【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；エルビニウム添加光ファイバ増幅器）の利得−波長波形の傾斜を制御し、この利得−波長波形を平坦化する長周期ファイバグレーティング、及びその制御方法、更に、この長周期ファイバグレーティングをカスケード接続した可変損失等化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブロードバンド時代の到来により、データ伝送量のさらなる増加が求められている。そこで、互いに異なる波長を有する複数の光を多重して伝送する波長多重伝送システム｛ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システム｝が実用に至っている。
【０００３】
このＷＤＭ伝送システムにおけるキーデバイスの１つとして、上記多重化光信号を、光電変換を行うことなく一括増幅可能なＥＤＦＡ等の光増幅器が開発されている。ＥＤＦＡは、光ファイバと同じ石英系の材料に、屈折率形成剤材料であるゲルマニア（ＧｅＯ２）に加えてエルビウム（Ｅｒ２Ｏ３：Ｅｒ３＋）が添加されており、Ｅｒ３＋の離散的準位が光増幅に利用される。レーザと同じように、外部からエネルギを与えたとき、電子が上準位から下準位に遷移する際に、新しい光を発生し、入射光が増幅される。
【０００４】
このＥＤＦＡは、利得帯域が比較的広いために、波長帯域内の複数の信号光を一括増幅することが可能な光増幅器であり、伝送中継器の光増幅器としてＷＤＭ伝送システムには欠かせないものとなっている。
しかし、ＷＤＭ伝送システムにおいては、伝送される各波長の信号光にレベル偏差が生じていると、光信号が劣化して伝送距離や伝送帯域を低減させる恐れがある。したがって、光増幅器であるＥＤＦＡには、伝送帯域における利得特性を平坦化（等化）することが要求されている。
【０００５】
この点、ＥＤＦＡの伝送帯域（例えば、１５３０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）における利得特性は波長依存性を有している。また、入射信号に含まれる自然放出光が増幅されたＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ； 増幅された自然放出光）によるノイズの問題も発生する。
従って、この波長依存性を有する利得特性（利得波長依存性）を補償し、また、ＡＳＥを抑制することが重要となる。このために、ＥＤＦＡの利得−波長特性と相反する透過損失−波長特性を有するフィルタデバイスをＥＤＦＡに組み合わせることにより、ＥＤＦＡの利得特性を平坦化することが実用化されている。特に、このフィルタデバイスとしては、グレーティングピッチが１００μｍから５００μｍ程度の長周期ファイバグレーティングが多く利用されている。
【０００６】
しかし、上述の長周期ファイバグレーティングをＥＤＦＡに適用する場合において、下記の２点の問題が存在する。
【０００７】
ひとつの問題は、ＥＤＦＡの利得特性が温度の変化によって変化する問題である。ＥＤＦＡでは、イオンのエネルギ準位の変化を伴うため、波長シフトではなく、波形そのものが変化してしまう。よって、温度変化による利得−波長波形に傾斜が発生する。上述の利得等化方法では、温度変化による温度利得−波長波形の傾斜の補償はなされていない。
従って、一般的には、ＥＤＦＡ全体を温度調整をする必要があり、ＥＤＦＡを小型化できず、消費電力も大きくなるという問題がある。
【０００８】
もうひとつの問題は、ＥＤＦＡの利得特性は、入力信号のパワーの変動すると、ＥＤＦＡの反転分布の状態も変動し、利得−波長特性が変動する問題である。従って、もし、組み合わせるフィルタデバイスの透過損失−波長特性が固定されていると、このＥＤＦＡの利得―波長特性の変動を吸収できず、増幅されたアウトプット信号の利得−波長波形の平坦度が悪化する問題が生じる。
【０００９】
そこで、長周期ファイバグレーティング等のフィルタデバイスの透過損失−波長特性を可変にして、ＥＤＦＡの利得−波長特性が変動した場合に、この変動をキャンセルする方向に透過損失−波長特性を変化させて、その変動を抑える可変利得等化器等が報告されている。
【００１０】
一例としては、長周期ファイバグレーティングの外周に、屈折率の温度係数の大きい材料をコーティングし、ヒーター等によってこの材料の温度を変化させ、ピーク値の異なる損失波長特性を得る可変利得等化器が挙げられる。つまり、ＥＤＦＡの利得−波長波形に対して、それをキャンセルするようなプロフィールの透過損失−波長波形を組み合わせることで、ＥＤＦＡの利得−波長波形の平坦度を向上させることを狙っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の技術によっては、ＥＤＦＡの利得―波長波形に相反するプロフィールを有する透過損失−波長波形を組み合わせて、利得−波長波形の平坦度を向上させるものである。よって、ピーク値を中心とした、あくまで全体的なプロフィールを対象としたものであり、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾き、及び、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾きは考慮されていない。
【００１３】
従って、上記の可変利得等化器の場合、利得の絶対値としては、ある変動値以内に抑えられたとしても、可変利得等化器経た後の最終的な利得−波長波形の傾きを制御することはできない。よって、最終的に得られる利得−波長波形の平坦度にはおのずと限界がある。
【００１４】
また、上述したように、ＥＤＦＡの温度変化によって、利得−波長波形に傾斜がつく場合に、従来の利得等化方法では、傾斜の補償はできなかった。そこで、ＥＤＦＡ全体の温度調整を行なう必要があった。従って、ＥＤＦＡは小型化できず、消費電力も大きくなる問題が発生していた。
【００１５】
ＷＤＭ伝送システムにおいては、今後ますますその伝送容量の増大が要求されており、ＥＤＦＡの利得−波長波形も、更に平坦度を増すことが要求されている。
従って、本発明の目的は、従来の問題点を解決して、今後のＷＤＭ伝送の要求に合致した、平坦度の高いＥＤＦＡの利得−波長波形特性を得るための長周期ファイバグレーティングを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、以下に示すように、従来技術では解決が不可能であった問題を解決した、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜を制御する長周期ファイバグレーティング、及び、その制御方法を知見した。
【００１８】
本発明の長周期ファイバグレーティングでは、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の変化に応じて、その透過損失−波長波形の傾斜を変化させることで、従来の利得等化器では不可能であった、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜を任意に制御することが可能である。また、その傾斜角がゼロになるように制御することで、従来技術では得られない平坦度の高い利得−波長波形を得ることができる。
【００１９】
この長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜は、長周期ファイバグレーティングのクラッド層の外周に屈折率の温度依存性の高い物質で覆い、この物質の温度を変化させることで制御可能である。また、更にその外周にハーメチックコートを施すことで、周囲の環境に影響されることなく、長期的に長周期ファイバグレーティングの性能を維持することができる。
【００２０】
また、複数のこの長周期ファイバグレーティングをカスケード結合することによって、所定の波長帯域において、非常に平坦な透過損失−波長波形を得ることができ、性能の高い可変利得等化器を得ることもできる。
【００２１】
ここで、この発明の長周期ファイバグレーティングの第１の態様は、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に応じて、透過損失−波長波形の傾斜が変化し、前記利得−波長波形の傾斜を任意に制御する長周期ファイバグレーティングである。
【００２２】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第２の態様は、前記利得−波長波形の傾斜角がゼロになるように制御して、所定の波長帯域における前記利得−波長波形を平坦化する長周期ファイバグレーティングである。
【００２３】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第３の態様は、クラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度が変化して、前記透過損失−波長波形の傾斜が変化する長周期ファイバグレーティングである。
