JP2000338358A - 光ファイバカップラとその製造方法及びこれを用いた光増幅器 - Google Patents

光ファイバカップラとその製造方法及びこれを用いた光増幅器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】励起光と信号光を合波し、それを希土類添加フ
ァイバ４に入力する構成からなる光増幅器において、接
続部を減らす事により接続損失を低減して、増幅特性の
向上及び工程の簡素化を図る。 【解決手段】希土類添加ファイバ４と、疑似希土類添加
ファイバ２とを融着延伸してなり、該融着延伸部３の近
傍における上記希土類添加ファイバ４にシングルモード
ファイバ１を融着接続して光ファイバカップラを成し、
これを用いて光増幅器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野で用い
られる光ファイバカップラとその製造方法及びそれを用
いた光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信システムにおいて、入射し
た光をそのまま増幅する光ファイバ増幅器が用いられて
いる。
【０００３】その構造は、例えば図７に示したように、
合波器（ＷＤＭ）７と励起光源６を組合わせ、Ｅｒ、Ｎ
ｄに代表される希土類をコア内に添加した希土類添加フ
ァイバ４と融着接続し、出力部においては、インライン
型光アイソレータ８のような受動部品と融着接続し構成
される。そして、入力された信号光は合波器７で励起光
と合波され、希土類添加ファイバ４内で増幅されて出力
することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
成では、各構成部品を融着接続する為、融着によるスプ
ライス接続等に手間がかかり、また接続による損失も発
生し、利得、雑音特性など増幅特性上好ましくなかっ
た。
【０００５】例えば、図７に示す従来の構成では、合波
器７と励起光源６の間、希土類添加ファイバ４の両端の
合計３ヵ所にスプライス部９が必要であった。そのた
め、スプライス部９による接続損失だけでなく、光回路
実装の際にスプライス部９を収納するスペースも必要と
し、光回路部分の実装スペースを増大させるという問題
もあった。
【０００６】また、図７に示す従来の構成では、信号光
と励起光が合波器７で合波してから、共に希土類添加フ
ァイバ４に入射することになるが、信号光成分と励起光
成分はそれぞれ異なるモードフィールド径を有する為、
合波器７と希土類添加ファイバ４間のスプライス部９に
おいて信号光成分と励起光成分の両方を最適に調整・接
続する事は困難であった。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】そこで本発明は、希土類添
加ファイバと疑似希土類添加ファイバとを融着延伸し、
該融着延伸部の近傍における上記希土類添加ファイバに
シングルモードファイバを融着接続して光ファイバカッ
プラを構成したことを特徴とする。
【０００８】また、本発明は、シングルモードファイバ
と希土類添加ファイバの端面を融着接続したファイバ
と、疑似希土類添加ファイバとを並列に配設した後、上
記希土類添加ファイバと疑似希土類添加ファイバとを加
熱融着延伸する工程からなる光ファイバカプラの製造方
法を特徴とする。
【０００９】さらに本発明は、上記光ファイバカプラを
用い、シングルモードファイバ側から信号光を入力し、
疑似希土類添加ファイバ側から励起光を入力合波し、希
土類添加ファイバ側から増幅信号を出力するようにして
光増幅器を構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。
【００１１】図１は、本発明によるファイバカップラを
示した図であり、図２は本発明によるファイバカップラ
の基板実装図であり、図３は本発明による光ファイバカ
ップラの製造工程の説明図であり、図４は本発明による
光ファイバカップラを使用した光ファイバ増幅器の実施
形態を説明した図である。
【００１２】図１（ａ）に示す光ファイバカップラは、
希土類添加ファイバ４と、疑似希土類添加ファイバ２と
を融着延伸してなり、該融着延伸部３の一方側の近傍に
おける上記希土類添加ファイバ４にシングルモードファ
イバ１を融着接続部１ａにて接続して構成したものであ
る。
【００１３】ここで、疑似希土類添加ファイバ２とは、
モードフィールド径を小さくして希土類添加ファイバ４
との伝搬定数をほぼ等しくし、かつ希土類を含まないよ
うな光ファイバである。
【００１４】このような光ファイバカップラの製造方法
は、図１（ｂ）に示すように、まず端面側の保護被覆を
