JP2002270924A - 光導波路及びそれを有する導波路型光増幅器並びに光導波路の製造方法 - Google Patents

光導波路及びそれを有する導波路型光増幅器並びに光導波路の製造方法

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JP2002270924A JP2001061996A JP2001061996A JP2002270924A JP 2002270924 A JP2002270924 A JP 2002270924A JP 2001061996 A JP2001061996 A JP 2001061996A JP 2001061996 A JP2001061996 A JP 2001061996A JP 2002270924 A JP2002270924 A JP 2002270924A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新たな方法により増幅帯域における波長帯利
得特性が平坦な光ファイバ増幅器を提供する。 【解決手段】 増幅帯域１１１における波長対利得特性
がガウス関数形状のツリウムが添加された光ファイバを
用いた光ファイバ増幅器において、光ファイバに増幅帯
域１１１の中心波長と同一の中心波長を有する吸収帯域
１１２を有するＮＨ基を添加することにより、光ファイ
バ増幅器が平坦な増幅帯域１１３を有するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る導波路増幅器、それを構成する光導波路（例えば、光
ファイバ、平板光回路）及び光導波路を製造する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の通信需要の拡大に伴い大容量、長
距離伝送に適したＤＷＤＭ(Dense Wavelength Division
Multiplex)を用いた光通信システムが広く使われるよ
うになっている。ＤＷＤＭ伝送システムでは複数の波長
の光信号を必要な光強度を保ったまま遠方の端局まで伝
える必要がある。そのため各中継器は光信号の光強度を
増幅する光ファイバ増幅器を有しており、光中継器は多
段に接続される。しかしながら、光ファイバ増幅器の波
長対利得特性には、図１０（ａ）に示すように、増幅帯
域の利得に波長依存性があるため、図９に示すように光
ファイバ増幅器９０１を多段接続すると、図１０（ｂ）
に示すように、端局到達までに増幅帯域が狭くなってし
まう。従って、増幅帯域内に入れることができるチャネ
ル数が減少してしまう。
【０００３】そこで図１１に示すように、各中継器に光
ファイバ増幅器９０１に加え利得等化器９０２を持たせ
ることにより、各中継器での波長対利得特性が、図１２
（ａ）に示すよう、増幅帯域内で平坦になるようにして
いる。従って、中継器を多段に接続した場合にも、端局
間での増幅帯域は、図１２（ｂ）に示すように、各中継
器の増幅帯域と等しくなり、増幅帯域内に入れることが
できるチャネル数が減少することを避けることができ
る。
【０００４】従来の利得等価器の１例としては、図１３
に示すように、波長フィルタ９０３の後に光減衰器９０
４を接続したものがあげられる。これは、波長フィルタ
９０３により増幅帯域を複数の狭帯域に分割し、各狭帯
域を光ファイバ増幅器の利得特性をキャンセルするよう
に狭帯域毎の光減衰器９０４で減衰させるものである。
この後チャンネル強度をそろえた光信号を合波する事で
中継機での光強度をそれぞれ得ることができる。
【０００５】従来の利得等化器の他の例としては、長周
期ファイバグレーティングがあげられる。光ファイバー
増幅器に接続されている光ファイバーに紫外線照射を行
うことで屈折率を変化させる事ができ、この効果を利用
して光ファイバーにグレーティング構造を持たせたもの
をファイバーグレーティングと呼び所望の透過帯域を持
たすことができる。このファイバーグレーティングのグ
レーティング周期を回折次数が大きな構造として利得の
特性に合った帯域内の損失特性を持たせたものが提案さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の利得等化器の２
つの例では、利得等化器としての光デバイスを適当な光
増幅器数の間隔で中継器に有していなければならないの
で、コストの上昇要因になる。また、利得等化器の挿入
により光信号の減衰がおこる。光ファイバー増幅器で光
増幅を行うと光信号成分に雑音がのり、この雑音の蓄積
が多段接続できる中継器の段数を決定する要因となって
いた。
【０００７】利得等化器を用いないで増幅帯域を広げる
ために、増幅帯域での波長対周波数特性を平坦にした光