【００２４】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第４の態様は、周囲温度の変化によって、前記物質の温度が変化する長周期ファイバグレーティングである。
【００２５】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第５の態様は、コア層にゲルマニア（ＧｅＯ２）とボロン（Ｂ２Ｏ３）が共添加され、温度変化による中心波長の変化が抑制された長周期ファイバグレーティングである。
【００２６】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第６の態様は、前記物質の外周部にハーメチックコートが施され、前記透過損失−波長波形の周囲環境による長期的な変動が抑制された長周期型ファイバグレーティングである。
【００２７】
この発明の長周期ファイバグレーティングを利用した可変損失等化器の第１の態様は、クラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度が変化して、透過損失−波長波形の傾斜が変化する複数の長周期ファイバグレーティングがカスケード接続されて、所定の波長帯域において、平坦化された透過損失−波長波形を有する可変損失等化器である。
【００２８】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第１の態様は、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に応じて、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜を変化させ、前記利得−波長波形の傾斜を任意に制御するＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【００２９】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第２の態様は、前記利得−波長波形の傾斜角がゼロになるように制御して、所定の波長帯域における前記利得−波長波形を平坦化するＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【００３０】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第３の態様は、前記長周期ファイバグレーティングのクラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度を変化させて、前記透過損失−波長波形の傾斜を変化させるＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【００３１】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第４の態様は、前記長周期ファイバグレーティングの周囲温度を変化させて、前記物質の温度を変化させるＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【発明の実施の形態】
【００３２】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１に、本発明の長周期ファイバグレーティングの概略図を示す。
長周期ファイバグレーティングの外周に屈折率の温度依存性の高い（温度係数の大きい）樹脂等をコーティングし、更にハーメチックコートを施したものである。
【００３４】
ファイバグレーティングは、コア層と、その周囲にコア層の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層を有するファイバにおいて、コア層の軸方向に沿って、周期的な屈折率変化を形成したものであり、その周期に対応した特定の波長のみを反射するデバイスである。この周期的な屈折率変化は、側面から照射された紫外線による干渉縞をファイバ上において形成し、そのパターンが光誘起屈折率変化により、ファイバ中に書き込まれ実現される。
【００３５】
ファイバグレーティングの光学的な特性は、屈折率変化量の大きさ、ファイバグレーティングの周期、ファイバグレーティングの長さの３つのパラメータで決定される。屈折率変調の大きさ、ファイバグレーティング長は、主に反射率、バンド幅に大きく影響する。一方、ファイバグレーティング周期は、中心波長を決定するほか、その大きさを長手方向に変化させたりすることにより、いろいろな種類のファイバグレーティングが実現できる。
【００３６】
ここで１００μｍ〜５００μｍ程度の周期を持つものは、長周期ファイバグレーティングと呼ばれている。長周期ファイバグレーティングは、導波モードから同じ方向に進むクラッドモードへの結合を利用したもので、結合条件を満たす波長の光はカットされ、帯域カットフィルタとして機能する。カットされたエネルギはクラッドモードに変換されるため、対応する反射ピークは現れない。従って、ＥＤＦＡの利得等化器等の用途に適したデバイスとして、広く知られている。
【００３７】
図１において、ファイバ１のコア層２に紫外線照射を行って、屈折率変調が施された照射部４を有する長周期ファイバグレーティング５が得られる。この長周期ファイバグレーティング５のクラッド層３の外周に、屈折率の温度依存性が高い樹脂６をコーティングする。この樹脂６の詳細に関しては、後述する。
【００３８】
この樹脂６の屈折率を変化させるために、樹脂６の温度を変化させる必要がある。樹脂６の温度を変化させる方法は様々あるが、例えば、この長周期ファイバグレーティングの周囲温度を変化させることも可能であるし、ヒータ等を長周期ファイバグレーティング外周に設置して樹脂６の温度を変化させることも可能である。樹脂６の温度が変化すると、樹脂６の温度特性によって、屈折率が変化する。
【００３９】
コア層２を伝搬する光は、照射部４の回折格子によって、その進路を曲げられてクラッドモードの伝搬となる。ここでクラッド層の周囲を覆う樹脂６の屈折率が変化すると、クラッドモードの伝搬特性が変化し、基本モードとの結合定数が変化する。従って、この長周期ファイバグレーティングの透過損失の特性が変わり、透過損失−波長波形の傾きが変化する。この樹脂６の温度変化と、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾きの変化の関係は、後段で詳述する。
【００４０】
また、上記のように樹脂６に温度変化を与えると、熱伝導等により、コア層２の温度も変化する。長周期ファイバグレーティングは、温度変化によって中心波長がシフトする中心波長の温度依存性を有するため、中心波長が樹脂６に温度変化によって変動する問題が発生する。この問題を解決するために、コア層２にゲルマニア（ＧｅＯ２）とボロン（Ｂ２Ｏ３）が共添加することが有効である。詳細な説明は後述する。
【００４１】
更に、長周期ファイバグレーティングには、環境温度の変動等による長周期ファイバグレーティングの温度変動によって、長期的な透過損失−波長波形の変動が見られる。これは長期的な長周期ファイバグレーティングの性能補償を妨げる問題である。
そこで、この対策としては、長周期ファイバグレーティングの樹脂６の外周に、更にハーメチックコート７を施すことが有効である。ハーメチックコート７は、メタルコートでもよいし、カーボンコートでもよい。このハーメチックコートによって、長周期ファイバグレーティングの、温度変動による長期的な透過損失−波長波形の変動を抑えることができる。詳細に関しては、後述する。
【００４２】
図２に、本発明の長周期ファイバグレーティングの断面方向（半径方向）の屈折率のプロフィールを示す。コア層は、外部温度環境変化による中心波長シフトを可能な限り小さくするために、Ｇｅ（ＧｅＯ２）とＢ（Ｂ２Ｏ３）を共添加した。また、クラッド層はＳｉＯ２である。その外側に、温度の依存性の高い樹脂をコーティングし、最外層はハーメチック構造にするために、メタルコートまたは、カーボンコートを施した。半径方向での屈折率の変化は、図２に示すプロフィールのようになる。
【００４３】
次に、屈折率の温度依存性の高い樹脂６に関して、詳細な説明を行なう。
クラッド層３の外周を覆う材料は、樹脂だけでなく接着剤も可能である。また、屈折率の温度依存性が高い、つまり、温度の変化によって屈折率がなるべく大きく変化する特性を有するものが望ましい。更に、この樹脂の屈折率は、母材の中心材料であるＳｉの屈折率よりも、常に大きいことを要する。具体的には、下記の要件を有することが必要となる。
【００４４】
（１）０〜６５℃の温度範囲で、屈折率の温度依存性が、０．００１／℃以上 あることが望ましい。特に、０．００２／℃程度の屈折率の高い温度依存 性が得られれば、非常に多様な利得傾斜のコントロールが可能となる。た だし、符号の正負は問わない。（例えば、温度上昇に対して、屈折率は増 加する特性であっても、減少する特性であってもかまわない。）
（２）０〜６５℃の温度範囲で、屈折率はＳｉの屈折率１．４５８を下回らない
ことが要求される。
（３）紫外線硬化型樹脂が最も望ましいが、液状でもよい。屈折率の特性が最
優先される。
【００４５】
