JP2004258506A

JP2004258506A - 偏光解消素子及びこれを備えた光ラマン増幅器

Info

Publication number: JP2004258506A
Application number: JP2003051347A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kenmotsu; 巨人監物; Keiji Kaneda; 恵司金田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】本発明は、出力光の偏光度のばらつきを少なくして低下させるとともに、モジュール化時の占有体積を低減可能な偏光解消素子を提供することにある。
【解決手段】光源１３からの光を偏波保持型光ファイバカプラ１７に入力して特定の偏波軸についてパワーを分岐し、その分岐された光を偏波合成器１９により偏波合成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量光伝送システムに使用される光ファイバ増幅器における励起光源などの偏光度低減性能を改善する偏光解消素子及びこれを備えた光ラマン増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の偏光解消素子１０１は、図６に示すように光源１０３から出力された直線偏光光がピグテールである偏波保持型ファイバコイル１０５を伝わり、４５°融着接続部１０７を通過し、偏波保持型ファイバコイル１０９へ入力される。この際、直線偏光光は、偏波保持型ファイバコイル１０９のＸ偏波軸およびＹ偏波軸それぞれの偏波軸に分離される。このとき、偏波保持型ファイバコイル１０５，１０９のファイバ長Ｌ１，Ｌ２はＬ２≧２＊Ｌ１の関係を有し、かつファイバ長Ｌ１は光源１０３の可干渉性を充分に低くする長さである。
【０００３】
さらに、偏波保持型ファイバコイル１０９では、４５°融着接続部１０７において両偏波に分離された後のＸ偏波成分及びＹ偏波成分に時間的なずれを生じさせることで、両偏波間の相関をなくし、つまり位相面に対する相関性を失わせて偏光解消素子として利用していた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＷＡＶＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ，ＬＴ−１，
ＮＯ．１，Ｍａｒｃｈ１９８３ｐｐ７１−７４
ＮＯ．３，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９８３ｐｐ４７５−４７９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上述した従来の偏光解消素子１０１では、出力光の偏光度を光源１０３の発振状態に依存しないで低く安定させるため、偏波保持型光ファイバコイル１０９を数十メートル〜百メートル程度の長さで使用していた。このため、小型モジュール化などへの作業時には、占有体積が増加して筐体サイズの制約が生じるとともに、コストが上昇するなどの制約があった。
【０００６】
また、波長固定用ファイバグレーティングなどにより光源の発振スペクトル幅が約１ｎｍ程度と狭くなるため、光源１０３の縦モード数などのばらつきによりさらに長いコイル長が必要となる場合（数百メートル程度）や、偏光度が低下しない（場合により数十％程度）場合、光源１０３への注入電流が変化することにより、発振スペクトルが変化すると、偏光度が大きく変化する（場合により数％〜数十％程度）場合などの問題が多く見られた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、出力光の偏光度のばらつきを少なくして低下させるとともに、モジュール化時の占有体積を低減可能な偏光解消素子及びこれを備えた光ラマン増幅器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、光源からの光を特定の偏波軸についてパワーを分岐可能な偏波保持型光ファイバカプラと、前記偏波保持型光ファイバカプラにて分岐された光を偏波合成する偏波合成器と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記偏波保持型光ファイバカプラで第１ルート及び第２ルートに分岐し、これら第１ルート及び第２ルートを前記偏波合成器に接続したことを要旨とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第１ルート及び第２ルートは、偏波保持型光ファイバからなり、前記第１ルートは、偏光軸を一致させる０°融着接続部を有する一方、前記第２ルートは、前記偏光軸を９０°食い違わせる９０°融着接続部を有することを要旨とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記偏波保持型光ファイバカプラから分岐された第１ルート及び第２ルートの透過率差は、５０％以内であることを要旨とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１乃至４のいずれか一項記載の偏光解消素子を備えたことを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