剥がしたシングルモードファイバ１と、同様に被覆を剥
がした希土類添加ファイバ４とを用意し、それらの端面
同士を融着接続したものを少なくとも１本用意する。融
着接続は、シングルモードファイバ１と希土類添加ファ
イバ４の軸芯を合わせ、複数回加熱して融着する。これ
により、加熱した部分のコア内の屈折率を増大させてい
るＧｅ等の添加物が拡散し、融着接続部１ａの各モード
フィールド径が拡大し、伝搬時の接続損失を低減させる
ことができる。
【００１５】次に、このようにしてシングルモードファ
イバ１希土類添加ファイバ４を融着接続したものと疑似
希土類添加ファイバ２とを整列し、加熱融着延伸するこ
とによって、希土類添加ファイバ４と疑似希土類添加フ
ァイバ２との間で融着延伸部３を形成する。
【００１６】ここで、上述したように疑似希土類添加フ
ァイバ２は希土類添加ファイバ４と伝搬定数がほぼ等し
いため、ある特定波長での完全結合ができる。即ち、励
起光源の波長領域が結合するような加熱延伸を行えば、
励起光を合波する合波器として機能するのである。
【００１７】なお、融着延伸部３は、融着接続部１ａ近
傍の希土類添加ファイバ４側に形成する。そして、融着
延伸部３と融着接続部１ａとの距離は３０ｍｍ以下とす
ることが好ましい。これは、３０ｍｍを超えると、シン
グルモードファイバ１側から希土類添加ファイバ４に入
射した信号光成分が励起光と結合する前に希土類元素に
エネルギーを吸収され、減衰してしまうからである。
又、上記距離が長いと実装ケースも長くなり、実装上好
ましくないためである。
【００１８】最後に、上記加熱融着延伸後、所定の工程
により、図２に示したように基板５上に融着延伸部３を
含む部位を載置し、接着剤５ａ等で実装固定し、光ファ
イバカップラとして完成する。
【００１９】このような光ファイバカップラを用いて光
増幅器を構成すれば、例えばシングルモードファイバ１
から信号光を入力し、疑似希土類添加ファイバ２側から
励起光を入力することによって、信号光と励起光を希土
類添加ファイバ４内に通過させ、増幅した信号を出力で
きる。
【００２０】このとき、光ファイバカップラ自体を希土
類添加ファイバ４で形成することによって、光ファイバ
カップラと希土類添加ファイバ４間の接続が必要ない。
また、疑似希土類添加ファイバ２を用いることによっ
て、この疑似希土類添加ファイバ２を励起光源に直結す
れば、この部分の接続も必要なくなるなど、接続部を大
幅に減らすことができ、それにより融着接続による損失
がなくなり伝搬損失を低下できる。
【００２１】更に希土類元素ファイバ４と疑似希土類添
加ファイバ２間の融着延伸部は伝搬定数を合わせておく
ことで完全結合が可能であり、しかも疑似希土類添加フ
ァイバ２には希土類元素が含まれていないため、ここを
通過する励起光は希土類元素の吸収による損失がなくな
り、励起光の損失が押さえられる。それにより、増幅効
率が向上すると共に雑音特性などの増幅特性も向上す
る。
【００２２】また、本発明の光ファイバカップラは、信
号光を希土類添加ファイバ４に入力する融着接続部１ａ
と、励起光を希土類添加ファイバ４に入力する融着延伸
部３が異なる部位にあるため、それぞれの箇所でモード
フィールド径をそれぞれ適正に事前に調整する事がで
き、それにより各接続損失を減少することができる。
【００２３】即ち、従来例のようにシングルモードファ
イバ側で信号光と励起光を合波し、希土類添加ファイバ
端に信号光と励起光が同時に入射する構造では、接続時
にそれぞれの波長に合わせたモードフィールド径の適切
な整合による接続が困難となり、その分損失が増大して
しまうのである。実際、従来の合波器を成す光ファイバ
カップラでは励起光源の伝送波長に合わせた光ファイバ
が使用され、信号光を伝送するシングルモードファイバ
と異なるモードフィールド径を有する光ファイバで構成
されているため、信号光にとって損失が大きい構成とな
っている。
【００２４】これに対し、本発明の場合は、まずシング
ルモードファイバ１と希土類添加ファイバ４とを融着接
続する時に、信号光による接続損失が最少となるように
調整し、その後融着延伸する際に励起光による接続損失
が最少となるように調整することができるのである。
【００２５】又、一般に希土類添加ファイバ４とシング
ルモードファイバ１のようなモードフィールド径の異な
るファイバー同士の融着接続の場合、モードフィールド
径の違いにより、接続部にて放射による接続損失が生じ
る事がある。例えば、信号光のシングルモードファイバ
１内でのモードフィールド径と信号光の希土類添加ファ
イバ４内でのモードフィールド径は異なる。
【００２６】しかし本発明の場合、特に融着接続部１ａ
を融着延伸部３の近傍に備えたことによって、融着延伸
時にファイバ内導波光のエバネセントフィールドが共に