ファイバ増幅器が開発されている。この光ファイバケー
ブルはリンとアルミニウムをドープしたＥＤＦＡ(Erbiu
m Doped Fiber Amplifier)である。この光ファイバケー
ブルは、エルビウムの増幅帯域の一部をリンとアルミニ
ウムをドープすることによりシフトさせて、シフト前の
増幅帯域とシフト後の増幅帯域を合わせることにより全
体の増幅帯域を平坦化したものである。
【０００８】ＥＤＦＡは、中心波長を１５５０ｎｍとし
た所謂Ｃ(conventional)バンドに対応したものであり、
中心波長を１５００ｎｍとした所謂Ｓ(short)バンドに
対応した増幅帯域の波長帯対利得特性が平坦な導波路増
幅器は開発されていない。
【０００９】また、増幅帯域を平坦化するための方法と
しては、増幅帯域の一部をシフトさせる方法以外の方法
が開発されていない。
【００１０】そこで、本発明は、新たな方法により増幅
帯域における波長帯利得特性が平坦な導波路増幅器を提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点によ
れば、希土類元素と該希土類元素が有する増幅帯域の中
心波長と同一の中心波長を有する吸収帯域を有する第１
の物質をコア及び／又はクラッドに添加したことを特徴
とする光導波路が提供される。
【００１２】上記の光導波路において、主成分はＳｉＯ
2であってもよい。
【００１３】上記の光導波路において、前記希土類元素
はツリウムであってもよい。
【００１４】上記の光導波路において、前記希土類元素
はエルビウムであってもよい。
【００１５】上記の光導波路において、前記第１の物質
はＮＨ基であってもよい。
【００１６】上記の光導波路において、前記第１の物質
はＣＨ基であってもよい。
【００１７】上記の光導波路において、前記第１の物質
はＯＨ基であってもよい。
【００１８】上記の光導波路において、前記吸収帯域の
中心波長をシフトさせるための第２の物質が前記光ファ
イバのコア及び／又はクラッドに添加されていてもよ
い。
【００１９】上記の光導波路において、当該光導波路は
光ファイバであってもよい。
【００２０】上記の光導波路において、当該光導波路は
平板光回路であってもよい。
【００２１】本発明の第２の観点によれば、上記の光導
波路と、前記希土類元素を励起するための励起光源とを
有することを特徴とする光増幅器が提供される。
【００２２】本発明の第３の観点によれば、希土類元素
と該希土類元素が有する増幅帯域の中心波長と同一の中
心波長を有する吸収帯域を有するＮＨ基を少なくともコ
ア及び／又はクラッドに添加した光導波路を製造する方
法において、Ｏ2、Ｈ2、ＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4並びにＮ
2及び／又はＮＨ3を原料として気相堆積を行うことによ
り母材を形成するステップを有することを特徴とする方
法が提供される。
【００２３】上記の方法は、前記母材を希土類元素の溶
液に液浸するステップを更に有していてもよい。
【００２４】上記の方法は、前記母材を焼結するステッ
プを更に有していてもよい。
【００２５】本発明の第４の観点によれば、希土類元素
と該希土類元素が有する増幅帯域の中心波長と同一の中
心波長を有する吸収帯域を有するＮＨ基を少なくともコ
アに添加した光導波路を製造する方法において、前記光
ファイバーの母材を窒素含有溶媒に液浸するステップ、
を有することを特徴とする方法が提供される。
【００２６】第４の観点による方法は、前記母材を希土
類元素の溶液に液浸するステップを更に有していてもよ
い。
【００２７】第４の観点による方法は、前記母材を焼結
させるステップを更に有していてもよい。
【００２８】本発明の第５の観点によれば、窒素雰囲気
で石英系導波路デバイスを製膜するステップを有し、前
記石英系導波路デバイスのコア及び／又はクラッドに波
長１５００ｎｍを中心とした吸収特性を持つ窒素を含む
ようにしたことを特徴とする石英系導波路デバイスの製
造方法が提供される。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。
【００３０】図１を参照すると、本発明の実施形態によ
る光ファイバ増幅器は、光ファイバ１０１、励起光源１
０２、ＷＤＭカプラ１０３、１０４を備える。
【００３１】光ファイバ１０１は、図２（ａ）に示すよ
うに、長さが例えば２０ｍであり、主成分をシリカＳｉ
Ｏ2とし、少なくともコア１０１−１に希土類元素ツリ
ウム(Thorium)１０１−３及びＮＨ基１０１−４が添加
されている。なお、図２（ｂ）に示すように、光ファイ
バ１０１のクラッド１０１−２にもツリウム１０１−３