（本実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る偏光解消素子を示す接続図、図２は、図１における偏波保持型光ファイバの融着接続する直前の突き合せ状態を示す説明図である。
【００１５】
図１に示す偏光解消素子１１は、一端がファブリペロー型半導体レーザなどの光源１３と接続される一方、他端が光出力ポート１５に接続されている。この偏光解消素子１１は、光源１３からの光を特定の偏波軸についてパワーを分岐可能な偏波保持型光ファイバカプラとしての偏波保持型３ｄＢカプラ１７と、この偏波保持型３ｄＢカプラ１７にて分岐された光を偏波合成する偏波合成器１９とを備えており、光源１３と偏波保持型３ｄＢカプラ１７は、偏波保持型光ファイバ２１を介して接続されている。
【００１６】
偏波保持型３ｄＢカプラ１７は、径３．０ｍｍで、長さ６０ｍｍの円柱体から形成され、光源１３から出力された光を特定の偏波軸について、同一パワーに２分割し、これら２分割した光を第１ルート２３と第２ルート２５にそれぞれ分岐する。
【００１７】
偏波合成器１９は、径３．０ｍｍで、長さ６０ｍｍの円柱体から形成され、第１ルート２３及び第２ルート２５に接続され、第１ルート２３と第２ルート２５にそれぞれ分岐された光を偏波合成し、この合成後の光を光出力ポート１５から出力する。
【００１８】
第１ルート２３及び第２ルート２５は偏波保持型光ファイバからなり、図２に示すようにコア２７と、クラッド２９と、応力付与部３１とにより構成され、コア２７は応力付与部３１により与えられる応力によりＸ，Ｙの２方向で屈折率が異なり、２つの偏光軸を有する。
【００１９】
第１ルート２３は、偏光軸を一致させ接続角が０°の０°融着接続部３３を有する一方、第２ルート２５は偏光軸を９０°食い違わせ接続角が９０°の９０°融着接続部３５を有している。なお、図２において太矢印は、導波する偏波面を示している。
【００２０】
次に、図１および図２を参照して、偏光解消素子１１の作用効果について説明する。
【００２１】
まず、図１に示すように、光源１３から発光された光（直線偏光光）は、偏波保持型光ファイバ２１を伝わり、偏波保持型３ｄＢカプラ１７に到達する。この偏波保持型３ｄＢカプラ１７では、入力されてきた光を、０°融着接続部３３を通る第１ルート２３と、９０°融着接続部３５を通る第２ルート２５とに分岐する。
【００２２】
次いで、第１ルート２３を通る光は、導波する偏波面が第１ルート２３の偏波保持型光ファイバ断面の応力付与部を貫く線に対して水平方向であり、偏波面を回転させない０°融着接続部３３を通過して偏波面が水平方向のまま偏波合成器１９に入力される。一方、第２ルート２５を通る光も、導波する偏波面が水平方向であるが、偏波面を９０°回転させる９０°融着接続部３５を経て偏波面が垂直方向となり、この偏波面が垂直方向となった光が偏波合成器１９に入力して第１ルート２３を通る光と合成される。これにより、偏波合成器１９では、同一パワー及び同一波長の光が合成されることで、光ファイバの断面に着目すれば、パワーが均等に存在するように光出力ポート１５に出力される。
【００２３】
したがって、光出力ポート１５に出力される光は、その断面において、同一波長、同一パワーの光が均一に存在しているため、ランダム位相となる。このため、光出力ポート１５において光のストークスパラメータから算出される偏光度は、光源１３の発振状態によらず３０％以下、かつその値は一定であった。
【００２４】
因みに、光源１３への注入電流（駆動電流）を変化させると、出力するレーザ光の発振スペクトル（横軸波長、縦軸パワー）が変化する。すると、光の可干渉性が変化し、偏光度も変動するが、本実施の形態では、上述した通り偏光解消しているので、スペクトル変化（発振状態の変化）によらずに偏光度３０％以下にすることができる。
【００２５】
このとき、光出力ポート１５で測定される光パワーは、偏波保持型光ファイバ２１で測定される光パワーのうち偏波保持型３ｄＢカプラ１７、偏波合成器１９の過剰損失分のみが失われ、透過率で約９５％程度あり、実用上問題のないレベルである。
【００２６】