大きく増大し、各ファイバの接続部モードフィールド径
の相対的なサイズの差を更に減らす事ができる。即ち、
図３に示したようにシングルモードファイバ１と希土類
添加ファイバ４との融着接続部１ａ近傍を延伸すると、
内部の導波光を閉じこめているコア部が細くなり、導波
光のエバネセントフィールドが増大し、シングルモード
ファイバ１、希土類添加ファイバ４側共にモードフィー
ルド径が拡大し、両者のモードフィールド径の相対的な
サイズの差を減らす事ができる。
【００２７】次に本発明の光ファイバカップラを光増幅
器に応用した場合の実施形態について説明する。
【００２８】図４は、本発明による光ファイバカップラ
を用いた光増幅器の一実施形態で、上記の光ファイバカ
ップラを合波器７とし、シングルモードファイバ１側よ
り信号光を入力し、疑似希土類添加ファイバ２は励起光
源６に直結してある。また、光ファイバカップラと一体
的に形成された希土類添加ファイバ４の他端は、インラ
イン型光アイソレータ８と接続してシングルモードファ
イバ１０を通じて出力される。
【００２９】このような本発明の光増幅器によれば、光
ファイバカップラを希土類添加ファイバ４と疑似希土類
添加ファイバ２で形成し、該疑似希土類添加ファイバ２
を励起光源６に直結したことによって、合波器７の両側
にスプライス部が必要なくなり、図７に示す従来例に比
べてスプライス部を２カ所減らすことができる。
【００３０】通常、希土類添加ファイバ４とシングルモ
ードファイバ１とのスプライスによる接続により、１カ
所当たり０．１〜０．２ｄＢ程度、２カ所で最大０．４
ｄＢの損失が生じるが、本発明ではこのようなスプライ
ス部をなくすことによって損失を全部で０．１ｄＢ程度
に押さえる事ができ、それによりゲイン特性及び雑音特
性等の増幅特性が向上する。又、各種光部品により光回
路を構成する際に融着スプライス工程が不要で、スプラ
イス部の保護チューブスペースも不要である。ここで、
本発明による光増幅器の動作を図４に基づいて説明す
る。信号光は、合波器７のシングルモードファイバ１側
より入射し、希土類添加ファイバ４との融着接続部１ａ
をモードフィールド径を拡大しながら透過し、希土類添
加ファイバ４に入射する。一方、励起光は励起光源６か
ら疑似希土類添加ファイバ２を通って融着延伸部３で希
土類添加ファイバ４に入射し、信号光と合波する。
【００３１】即ち、希土類添加ファイバ４にはまず信号
光成分のみ入射し、信号光と励起光との結合は、希土類
添加ファイバ４内の融着延伸部で行われる。
【００３２】これにより、信号光のみの伝搬用シングル
モードファイバ１と希土類添加ファイバ４との融着接続
部１ａで両者のモードフィールド径を適正に調整した接
続が可能となり、低損失な光結合が実現できる。また励
起光源６から出射された励起光は、接続部を通過するこ
となく合波器７の融着延伸部３にて希土類添加ファイバ
４に入射し、信号光に合波される。
【００３３】その後、励起光により希土類添加ファイバ
４内の希土類元素が励起され、反転分布が形成され、信
号光成分を増幅し、インライン型光アイソレータ素子８
に入射し、順方向成分のみ出射する。
【００３４】このような本発明の光増幅器によれば、接
続部が少なく、融着接続部１ａのモードフィールド径の
整合性の良さから光回路全体が低損失となり、ゲイン特
性、雑音特性などの増幅特性が向上する。
【００３５】図５にて本発明の光増幅器と従来例との特
性を比較した。動作信号光波長領域において、利得及び
雑音指数において、本発明による希土類添加ファイバを
用いた光ファイバカップラを使用した光増幅器の特性が
優れていることがわかる。
【００３６】尚、上記実施形態では、前方励起方式の光
増幅器について記したが、本発明は、前方励起と反対方
向の希土類添加ファイバ端側から信号光を入射する後方
励起方式、希土類添加ファイバの両側にカップラを構成
する双方向励起方式に応用することができる。
【００３７】双方向励起方式の実施形態については、図
６に示すように、希土類添加ファイバ４の両端に上述し
た本発明の光ファイバカップラからなる合波器７を備
え、一方端のシングルモードファイバ１から信号光を入
力し、他方端のシングルモードファイバ１にインライン
型光アイソレータ８を接続して出力光を取り出し、両端
の２つの疑似希土類添加ファイバ２にそれぞれ励起光源
６を接続したものである。
【００３８】この場合、２つの励起光源６を用いること
によって、増幅量を大きくすることができる。
【００３９】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば以
下のような優れた効果がある。
【００４０】（１）希土類添加ファイバと疑似希土類添