及び／又はＮＨ基１０１−４が添加されていても良い。
ツリウム元素をドープされたファイバーをＴＤＦ(Thori
um doped fiber)と呼ぶ。
【００３２】励起光源１０２は、ツリウム１０１−３を
二波長励起するための波長９８０ｎｍのポンプ光及び波
長１４８０ｎｍのポンプ光を発する光源である。
【００３３】ＷＤＭカプラ１０３は、中心波長が１５０
０ｎｍのＳバンドの入力光とポンプ光を合波し、ＷＤＭ
カプラ１０３に入力した中心波長が１５００ｎｍのＳバ
ンドの入力光とポンプ光は、光ファイバ１０１に出力さ
れる。
【００３４】ＷＤＭカプラ１０４は、光ファイバ１０１
で増幅された中心波長が１５００ｎｍのＳバンドの入力
光と光ファイバ１０１で吸収されなかったポンプ光を分
波し、前者を次段に接続される光ファイバ１０５に出力
し、後者を他の光ファイバ１０６に出力する。
【００３５】ＮＨ基１０１−４が添加されていないとき
の光ファイバ増幅器の波長対利得特性は、図３（ａ）に
示すように、増幅帯域１１１の中心波長λ0（＝１５０
０ｎｍ）で最大値を取り、中心波長λ0から離れるに従
い減少するガウス関数形状を示す。一方、ＮＨ基１０１
−４は、図３（ｂ）に示すように、光ファイバ増幅器の
増幅帯域１１１の中心波長λ0と同一の中心波長を有す
る吸収帯域１１２を有する。従って、ツリウム及びＮＨ
基が添加された光ファイバ１０１を有する光増幅器の波
長対利得特性は、図３（ｃ）に示すように、中心波長を
λ0とし、平坦な増幅帯域１１３を有する。
【００３６】なお、図４に示すように、ツリウムは、波
長が１４８０ｎｍのポンプ光で励起された後に、更に、
波長が９８０ｎｍのポンプ光で励起されるので、エネル
ギ準位Ｅ1からエネルギ準位Ｅ2に遷移するときの波長１
５００ｎｍの誘導放出が可能となる。
【００３７】また、ＮＨ基のみによる吸収帯域の中心波
長は１４９０ｎｍであるが、光ファイバのコア及び／又
はクラッドに更に添加物を添加することにより、吸収帯
域の中心波長を１５００ｍｎにシフトさせている。ま
た、１４８０ｎｍと９８０ｎｍの励起光源のパワー比率
を調整することによって、利得帯域をシフトさせてもよ
い。
【００３８】また、光ファイバにエルビウムを添加した
中心波長が１６１０ｎｍのＬ(long)＋バンドに対応した
ＥＤＦＡにおいて、光ファイバに中心波長が１６２０ｎ
ｍの吸収帯域を有するＣＨ基を更に添加して、ＥＤＦＡ
の増幅帯域における波長対利得特性を平坦にすることも
できる。
【００３９】更に、光ファイバ増幅器の増幅帯域の中心
波長が１４００ｎｍであれば、光ファイバに含まれる中
心波長が１４００ｎｍの吸収帯域を有するＯＨ基の量を
制御して、その光ファイバ増幅器の増幅帯域における波
長対利得特性を平坦にすることもできる。
【００４０】次に、ツリウム１０１−３及びＮＨ基１０
１−４が添加された光ファイバを製造する２つの方法に
ついて説明する。
【００４１】第１の方法は、Ｏ2、Ｈ2、ＳｉＣｌ4、Ｇ
ｅＣｌ4並びにＮ2及び／又はＮＨ3を原料として気相堆
積を行うことにより光ファイバの母材を形成するステッ
プを有する気相堆積法である。気相堆積法の概念図を図
５に示す。
【００４２】気相堆積法としては、内付けＣＶＤ法（Ｍ
ＣＶＤ：modified chemical vapordeposition metho
d）、外付け法(outside vapor-phase oxidation)、気相
軸付け法(ＶＡＤ：vapor-phase axial deposition)及び
プラズマ化学気相成長法があげられる。
【００４３】Ｏ2、Ｈ2、ＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4並びにＮ
2及び／又はＮＨ3を原料として気相堆積を行うことによ
り、ＳｉＯ2にＳｉＯＮ、ＧｅＯ2が添加された光ファイ
バの母材を形成することができる。このファイバー母材
を作るときにできるＨ成分を完全に除去することはでき
ず、ＯＨ基成分やＮＨ基成分が残留することになる。
【００４４】ツリウムは、図６に示すように、母材をツ
リウムを含んだ溶液に液浸することにより、母材に添加
する。ＮＨ基及びツリウムが添加された母材が形成され
たならば、その母材を焼結する（図７）。母材を焼結す
る際にＳｉＯ2内に残留したＮ成分によりＮＨ基が形成
される。焼結のときの温度及び／又は雰囲気中の各ガス
（Ｎ2、Ｏ2等）の濃度を調整することによりＮＨ基の添
加量を調整することができる。また、母材を透明化する
ときの温度を調整することによってもＮＨ基の添加量を
調整することができる。
【００４５】第２の方法は、光ファイバの母材に希土類
元素を添加するときに液浸するように母材をアンモニア
等の窒素含有溶媒に液浸しその後の前記母材を焼結させ