以上の要件から、具体的な樹脂等を検討する。
エポキシ系樹脂は、高い屈折率を有するが、屈折率の温度依存性は低い。一方、シリコン系樹脂は、屈折率は低いが、高い屈折率の温度依存性を有する。
従って、両樹脂を混合した樹脂を利用すれば、０〜６５℃の温度範囲で、Ｓｉの屈折率１．４５８を下回らずに、極力高い屈折率の温度依存性を有することを得ることができる。
【００４６】
次に、上述の温度依存性の高い樹脂をクラッド層の外周にコーティングした長周期ファイバグレーティングの特性を、図３及び図４を用いて説明する。この樹脂の屈折率の温度依存性を、０．００１／℃として、樹脂の温度が０℃、１３℃、２６℃、３９℃、５２℃、６５℃の６種類の場合について、各々の透過損失−波長特性をシミュレーションした。
【００４７】
図３、図４では、縦軸に透過損失（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）取っている。図３，４の（ａ）は、使用波長帯域である１５２５ｎｍから１５６５ｎｍにおける透過損失−波長波形の拡大図を示し、（ｂ）は全波長域における透過損失−波長波形を示す。
【００４８】
図３は、使用波長帯域である１５２５ｎｍから１５６５ｎｍにおいて、透過損失−波長特性波形が、右肩上がりになる、つまり、透過損失をＴ、波長をλとするとｄＴ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が正となる場合を示す。これを実現するには、図３（ｂ）に示すように、中心波長が、使用波長帯域よりも小さい側にある長周期ファイバグレーティングを選択する必要がある。
【００４９】
樹脂の温度が０℃の場合には、特性曲線の傾斜は水平に近く、温度が上がるにつれて傾斜が大きくなる。これは、（ｂ）の全体図で示されるように、外周の樹脂の温度が上がると屈折率が上がり、長周期ファイバグレーティングの透過損失のピーク値も増大する。これに従い、使用帯域での特性曲線の傾きは、温度が高くなるにつれて大きくなることがわかる。
【００５０】
図３に示す特性の長周期ファイバグレーティングを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾きをプラス側に傾ける制御を行うことができる。
特に、ＥＤＦＡのフラットな利得−波長波形を得ようとする場合には、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜が右肩下がりの場合、つまり利得をＧとするとｄＧ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が負の場合に有効である。理論的には、同じ波長域においてｄＧ／ｄλ＝−ｄＴ／ｄλであれば、利得−波長波形を常にフラットに制御することができることになる。
【００５１】
従って、ＥＤＦＡの温度変化や入力側信号のパワーの変化によって生じるＥＤＦＡの傾き（ｄＧ／ｄλ）を捉え、それをちょうどキャンセルする長周期ファイバグレーティングの傾き（ｄＴ／ｄλ）を与えればよい。つまり、長周期ファイバグレーティングの外周を覆う樹脂の温度をコントロールして、透過損失−波長波形の傾斜をコントロールすることによって、使用波長帯域において、フラットなＥＤＦＡの利得−波長波形を得ることができる。
【００５２】
ちなみに、樹脂の温度が０℃から６５℃の間で、透過損失−波長波形の傾きは、ほぼ０から０．２５ｄＢ／ｎｍぐらいの範囲を変動する。従って、この温度領域で変化させれば、実際に発生するＥＤＦＡの利得の傾斜変動に十分対応できると考えられる。
【００５３】
次に、図４は、使用波長帯域である１５２５ｎｍから１５６５ｎｍにおいて、透過損失−波長特性波形が、右肩下がりになる、つまり、ｄＴ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が負となる場合である。これを実現するには、図４（ｂ）に示すように、中心波長が、使用波長帯域よりも大きい側にある長周期ファイバグレーティングを選択する必要がある。
【００５４】
樹脂の温度が０℃の場合には、特性曲線の傾斜は水平に近く、温度が上がるにつれて傾斜が、（マイナスの向きに）大きくなる。これは、（ｂ）の全体図で示されるように、外周の樹脂の温度が上がると屈折率が上がり、長周期ファイバグレーティングの透過損失のピーク値も増大する。これに従い、使用帯域での特性曲線の傾きは、温度が高くなるにつれて、（マイナスの向きに）大きくなることがわかる。
【００５５】
図４に示す特性の長周期ファイバグレーティングを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾きをマイナス側に傾ける制御を行うことができる。
特に、ＥＤＦＡのフラットな利得−波長波形を得ようとする場合には、図４に示す特性の長周期ファイバグレーティングは、図３とは逆に、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜が右肩上がりの場合、つまり利得をＧとするとｄＧ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が正の場合に有効である。理論的には、同じ波長域においてｄＧ／ｄλ＝−ｄＴ／ｄλであれば、利得−波長波形を常にフラットに制御することができることになる。
【００５６】
従って、ＥＤＦＡの温度変化や入力側信号のパワーの変化によって生じるＥＤＦＡの傾き（ｄＧ／ｄλ）を捉え、それをちょうどキャンセルする長周期ファイバグレーティングの傾き（ｄＴ／ｄλ）を与えればよい。つまり、長周期ファイバグレーティングの外周を覆う樹脂の温度をコントロールして、透過損失−波長波形の傾斜をコントロールすることによって、使用波長帯域において、フラットなＥＤＦＡの利得−波長波形を得ることができる。
【００５７】
ちなみに、樹脂の温度が０℃から６５℃の間で、透過損失−波長波形の傾きは、ほぼ０から−２．５ｄＢ／ｎｍぐらいの範囲を変動する。従って、この温度領域で変化させれば、実際に発生するＥＤＦＡの利得の変動に十分対応できると考えられる。
【００５８】
上述の説明から明らかなように、図３に示す長周期ファイバグレーティングと図４に示す長周期ファイバグレーティングを、ＥＤＦＡに組み合わせることによって、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾きを、任意に制御することが可能である。また、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の正負にかかわらず、ｄＧ／ｄλ＝−ｄＴ／ｄλとなるような長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の制御を行うことによって、フラットなＥＤＦＡの利得−波長波形を得ることができる。つまり、温度変化や入力信号の変動によるＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に対応して、透過損失−波長波形の傾斜を制御して、ＥＤＦＡの利得−波長波形の平坦化を実現できる。
【００５９】
次に、図５では、ＥＤＦＡが温度変化によって傾斜の付いた利得−波長波形を示している。縦軸に利得（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）を取っている。図５では、温度が−５℃、２５度、５０℃、７０℃の４種類の場合の、利得−波長波形を示す。図５のプロフィールより、かなり大きな傾斜がついていることがわかる。
【００６０】
図６では、ＥＤＦＡに上述した本発明の長周期ファイバグレーティンを適用した場合の、利得−波長波形を示す。図５と同様に、縦軸に利得（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）を取っている。また、図５と同様に、温度が−５℃、２５度、５０℃、７０℃の種類の場合の、利得−波長波形を示す。
図６における利得−波長波形は、図５に比べて、傾斜が減り、フラットなプロフィールに近づいていることがわかる。
【００６１】
次に、長周期ファイバグレーティングの中心波長が、周囲の温度変化によってシフトする（ずれる）問題を説明する。
上述したように、本発明では、長周期ファイバグレーティングの外周に温度依存性の高い樹脂で覆い、周囲温度等を変化させることによって、この樹脂の温度を変化させて、樹脂の屈折率を変化せせる。この樹脂の屈折率が変化することで、クラッドモードと基本モードの結合定数が変化し、透過損失−波長波形の傾斜を制御できる。しかし、樹脂の温度を変化させると、必然的に、熱伝導等によってファイバ自体の温度も変化する。
【００６２】
図７には、ファイバグレーティングの温度による中心波長のずれを示す。縦軸は中心波長のずれ（ｎｍ）、横軸は温度（℃）を表す。図７に示すように、中心波長は、約５０ｐｍ／℃の中心波長温度特性を有する。
【００６３】
この問題を解決するために、コア層にゲルマニア（ＧｅＯ２）とボロン（Ｂ２Ｏ３）が共添加することが有効である。ファイバ材料の屈折率の温度依存性は、下表に示される。
