す
る事ができる為、損失を低減でき利得等の増幅特性を向
上させる事ができる。

【００５２】（３）融着接続工程等の光回路組立実装工
程の簡略化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の光ファイバーコリメー
タの断面図である。

【図２】本発明の光ファイバーコリメータの拡大断面図
である。

【図３】本発明の光ファイバーコリメータを使用したイ
ンライン型光アイソレータの構成を示す概略図である。

【図４】本発明の光ファイバーコリメータを使用した光
複合モジュールの構成を示す概略図である。

【図５】本発明の光ファイバーコリメータを使用した光
増幅回路を示す概略図である。

【図６】従来の光増幅回路構成を示す概略図である。

【図７】（ａ）（ｂ）はフィルター通過前後の増幅光波
長スペクトルを示すグラフである。

【符号の説明】

１：光ファイバーコリメータ ２：レンズ ３：希土類添加ファイバー ４：光ファイバー ５：フェルール ６：レンズホルダー ７：フィルター １１：光モジュール １２：光カップラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】希土類添加ファイバーの一端をフェルール
   中に保持するとともに、該フェルールの端部に、上記希
   土類添加ファイバーからの伝送光を平行光にするための
   レンズを備えてなる光ファイバーコリメータ。
2. 【請求項２】上記希土類添加光ファイバーの端部におけ
   るモードフィールド径を拡大したことを特徴とする請求
   項１記載の光ファイバーコリメータ。
3. 【請求項３】上記希土類添加ファイバーからの伝送光が
   通過する位置に伝送光の一部成分を除去するフィルター
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバー
   コリメータ。
4. 【請求項４】光学素子の両側に光ファイバーを接続して
   なるインライン型の光モジュールにおいて、上記光学素
   子の少なくとも一方側に請求項１乃至３記載の光ファイ
   バーコリメータを備えて、上記光学素子と希土類添加フ
   ァイバーを直結したことを特徴とする光モジュール。
5. 【請求項５】請求項４記載の光モジュールにおける希土
   類添加ファイバーに、信号光と励起光を伝送させること
   によって上記信号光を増幅するようにしたことを特徴と
   する光増幅器。