加ファイバを用いて光ファイバカップラを構成したこと
によって、この光ファイバカップラを用いて光増幅器を
構成する際に、他部材とのスプライス部を減らすことが
できる。そのため、接続損失を低下できるとともに、光
回路を構成する際のスペースを小さくし、また工程を簡
素化して増幅器を小型・低価格化とする事ができる。
【００４１】（２）希土類添加ファイバとシングルモー
ドファイバとの融着接続部と、希土類添加ファイバと疑
似希土類添加ファイバとの融着延伸部とを別々の部位に
備えたことから、それぞれの部位で損失の小さい最適な
接続を行うことができる。
【００４２】（３）シングルモードファイバと希土類添
加ファイバの融着接続部でモードフィールド整合ができ
るため、トータルな接続損失を減少する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による光ファイバカップラの全
体概要図、（ｂ）は製造工程の説明図である。
【図２】本発明による光ファイバカップラの基板実装図
である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明による光ファイバカップ
ラの製造工程の説明図である。
【図４】本発明による光ファイバカップラを使用した光
増幅器を示す図である。
【図５】本発明の光増幅器と従来例による利得、雑音特
性を比較したグラフである。
【図６】本発明による光ファイバカップラを使用した光
増幅器の他の実施形態を示す図である。
【図７】従来の光増幅器を示す図である。
【符号の説明】
１：シングルモードファイバ １ａ：融着接続部 ２：疑似希土類添加ファイバ ３：融着延伸部 ４：希土類添加ファイバ ５：基板 ６：励起光源 ７：合波器 ８：インライン型光アイソレータ
フロントページの続き (72)発明者 武井 裕介 神奈川県横浜市都筑区加賀原２丁目１番１ 号 京セラ株式会社横浜事業所内 (72)発明者 藤本 寛 神奈川県横浜市都筑区加賀原２丁目１番１ 号 京セラ株式会社横浜事業所内 (72)発明者 三宅 和幸 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 河村 樹寛 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 須藤 恭秀 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2H050 AA01 AB05X AC81 AD00 AD16 5F072 AB09 AK06 JJ01 JJ08 KK30 RR01 YY17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】希土類添加ファイバと疑似希土類添加ファ
    イバとが融着延伸され、該融着延伸部の近傍における上
    記希土類添加ファイバにシングルモードファイバが融着
    接続されていることを特徴とする光ファイバカップラ。
  2. 【請求項２】上記疑似希土類添加ファイバは、希土類添
    加ファイバと伝搬定数がほぼ等しく、かつ希土類元素を
    含まないものであることを特徴とする請求項１記載の光
    ファイバカップラ。
  3. 【請求項３】上記シングルモードファイバと希土類元素
    添加ファイバとの融着接続部が、上記融着延伸部から３
    ０ｍｍ以下の所にあることを特徴とする請求項１記載の
    光ファイバカップラ。
  4. 【請求項４】シングルモードファイバと希土類添加ファ
    イバの端面同士を融着接続したファイバと、疑似希土類
    添加ファイバとを並列に配設した後、上記希土類添加フ
    ァイバと疑似希土類添加ファイバとを加熱融着延伸する
    工程からなる光ファイバカプラの製造方法。
  5. 【請求項５】請求項１記載の光ファイバカプラを用い、
    シングルモードファイバ側から信号光を入力し、疑似希
    土類添加ファイバ側から励起光を入力合波し、希土類添
    加ファイバ側から増幅信号を出力するようにしたことを
    特徴とする光増幅器。
  6. 【請求項６】上記疑似希土類添加ファイバを励起光源と
    直接接続したことを特徴とする請求項５記載の光増幅
    器。
  7. 【請求項７】希土類添加ファイバの両端に請求項１記載
    の光ファイバカプラを設け、一方のシングルモードファ
    イバ側から信号光を入力し、希土類添加ファイバの両端
    に備えた両方の疑似希土類添加ファイバから励起光を入
    力するようにしたことを特徴とする光増幅器。
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