コア層にＧｅを添加することによるプラスの温度依存性を、適量のＢを添加することによって、キャンセルすることができる。
【００６４】
図８に、本発明のコア層にゲルマニア（ＧｅＯ２）とボロン（Ｂ２Ｏ３）が共添加した長周期ファイバグレーティングの屈折率の温度依存性を示す。縦軸は中心波長のずれ（ｎｍ）、横軸は温度（℃）を表す。
図８が示すように、約５０ｐｍ／℃もあった温度依存性が、非常に小さくなり、グラフのプロフィールは、ほぼフラットになっている。
【００６５】
次に、長周期ファイバグレーティングの温度変動によって、長期的な透過損失−波長波形が変動する問題を説明する。
図９、図１０に、ベルコア（ＧＲ−１２２１）の長期信用性試験の結果を示す。図９の縦軸は透過損失（ｄＢ）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００６６】
試験条件は、温度：８５℃、湿度：８５％の環境下で、従来の長周期ファイバグレーティングを２０００時間置いた。その後、この長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形を、初期状態の透過損失−波長波形と比較したものが図９である。図９に示すように、２０００時間経過後の場合は、初期状態に比べて、中心波長が約３ｎｍシフトしている。
【００６７】
この長期的な中心波長のシフトを防ぐためには、長周期ファイバグレーティングの外周に、ハーメチックコートを施すことが有効である。ここでハーメチックコートは、気密性が高く、外環境の影響を遮断することができるコーティングである。具体的なコーティング材料としては、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等によるメタルコートも可能であるし、カーボンコートも適用可能である。
【００６８】
図１０に、メタルコートを施した長周期ファイバグレーティングの長期信用性試験の結果を示す。グラフの縦軸は透過損失（ｄＢ）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００６９】
試験条件は、図９の従来型ファイバグレーティングの場合と同様で、温度：８５℃、湿度：８５％の環境下で、メタルコートを施した長周期ファイバグレーティングを２０００時間放置した後の、透過損失−波長波形を、初期状態の場合と比較した。図１０に示すように、２０００時間経過した後であっても、ほとんど初期状態から、透過損失−波長波形が変化していないことがわかる。この結果より、本発明の長周期ファイバグレーティングに、このハーメチックコートを施すことによって、初期の性能を維持することができることは明らかである。
【００７０】
次に、本発明の長周期ファイバグレーティングを利用した可変損失等化器への適用例を説明する。
図１１に示すように、本発明の長周期ファイバグレーティングを、ＬＰＧ１、ＬＰＧ２、ＬＰＧ３、ＬＰＧ４の４個、多段にカスケード結合する。図１２は、これらの長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長特性のシミュレーション結果を示す。本シミュレーションでは、外周を覆う樹脂の屈折率温度依存性を、０．００２／℃という条件で計算をしている。
【００７１】
ここで、ＬＰＧ１の透過損失−波長波形を図１２（ａ）に示し、ＬＰＧ２の透過損失−波長波形を図１２（ｂ）に示し、ＬＰＧ３の透過損失−波長波形を図１２（ｃ）に示し、ＬＰＧ４の透過損失−波長波形を図１２（ｄ）に示す。
【００７２】
図１２の各グラフは、縦軸に透過損失（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）を取る。また、各グラフは、外部環境温度が０℃、２５℃、５０℃の３種類の場合における、透過損失−波長波形を示す。ＬＰＧ１からＬＰＧ４の透過損失−波長波形は、同じ特性を有しており、中心波長のみが異なる。
【００７３】
次に、図１２（ｅ）に、ＬＰＧ１からＬＰＧ４までの長周期ファイバグレーティングをカスケード接続させて、外部環境温度を変化させた場合の波長特性を示す。温度は、他と同様に外部環境温度が０℃、２５℃、５０℃の３種類の場合における、シミュレーションを行った。
【００７４】
図１２（ｅ）で明らかなように、波長１５３０ｎｍから１５４０ｎｍの範囲では、透過損失−波長波形がほぼフラットとなり、可変損失等化器を形成することが可能である。以上のように、本発明の長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜をうまく組み合わせることによって、所定の波長帯域における平坦度の高い透過損失−波長波形を得ることができ、可変損失等化器等の様々な応用が可能である。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、更に様々な実施形態が考えられる。
【００７６】
【発明の効果】
【００７７】
従来の可変利得等化器においては、ＥＤＦＡの温度変化による利得−波長波形の傾斜の制御ができないため、所定の利得−波長波形を得るために、ＥＤＦＡ全体の温度調整を行なう必要があった。従って、ＥＤＦＡは小型化できず、消費エネルギも大きくなる問題が発生した。
しかし、本発明の長周期ファイバグレーティグを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、利得−波長波形の傾きを制御することが可能であり、ＥＤＦＡ自体の温度調整は不要となる。従って、設備的にも小型ですみ、消費エネルギも少なくすることができる。
【００７８】
更に、従来の可変利得等化器においては、利得−波長波形の傾斜の制御ができないため、可変利得等化器を経た後の最終的な利得−波長波形の傾きを制御することはできかった。よって、最終的に得られる利得−波長波形の平坦度にはおのずと限界があり、今後の伝送容量の増大に対応するのには不十分であった
しかし、本発明の長周期ファイバグレーティグを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、利得−波長波形の傾きを制御することが可能であり、今後の伝送容量の増大に十分対応できる平坦度の高い利得−波長波形を得ることができる。
【００７９】
更に、本発明の長周期ファイバグレーティグでは、コア層にゲルマニア（ＧｅＯ２）とボロン（Ｂ２Ｏ３）が共添加することによって、上記の利得−波長波形の傾斜を制御するために温度が変化したとしても、長周期ファイバグレーティグの中心波長のずれを防ぐことができる。
【００８０】
更に、本発明の長周期ファイバグレーティグでは、外周にハーメチックコートを施すことで、周囲の環境に影響されることなく、長期的に上述の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の長周期ファイバグレーティングの構造を示した概略図。
【図２】本発明の長周期ファイバグレーティングの、半径方向における屈折率のプロフィールを示した図。
【図３】本発明の長周期ファイバグレーティングにおける、使用波長帯域における右肩上がりの透過損失−波長波形を示す図。
【図４】本発明の長周期ファイバグレーティングにおける、使用波長帯域における右肩下がりの透過損失−波長波形を示す図。
【図５】ＥＤＦＡの温度変化による利得−波長波形の変化を示した図。
【図６】ＥＤＦＡに本発明の長周期ファイバグレーティングを組み合わせた場合の、温度変化による利得−波長波形の変化を示した図。
【図７】従来型ファイバグレーティングの中心波長の温度依存性を示した図。
【図８】本発明のコア層にＧｅ／Ｂを共添加した長周期ファイバグレーティングの中心波長の温度依存性を示した図。
【図９】従来型ファイバグレーティングの長期信頼試験結果を示した図。
【図１０】外周にハーメチックコートを施した長周期ファイバグレーティングの長期信頼試験結果を示した図。
【図１１】本発明の長周期ファイバグレーティングを利用した可変損失等化器の構成を示した図。
【図１２】図１１に示す可変損失等化器を構成する長周期ファイバグレーティング、及び、この可変損失等化器の透過損失−波長波形を示す図。
【符号の説明】
１ ファイバ
２ コア層
３ クラッド層
４ 照射部
５ 長周期ファイバグレーティング
６ 樹脂
７ ハーメチックコート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a long-period fiber grating that controls the slope of a gain-wavelength waveform of an EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) and flattens the gain-wavelength waveform, and a control method thereof. The present invention relates to a variable loss equalizer in which the long-period fiber gratings are cascaded.