る工程とを有する方法である。
【００４６】第２の方法においては、まず、Ｏ2、Ｈ2、
ＳｉＣｌ4及びＧｅＣｌ4を原料として気相堆積を行うこ
とにより光ファイバの母材を形成する。
【００４７】次に、図８に示すように、その母材をアン
モニアに液浸し、次に、図６に示すように、その母材を
ツリウムを含んだ溶液に液浸することにより、母材にア
ンモニア及びツリウムを添加する。その後に母材を焼結
するときにアンモニアに含まれる窒素がガラス中に閉じ
込められてＮＨ基が形成される。焼結のときの温度及び
／又は雰囲気中の各ガス（Ｎ2、Ｏ2等）の濃度を調整す
ることによりＮＨ基の添加量を調整することができる。
また、母材を透明化するときの温度を調整することによ
ってもＮＨ基の添加量を調整することができる。
【００４８】なお、上記の実施形態では、光ファイバを
用いた光ファイバ増幅器を例に取り説明したが、上記の
原理は、平板ガラス構造の導波路を有する平板光回路を
用いた平板光回路増幅器にも応用することができる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導波路増幅器自体に増幅帯域における波長対利得特性を
平坦化する機能を持たせることができるので、導波路増
幅器と別個に必要な利得等化器の数を削減する事がで
き、中継器のコストを下げることができる。また、中継
器での信号の損失を削減することができるので、多段接
続することができる中継器の数を増やす事が可能にな
り、よって、光の伝送距離を伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による光ファイバ増幅器の構
成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態による光ファイバの構造を示
す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態による光ファイバ増幅器の波
長対利得特性を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態による光ファイバ増幅器の増
幅帯域の中心波長を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態による気相堆積の工程を示す
概念図である。
【図６】本発明の実施形態による母材をツリウム溶液に
液浸する工程を示す概念図である。
【図７】本発明の実施形態による母材を焼結する工程を
示す概念図である。
【図８】本発明の実施形態による母材をアンモニアに液
浸する工程を示す概念図である。
【図９】光ファイバ増幅器を有する中継器を多段接続し
たときのカスケード接続された光ファイバ増幅器を示す
図である。
【図１０】（ａ）は、従来例による光ファイバ増幅器単
体の波長対利得特性を示す図であり、（ｂ）は、従来例
による多段接続された光ファイバ増幅器のオーバーオー
ルの波長対利得特性を示す図である。
【図１１】光ファイバ増幅器と利得等化器を有する中継
器を多段接続したときの多段接続された光ファイバ増幅
器と利得等化器を示す図である。
【図１２】（ａ）は、従来例による利得等化器により利
得帯域が平坦化された中継器単体の波長対利得特性を示
す図であり、（ｂ）は、従来例による利得等化器により
利得帯域が平坦化された中継器をカスケード接続したと
きのオーバーオールの波長対利得特性を示す図である。
【図１３】利得等化器の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 光ファイバ １０１−１ コア １０１−２ クラッド １０１−３ ツリウム １０１−４ ＮＨ基 １１１ 増幅帯域 １１２ 吸収帯域 １１３ 増幅帯域 １０２ 励起光源 １０３ ＷＤＭカプラ １０４ ＷＤＭカプラ １０５ 光ファイバ １０６ 光ファイバ ９０１ 光ファイバ増幅器 ９０２ 利得等化器 ９０３ 波長フィルタ ９０４ 光アッテネータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｚ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 希土類元素と該希土類元素が有する増幅
    帯域の中心波長と同一の中心波長を有する吸収帯域を有
    する第１の物質をコア及び／又はクラッドに添加したこ
    とを特徴とする光導波路。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の光導波路において、主
    成分がＳｉＯ2であることを特徴とする光導波路。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の光導波路において、前