[0002]
[Prior art]
With the advent of the broadband era, a further increase in the amount of data transmission is required. Therefore, a wavelength division multiplexing transmission system (WDM (Wavelength Division Multiplexing) transmission system) for multiplexing and transmitting a plurality of lights having different wavelengths has been put to practical use.
[0003]
As one of the key devices in this WDM transmission system, an optical amplifier such as an EDFA capable of collectively amplifying the multiplexed optical signal without performing photoelectric conversion has been developed. EDFA is a material based on silica, which is the same as the optical fiber, and is made of germania (GeO), 2 ) And Erbium (Er) 2 O 3 : Er 3+ ) Is added, and Er 3+ Are used for optical amplification. Like a laser, when energy is applied from the outside, when electrons transition from an upper level to a lower level, new light is generated and the incident light is amplified.
[0004]
Since the EDFA has a relatively wide gain band, it is an optical amplifier that can amplify a plurality of signal lights within a wavelength band at a time, and is indispensable for a WDM transmission system as an optical amplifier of a transmission repeater. It has become.
However, in the WDM transmission system, if there is a level deviation in the signal light of each wavelength to be transmitted, the optical signal may be deteriorated and the transmission distance and the transmission band may be reduced. Therefore, an EDFA that is an optical amplifier is required to flatten (equalize) gain characteristics in a transmission band.
[0005]
In this regard, the gain characteristic in the transmission band (for example, 1530 nm to 1610 nm) of the EDFA has wavelength dependency. Further, a problem of noise due to amplified ASE (Amplified Spontaneous Emission) in which the spontaneous emission light included in the incident signal is amplified also occurs.
Therefore, it is important to compensate for the gain characteristic having the wavelength dependency (gain wavelength dependency) and to suppress ASE. For this reason, it has been practically used to flatten the gain characteristic of the EDFA by combining the EDFA with a filter device having a transmission loss-wavelength characteristic that is opposite to the gain-wavelength characteristic of the EDFA. In particular, as this filter device, a long-period fiber grating having a grating pitch of about 100 μm to 500 μm is often used.
[0006]
However, when the above-described long-period fiber grating is applied to the EDFA, there are the following two problems.
[0007]
One problem is that the gain characteristic of the EDFA changes with a change in temperature. Since the EDFA involves a change in the energy level of ions, not the wavelength shift but the waveform itself changes. Therefore, a slope occurs in the gain-wavelength waveform due to the temperature change. In the above-described gain equalization method, the temperature gain-the inclination of the wavelength waveform due to the temperature change is not compensated.
Therefore, in general, it is necessary to adjust the temperature of the entire EDFA, and there is a problem that the EDFA cannot be downsized and power consumption increases.
[0008]
Another problem is that the gain characteristic of the EDFA varies when the power of the input signal varies, the state of the population inversion of the EDFA also varies, and the gain-wavelength characteristic varies. Therefore, if the transmission loss-wavelength characteristic of the combined filter device is fixed, the fluctuation of the gain-wavelength characteristic of the EDFA cannot be absorbed, and the flatness of the gain-wavelength waveform of the amplified output signal deteriorates. Problems arise.
[0009]
Therefore, the transmission loss-wavelength characteristics of a filter device such as a long-period fiber grating are made variable, and when the gain-wavelength characteristics of the EDFA fluctuate, the transmission loss-wavelength characteristics are changed in a direction to cancel this fluctuation, A variable gain equalizer and the like for suppressing the fluctuation have been reported.
[0010]
As an example, a variable gain equalizer that coats a material having a large temperature coefficient of refractive index on the outer periphery of a long-period fiber grating, changes the temperature of this material with a heater or the like, and obtains loss wavelength characteristics with different peak values is known. No. That is, the flatness of the gain-wavelength waveform of the EDFA is improved by combining the transmission loss-wavelength waveform having a profile that cancels the gain-wavelength waveform of the EDFA.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
[0012]
According to the above technique, the flatness of the gain-wavelength waveform is improved by combining the transmission loss-wavelength waveform having a profile opposite to the gain-wavelength waveform of the EDFA. Therefore, it is intended only for the overall profile centered on the peak value, and does not take into account the gain-waveform slope of the EDFA and the transmission loss-wavelength slope of the long-period fiber grating. .
[0013]
Therefore, in the case of the variable gain equalizer described above, even if the absolute value of the gain is suppressed within a certain fluctuation value, the slope of the final gain-wavelength waveform after the variable gain equalizer is controlled. It is not possible. Therefore, there is naturally a limit to the flatness of the finally obtained gain-wavelength waveform.
[0014]
Further, as described above, when the gain-wavelength waveform is inclined due to the temperature change of the EDFA, the inclination cannot be compensated by the conventional gain equalization method. Therefore, it was necessary to adjust the temperature of the entire EDFA. Therefore, there has been a problem that the EDFA cannot be miniaturized and the power consumption increases.
[0015]
In the WDM transmission system, the transmission capacity is required to increase more and more in the future, and the gain-wavelength waveform of the EDFA is required to further increase flatness.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a long-period fiber grating for solving the conventional problems and obtaining a gain-wavelength waveform characteristic of an EDFA with high flatness which meets the requirements of future WDM transmission. It is in.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
[0017]
The present inventor has conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned conventional problems. As a result, as described below, a long-period fiber grating for controlling the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA, which solves the problem that cannot be solved by the conventional technology, and a control method thereof have been found.
[0018]
In the long-period fiber grating of the present invention, by changing the slope of the transmission loss-wavelength waveform according to the change of the gain-wavelength slope of the EDFA, it was impossible with a conventional gain equalizer. It is possible to arbitrarily control the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA. Further, by controlling the inclination angle to be zero, it is possible to obtain a gain-wavelength waveform with high flatness, which cannot be obtained by the related art.
[0019]
The transmission loss of the long-period fiber grating—the slope of the wavelength waveform can be controlled by covering the outer periphery of the cladding layer of the long-period fiber grating with a substance having a high temperature dependence of the refractive index and changing the temperature of this substance. . Further, by applying a hermetic coat to the outer periphery, the performance of the long-period fiber grating can be maintained for a long time without being affected by the surrounding environment.
[0020]
Also, by cascading a plurality of these long-period fiber gratings, a very flat transmission loss-wavelength waveform can be obtained in a predetermined wavelength band, and a high-performance variable gain equalizer can be obtained. .
[0021]
Here, in the first aspect of the long-period fiber grating according to the present invention, the slope of the transmission loss-wavelength waveform changes according to the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA, and the slope of the gain-wavelength waveform can be arbitrarily set. It is a long-period fiber grating to be controlled.
[0022]
In a second aspect of the long-period fiber grating according to the present invention, the long-period fiber grating controls the tilt angle of the gain-wavelength waveform to be zero to flatten the gain-wavelength waveform in a predetermined wavelength band. It is.
[0023]
According to a third aspect of the long-period fiber grating of the present invention, a material having a high temperature dependence of the refractive index is provided on the outer peripheral portion of the cladding layer, and the temperature of the material changes, and the slope of the transmission loss-wavelength waveform is reduced. It is a changing long-period fiber grating.
[0024]
A fourth aspect of the long-period fiber grating according to the present invention is a long-period fiber grating in which the temperature of the substance changes according to a change in ambient temperature.
[0025]
In a fifth embodiment of the long-period fiber grating according to the present invention, the core layer includes germania (GeO). 2 ) And boron (B 2 O 3 ) Is a long-period fiber grating in which a change in center wavelength due to a temperature change is suppressed.
[0026]
A sixth embodiment of the long-period fiber grating according to the present invention is a long-period fiber grating in which a hermetic coat is applied to an outer peripheral portion of the material, and a long-term variation of the transmission loss-wavelength waveform due to an ambient environment is suppressed. is there.
[0027]
A first aspect of the variable loss equalizer using a long-period fiber grating according to the present invention includes a material having a high temperature dependence of a refractive index on an outer peripheral portion of a cladding layer, and the temperature of the material changes to cause transmission. A variable loss equalizer having a transmission loss-wavelength waveform that is flattened in a predetermined wavelength band by cascading a plurality of long-period fiber gratings whose loss-wavelength waveforms change in slope.
[0028]
The first aspect of the method of controlling the gain-wavelength slope of the EDFA of the present invention is to change the transmission loss-wavelength slope of the long-period fiber grating according to the gain-wavelength slope of the EDFA. This is a method for controlling the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA that arbitrarily controls the slope of the gain-wavelength waveform.
[0029]
According to a second aspect of the gain-wavelength waveform tilt control method of the EDFA of the present invention, the gain-wavelength waveform in a predetermined wavelength band is controlled by controlling the tilt angle of the gain-wavelength waveform to be zero. This is a method for controlling the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA to be flattened.
[0030]
A third aspect of the method of controlling the gain-wavelength waveform inclination of the EDFA of the present invention is that a material having a high temperature dependence of a refractive index is provided on an outer peripheral portion of the cladding layer of the long-period fiber grating, and the temperature of the material is reduced. This is a method for controlling the gain of an EDFA and the slope of the wavelength waveform by changing the slope of the transmission loss-wavelength waveform.
[0031]
A fourth aspect of the method for controlling the gain-wavelength slope of the EDFA of the present invention is to change the gain-wavelength slope of the EDFA that changes the temperature of the material by changing the ambient temperature of the long-period fiber grating. It is a control method.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0032]
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0033]
FIG. 1 is a schematic diagram of a long-period fiber grating according to the present invention.
The outer periphery of the long-period fiber grating is coated with a resin or the like having a high temperature dependence of refractive index (having a large temperature coefficient) and further subjected to a hermetic coating.
[0034]
A fiber grating is a fiber having a core layer and a cladding layer having a refractive index lower than the refractive index of the core layer around the core layer, and a periodic refractive index change is formed along the axial direction of the core layer. There is a device that reflects only a specific wavelength corresponding to the period. This periodic change in the refractive index is realized by forming interference fringes on the fiber due to ultraviolet light emitted from the side, and writing the pattern in the fiber by the light-induced refractive index change.
[0035]
The optical characteristics of the fiber grating are determined by three parameters: the magnitude of the change in the refractive index, the period of the fiber grating, and the length of the fiber grating. The magnitude of the refractive index modulation and the length of the fiber grating largely affect mainly the reflectance and the bandwidth. On the other hand, various types of fiber gratings can be realized by determining the center wavelength of the fiber grating period and changing the size thereof in the longitudinal direction.
[0036]
Here, a fiber having a period of about 100 μm to 500 μm is called a long-period fiber grating. The long-period fiber grating utilizes the coupling from the waveguide mode to the cladding mode traveling in the same direction. Light having a wavelength satisfying the coupling condition is cut, and functions as a band cut filter. Since the cut energy is converted to the cladding mode, no corresponding reflection peak appears. Therefore, it is widely known as a device suitable for an application such as a gain equalizer of an EDFA.
[0037]
In FIG. 1, the core layer 2 of the fiber 1 is irradiated with ultraviolet rays to obtain a long-period fiber grating 5 having an irradiation part 4 with a refractive index modulation. The outer periphery of the cladding layer 3 of the long-period fiber grating 5 is coated with a resin 6 having a high temperature-dependent refractive index. The details of the resin 6 will be described later.
[0038]
In order to change the refractive index of the resin 6, it is necessary to change the temperature of the resin 6. There are various methods for changing the temperature of the resin 6. For example, it is possible to change the ambient temperature of the long-period fiber grating, or to install a heater or the like on the outer periphery of the long-period fiber grating to reduce the temperature of the resin 6. It can be changed. When the temperature of the resin 6 changes, the refractive index changes according to the temperature characteristics of the resin 6.
[0039]
The light propagating in the core layer 2 is bent in its course by the diffraction grating of the irradiation unit 4 and propagates in the cladding mode. Here, when the refractive index of the resin 6 covering the periphery of the cladding layer changes, the propagation characteristics of the cladding mode change, and the coupling constant with the fundamental mode changes. Therefore, the transmission loss characteristic of the long-period fiber grating changes, and the transmission loss-the slope of the wavelength waveform changes. The relationship between the change in the temperature of the resin 6 and the change in the transmission loss of the long-period fiber grating minus the slope of the wavelength waveform will be described in detail later.
[0040]
When the temperature of the resin 6 is changed as described above, the temperature of the core layer 2 also changes due to heat conduction or the like. Since the long-period fiber grating has a temperature dependence of the center wavelength at which the center wavelength shifts due to a temperature change, a problem that the center wavelength fluctuates in the resin 6 due to the temperature change occurs. In order to solve this problem, germania (GeO) is used for the core layer 2. 2 ) And boron (B 2 O 3 ) Is effective to co-add. A detailed description will be given later.
[0041]
Further, in the long-period fiber grating, a long-term change in transmission loss-wavelength waveform is observed due to a temperature change of the long-period fiber grating due to a change in environmental temperature or the like. This is a problem that hinders long-term long-period fiber grating performance compensation.
Therefore, as a countermeasure against this, it is effective to further apply a hermetic coat 7 to the outer periphery of the resin 6 of the long-period fiber grating. The hermetic coat 7 may be a metal coat or a carbon coat. This hermetic coating can suppress a long-term variation in transmission loss-wavelength waveform of a long-period fiber grating due to a temperature variation. Details will be described later.
[0042]
FIG. 2 shows the profile of the refractive index in the cross-sectional direction (radial direction) of the long-period fiber grating of the present invention. The core layer is made of Ge (GeO) in order to minimize the center wavelength shift due to a change in the external temperature environment. 2 ) And B (B 2 O 3 ) Was co-added. The cladding layer is made of SiO 2 It is. A resin having high temperature dependency was coated on the outside, and a metal coat or a carbon coat was applied to the outermost layer to obtain a hermetic structure. The change in the refractive index in the radial direction becomes like the profile shown in FIG.
[0043]
Next, the resin 6 having a high temperature dependence of the refractive index will be described in detail.
The material covering the outer periphery of the clad layer 3 can be not only a resin but also an adhesive. Further, it is desirable that the refractive index has a high temperature dependency, that is, a material having a characteristic in which the refractive index changes as much as possible with a change in temperature. Furthermore, the refractive index of this resin must always be higher than the refractive index of Si, which is the central material of the base material. Specifically, it is necessary to have the following requirements.
[0044]
(1) It is desirable that the temperature dependence of the refractive index is 0.001 / ° C. or more in a temperature range of 0 to 65 ° C. In particular, if a high temperature dependence of the refractive index of about 0.002 / ° C. can be obtained, very various gain tilt control becomes possible. However, the sign does not matter. (For example, the refractive index may increase or decrease with increasing temperature.)
(2) In a temperature range of 0 to 65 ° C., the refractive index does not fall below 1.458 of Si.
Is required.
(3) Although an ultraviolet curable resin is most desirable, it may be liquid. Refractive index characteristics are the best
have priority.
[0045]
Based on the above requirements, specific resins will be examined.
Epoxy resins have a high refractive index, but have low temperature dependence of the refractive index. On the other hand, the silicon-based resin has a low refractive index, but has a high refractive index temperature dependency.