    記希土類元素はツリウムであることを特徴とする光導波
    路。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の光導波路において、前
    記希土類元素はエルビウムであることを特徴とする光導
    波路。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の光導波路において、前
    記第１の物質はＮＨ基であることを特徴とする光導波
    路。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の光導波路において、前
    記第１の物質はＣＨ基であることを特徴とする光導波
    路。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の光導波路において、前
    記第１の物質はＯＨ基であることを特徴とする光導波
    路。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の光導波路において、前
    記吸収帯域の中心波長をシフトさせるための第２の物質
    を前記光ファイバのコア及び／又はクラッドに添加した
    ことを特徴とする光導波路増幅器。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の光導波路において、当
    該光導波路が光ファイバであることを特徴とする光導波
    路。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の光導波路において、
    当該光導波路が平板光回路であることを特徴とする光導
    波路。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれか１項に記
    載の光導波路と、前記希土類元素を励起するための励起
    光源とを有することを特徴とする光増幅器。
  12. 【請求項１２】 希土類元素と該希土類元素が有する増
    幅帯域の中心波長と同一の中心波長を有する吸収帯域を
    有するＮＨ基を少なくともコア及び／又はクラッドに添
    加した光導波路を製造する方法において、 Ｏ2、Ｈ2、ＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4並びにＮ2及び／又は
    ＮＨ3を原料として気相堆積を行うことにより母材を形
    成するステップを有することを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の方法において、 前記母材を希土類元素の溶液に液浸するステップを更に
    有することを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の方法において、 前記母材を焼結するステップを更に有することを特徴と
    する方法。
  15. 【請求項１５】 希土類元素と該希土類元素が有する増
    幅帯域の中心波長と同一の中心波長を有する吸収帯域を
    有するＮＨ基を少なくともコアに添加した光導波路を製
    造する方法において、前記光ファイバーの母材を窒素含
    有溶媒に液浸するステップ、を有することを特徴とする
    方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の方法において、 前記母材を希土類元素の溶液に液浸するステップを更に
    有することを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の方法において、 前記母材を焼結させるステップを更に有することを特徴
    とする方法。
  18. 【請求項１８】 窒素雰囲気で石英系導波路デバイスを
    製膜するステップを有し、前記石英系導波路デバイスの
    コア及び／又はクラッドに波長１５００ｎｍを中心とし
    た吸収特性を持つ窒素を含むようにしたことを特徴とす
    る石英系導波路デバイスの製造方法。
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JP2007134626A (ja) * 2005-11-14 2007-05-31 Fujikura Ltd ダブルクラッドファイバ、光ファイバ増幅器及びファイバレーザ

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