Therefore, if a resin in which both resins are mixed is used, it is possible to obtain as high a temperature dependence of the refractive index as possible without falling below the refractive index of 1.458 in the temperature range of 0 to 65 ° C. .
[0046]
Next, the characteristics of the long-period fiber grating in which the above-described resin having a high temperature dependency is coated on the outer periphery of the cladding layer will be described with reference to FIGS. Assuming that the temperature dependence of the refractive index of the resin is 0.001 / ° C., the transmission loss is determined for each of the six types of resin temperatures of 0 ° C., 13 ° C., 26 ° C., 39 ° C., 52 ° C., and 65 ° C. -Simulated wavelength characteristics.
[0047]
3 and 4, the vertical axis represents transmission loss (dB), and the horizontal axis represents wavelength (nm). 3A and 3A are enlarged views of transmission loss-wavelength waveforms in a wavelength band from 1525 nm to 1565 nm, and FIGS. 3B and 4B are transmission loss-wavelength waveforms in all wavelength ranges.
[0048]
FIG. 3 shows that the transmission loss-wavelength characteristic waveform rises from 1525 nm to 1565 nm, which is the used wavelength band, that is, dT / dλ (dB / nm) is positive when the transmission loss is T and the wavelength is λ. It shows the case where it becomes. To realize this, it is necessary to select a long-period fiber grating whose center wavelength is on the side smaller than the used wavelength band, as shown in FIG.
[0049]
When the temperature of the resin is 0 ° C., the slope of the characteristic curve is nearly horizontal, and the slope increases as the temperature increases. This is because, as shown in the overall diagram of FIG. 3B, as the temperature of the resin on the outer periphery increases, the refractive index increases, and the peak value of the transmission loss of the long-period fiber grating also increases. Accordingly, it can be seen that the slope of the characteristic curve in the used band increases as the temperature increases.
[0050]
By combining the long-period fiber grating shown in FIG. 3 with the EDFA, it is possible to control the inclination of the gain-wavelength waveform of the EDFA to the plus side.
In particular, when trying to obtain a flat gain-wavelength waveform of an EDFA, if the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA decreases to the right, that is, if the gain is G, dG / dλ (dB / nm) is negative. It is effective in the case of. Theoretically, if dG / dλ = −dT / dλ in the same wavelength range, the gain-wavelength waveform can always be controlled to be flat.
[0051]
Therefore, the slope (dG / dλ) of the EDFA caused by the temperature change of the EDFA or the change of the power of the input-side signal may be captured, and the slope (dT / dλ) of the long-period fiber grating that just cancels the slope may be given. That is, by controlling the temperature of the resin covering the outer periphery of the long-period fiber grating and controlling the slope of the transmission loss-wavelength waveform, a flat EDFA gain-wavelength waveform can be obtained in the used wavelength band.
[0052]
Incidentally, when the temperature of the resin is between 0 ° C. and 65 ° C., the slope of the transmission loss-wavelength waveform varies in a range of about 0 to 0.25 dB / nm. Therefore, it is considered that by changing the temperature in this temperature range, it is possible to sufficiently cope with the slope fluctuation of the gain of the EDFA that actually occurs.
[0053]
Next, FIG. 4 shows a case where the transmission loss-wavelength characteristic waveform falls to the right from 1525 nm to 1565 nm which is the used wavelength band, that is, dT / dλ (dB / nm) becomes negative. To realize this, it is necessary to select a long-period fiber grating whose center wavelength is on the side larger than the used wavelength band, as shown in FIG.
[0054]
When the temperature of the resin is 0 ° C., the slope of the characteristic curve is nearly horizontal, and the slope increases (in the negative direction) as the temperature increases. This is because, as shown in the overall diagram of FIG. 3B, as the temperature of the resin on the outer periphery increases, the refractive index increases, and the peak value of the transmission loss of the long-period fiber grating also increases. Accordingly, it can be seen that the slope of the characteristic curve in the used band increases (in the negative direction) as the temperature increases.
[0055]
If the long-period fiber grating shown in FIG. 4 is combined with the EDFA, it is possible to control the inclination of the gain-wavelength waveform of the EDFA to the minus side.
In particular, when trying to obtain a flat gain-wavelength waveform of an EDFA, the long-period fiber grating having the characteristic shown in FIG. , That is, when the gain is G, dG / dλ (dB / nm) is effective. Theoretically, if dG / dλ = −dT / dλ in the same wavelength range, the gain-wavelength waveform can always be controlled to be flat.
[0056]
Therefore, the slope (dG / dλ) of the EDFA caused by the temperature change of the EDFA or the change of the power of the input-side signal may be captured, and the slope (dT / dλ) of the long-period fiber grating that just cancels the slope may be given. That is, by controlling the temperature of the resin covering the outer periphery of the long-period fiber grating and controlling the slope of the transmission loss-wavelength waveform, a flat EDFA gain-wavelength waveform can be obtained in the used wavelength band.
[0057]
Incidentally, when the temperature of the resin is between 0 ° C. and 65 ° C., the slope of the transmission loss-wavelength waveform fluctuates in a range of approximately 0 to −2.5 dB / nm. Therefore, it is considered that the change in the temperature range can sufficiently cope with the fluctuation of the gain of the EDFA that actually occurs.
[0058]
As is apparent from the above description, by combining the long-period fiber grating shown in FIG. 3 and the long-period fiber grating shown in FIG. 4 with the EDFA, the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA can be arbitrarily controlled. It is possible. In addition, regardless of whether the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA is positive or negative, the transmission loss of the long-period fiber grating-wavelength waveform is controlled so that dG / dλ = −dT / dλ, whereby the gain of the flat EDFA is controlled. A wavelength waveform can be obtained; That is, the slope of the transmission loss-wavelength waveform is controlled in accordance with the slope of the gain-wavelength waveform of the EDFA due to a change in temperature or a change in an input signal, so that the gain-wavelength waveform of the EDFA can be flattened.
[0059]
Next, FIG. 5 shows a gain-wavelength waveform in which the EDFA is inclined by a temperature change. The vertical axis shows gain (dB), and the horizontal axis shows wavelength (nm). FIG. 5 shows gain-wavelength waveforms for four types of temperatures of −5 ° C., 25 ° C., 50 ° C., and 70 ° C. It can be seen from the profile of FIG.
[0060]
FIG. 6 shows a gain-wavelength waveform when the above-described long-period fiber grating of the present invention is applied to the EDFA. As in FIG. 5, the vertical axis represents gain (dB) and the horizontal axis represents wavelength (nm). 5 shows gain-wavelength waveforms when the temperature is -5 ° C., 25 ° C., 50 ° C., and 70 ° C., as in FIG.
It can be seen that the gain-wavelength waveform in FIG. 6 has a smaller slope and approaches a flat profile as compared to FIG.
[0061]
Next, the problem that the center wavelength of the long-period fiber grating shifts (shifts) due to a change in ambient temperature will be described.
As described above, in the present invention, the outer periphery of the long-period fiber grating is covered with a highly temperature-dependent resin, and by changing the ambient temperature or the like, the temperature of the resin is changed to change the refractive index of the resin. . When the refractive index of the resin changes, the coupling constant between the cladding mode and the fundamental mode changes, and the transmission loss-the slope of the wavelength waveform can be controlled. However, when the temperature of the resin is changed, the temperature of the fiber itself necessarily changes due to heat conduction or the like.
[0062]
FIG. 7 shows the shift of the center wavelength depending on the temperature of the fiber grating. The vertical axis represents the shift of the center wavelength (nm), and the horizontal axis represents the temperature (° C.). As shown in FIG. 7, the center wavelength has a center wavelength temperature characteristic of about 50 pm / ° C.
[0063]
To solve this problem, germania (GeO) is added to the core layer. 2 ) And boron (B 2 O 3 ) Is effective to co-add. The temperature dependence of the refractive index of the fiber material is shown in the table below.
The positive temperature dependency caused by adding Ge to the core layer can be canceled by adding an appropriate amount of B.
[0064]
FIG. 8 shows that the core layer of the present invention is made of germania (GeO). 2 ) And boron (B 2 O 3 () Shows the temperature dependence of the refractive index of the co-doped long-period fiber grating. The vertical axis represents the shift of the center wavelength (nm), and the horizontal axis represents the temperature (° C.).
As FIG. 8 shows, the temperature dependence, which was as high as about 50 pm / ° C., became very small, and the profile of the graph became almost flat.
[0065]
Next, the problem that the long-term transmission loss-wavelength waveform fluctuates due to temperature fluctuation of the long-period fiber grating will be described.
9 and 10 show the results of a long-term credit test of Bellcore (GR-1221). The vertical axis in FIG. 9 shows the transmission loss (dB), and the horizontal axis shows the wavelength (nm).
[0066]
The test conditions were as follows: a conventional long-period fiber grating was placed in an environment of temperature: 85 ° C. and humidity: 85% for 2000 hours. Thereafter, FIG. 9 shows a comparison between the transmission loss-wavelength waveform of the long-period fiber grating and the transmission loss-wavelength waveform in the initial state. As shown in FIG. 9, after 2,000 hours, the center wavelength is shifted by about 3 nm from the initial state.
[0067]
In order to prevent this long-term shift of the center wavelength, it is effective to apply a hermetic coat to the outer periphery of the long-period fiber grating. Here, the hermetic coat is a coating having high airtightness and capable of blocking the influence of the external environment. As a specific coating material, a metal coat of Ti, Ni, Au, Pt, or the like can be used, and a carbon coat can also be applied.
[0068]
FIG. 10 shows the results of a long-term reliability test of a long-period fiber grating provided with a metal coat. The vertical axis of the graph indicates transmission loss (dB), and the horizontal axis indicates wavelength (nm).
[0069]
The test conditions are the same as those of the conventional fiber grating shown in FIG. 9, and the transmission loss after leaving the metal-coated long-period fiber grating for 2000 hours in an environment of temperature: 85 ° C. and humidity: 85%. -The wavelength waveform was compared with that of the initial state. As shown in FIG. 10, it can be seen that even after lapse of 2000 hours, the transmission loss-wavelength waveform has hardly changed from the initial state. From these results, it is clear that the initial performance can be maintained by applying the hermetic coat to the long-period fiber grating of the present invention.
[0070]
Next, an example of application of the present invention to a variable loss equalizer using a long-period fiber grating will be described.
As shown in FIG. 11, four long-period fiber gratings of the present invention, LPG1, LPG2, LPG3, and LPG4, are cascaded in multiple stages. FIG. 12 shows simulation results of transmission loss-wavelength characteristics of these long-period fiber gratings. In this simulation, the temperature dependence of the refractive index of the resin covering the outer circumference is calculated under the condition of 0.002 / ° C.
[0071]
Here, the transmission loss-wavelength waveform of LPG1 is shown in FIG. 12 (a), the transmission loss-wavelength waveform of LPG2 is shown in FIG. 12 (b), and the transmission loss-wavelength waveform of LPG3 is shown in FIG. 12 (c). , LPG4, the transmission loss-wavelength waveform is shown in FIG.
[0072]
In each graph of FIG. 12, the vertical axis indicates transmission loss (dB), and the horizontal axis indicates wavelength (nm). Further, each graph shows a transmission loss-wavelength waveform in the case where the external environment temperature is 0 ° C., 25 ° C., and 50 ° C. The transmission loss-wavelength waveforms of LPG1 to LPG4 have the same characteristics, and only the center wavelength is different.
[0073]
Next, FIG. 12E shows a wavelength characteristic when the long-period fiber gratings from LPG1 to LPG4 are cascaded to change the external environment temperature. As in the other cases, a simulation was performed in the case where the external environment temperature was three types of 0 ° C., 25 ° C., and 50 ° C.
[0074]
As is apparent from FIG. 12E, in the wavelength range of 1530 nm to 1540 nm, the transmission loss-wavelength waveform becomes almost flat, and a variable loss equalizer can be formed. As described above, by properly combining the transmission loss and the slope of the wavelength waveform of the long-period fiber grating of the present invention, it is possible to obtain a transmission loss-wavelength waveform with high flatness in a predetermined wavelength band, and to achieve variable loss equalization. Various applications such as a vessel are possible.
[0075]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments can be considered.
[0076]
【The invention's effect】
[0077]
In the conventional variable gain equalizer, the slope of the gain-wavelength waveform cannot be controlled by the temperature change of the EDFA. Therefore, it is necessary to adjust the temperature of the entire EDFA in order to obtain a predetermined gain-wavelength waveform. Therefore, there has been a problem that the EDFA cannot be reduced in size and energy consumption increases.
However, when the long-period fiber grating of the present invention is combined with an EDFA, the slope of the gain-wavelength waveform can be controlled, and the temperature adjustment of the EDFA itself becomes unnecessary. Therefore, equipment can be small and energy consumption can be reduced.
[0078]
Further, in the conventional variable gain equalizer, since the slope of the gain-wavelength waveform cannot be controlled, the final slope of the gain-wavelength waveform after passing through the variable gain equalizer cannot be controlled. . Therefore, the flatness of the finally obtained gain-wavelength waveform is naturally limited, and is insufficient to cope with an increase in transmission capacity in the future.
However, when the long-period fiber grating of the present invention is combined with an EDFA, the slope of the gain-wavelength waveform can be controlled, and the gain-wavelength having a high flatness that can sufficiently cope with an increase in transmission capacity in the future. Waveform can be obtained.
[0079]
Further, in the long-period fiber grating of the present invention, the core layer is made of germania (GeO). 2 ) And boron (B 2 O 3 ) Can prevent the shift of the center wavelength of the long-period fiber grating even if the temperature changes to control the slope of the gain-wavelength waveform.
[0080]
Furthermore, in the long-period fiber grating of the present invention, by applying a hermetic coat to the outer periphery, the above-described performance can be maintained for a long period without being affected by the surrounding environment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a long-period fiber grating according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a profile of a refractive index in a radial direction of the long-period fiber grating of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a transmission loss-wavelength waveform rising to the right in a used wavelength band in a long-period fiber grating of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a transmission loss-wavelength waveform of a long-period fiber grating according to the present invention, which falls down to the right in a used wavelength band.
FIG. 5 is a diagram showing a change in gain-wavelength waveform due to a temperature change of the EDFA.
FIG. 6 is a diagram showing a change in a gain-wavelength waveform due to a temperature change when an EDFA is combined with the long-period fiber grating of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of the center wavelength of a conventional fiber grating.
FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of the center wavelength of a long-period fiber grating in which Ge / B is co-doped in a core layer of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a long-term reliability test result of a conventional fiber grating.
FIG. 10 is a view showing a long-term reliability test result of a long-period fiber grating having a hermetic coat on the outer periphery.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a variable loss equalizer using a long-period fiber grating according to the present invention.
12 is a diagram showing a long-period fiber grating constituting the variable loss equalizer shown in FIG. 11, and a transmission loss-wavelength waveform of the variable loss equalizer.
[Explanation of symbols]
1 fiber
2 Core layer
3 Cladding layer
4 Irradiation unit
5 Long-period fiber grating
6 resin
7 Hermetic coat