なお、図１においては、偏波保持型３ｄＢカプラ１７に接続されている口出しファイバ２２には何も接続されていなが、口出しファイバ２２に光源１３とは別の発振波長を有する光源（図示しない）を接続することで、１つの偏光解消素子１１を用いて２つの光源の偏光度を低くすることができる。
【００２７】
（実験例１）
図３は、図６に示す従来方式と図１及び図２に示す実施の形態方式を用いた実験結果１を示している。図３に示すように、従来方式では注入電流により発振状態が変化しているため、偏光度が大きく変化しているが、本実施の形態方式では偏光度が安定している。また、偏光度の最大値、平均値についても従来方式はともに大きく、本実施の形態方式では偏光度の最大値、平均値にばらつきが少なく大幅に改善されていることが判る。そして、従来方式では、偏光度の平均値が１９．２％であったが、本実施の形態方式では、偏光度の平均値が６．６％であった。
【００２８】
なお、従来方式と本実施の形態方式に使用した光源は、ファブリペロー型半導体レーザに波長１４７５ｎｍ付近の波長固定用ファイバグレーティングを接続したものである。また、従来方式の場合には、図６における偏波保持型ファイバコイル１０５の長さが１０ｍで、偏波保持型ファイバコイル１０９の長さが５０ｍである一方、本実施の形態方式の場合には、第１ルート２３と第２ルート２５の透過率差が４％であった。
【００２９】
（実験例２）
図４は、図６に示す従来方式と図１及び図２に示す実施の形態方式を用いた実験結果２を示している。図４は第１ルート２３と第２ルート２５の透過率差が１１％である場合の結果である。図３と比較すると、偏光度絶対値は大きくなっているものの、従来方式と本実施の形態方式とを比較すると、偏光度特性が大幅に改善されていることが判る。
【００３０】
すなわち、従来方式では駆動電流６５０ｍＡ近傍で局所的に偏光度が低くなっているが、これはあまり意味がなく、実施の形態方式のように全駆動電流領域において偏光度が一定レベルで、かつ低い値であることが必要である。そして、従来方式では、偏光度の平均値が２４．７％であったが、本実施の形態方式では、偏光度の平均値が１０．９％であった。
【００３１】
なお、従来方式と本実施の形態方式に使用した光源は、ファブリペロー型半導体レーザに波長１５０３ｎｍ付近の波長固定用ファイバグレーティングを接続したものである。
【００３２】
このことから、本実施の形態によれば、光源１３からの光を特定の偏波軸についてパワーを分岐可能な偏波保持型３ｄＢカプラ１７と、この偏波保持型３ｄＢカプラ１７にて分岐された光を偏波合成する偏波合成器１９とを備えたことにより、出力光の偏光度のばらつきを少なくして低下させるとともに、モジュール化時の占有体積を７０％低減させることが可能となり、作業性を向上させ、コストを低減させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、偏波保持型３ｄＢカプラ１７で第１ルート２３及び第２ルート２５に分岐し、これら第１ルート２３及び第２ルート２５を偏波合成器１９に接続したことにより、パワーの損失が偏波保持型３ｄＢカプラ１７及び偏波合成器１９の過剰損失分のみであり、総透過率が９５％程度と非常に効率を高めることができる。
【００３４】
さらに、本実施の形態によれば、前記第１ルート及び第２ルートは、偏波保持型光ファイバからなり、前記第１ルートは、偏光軸を一致させる０°融着接続部を有する一方、前記第２ルートは、前記偏光軸を９０°食い違わせる９０°融着接続部を有することにより、偏波面が水平及び垂直方向となって光出力ポート１５のファイバ断面に着目すれば、パワーが均等な光を出力することができる。
【００３５】
そして、本実施の形態によれば、偏波保持型３ｄＢカプラ１７から分岐された第１ルート及び第２ルートの透過率差は、５０％以内であることにより、光出力ポート１５における偏光度を光源１３への注入電流によらず、３０％以下とすることができる。
【００３６】
（実施例）
図５は、図１及び図２の実施の形態に示す偏光解消素子１１を設けたラマン増幅器を示す接続図である。なお、偏光解消素子１１の構成は、前記実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、ラマン増幅器４１は、励起光となるラマン増幅器用励起レーザ４３，４３と、これらラマン増幅器用励起レーザ４３，４３から出力された出力光の偏光を解消する偏光解消素子１１と、この偏光解消素子１１からのラマン励起光が入力される信号／励起ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：波長帯域多重）カプラ４５とを備えている。
【００３８】
したがって、ラマン増幅器用励起レーザ４３，４３から出力された出力光が偏光解消素子１１により偏光が解消されたラマン励起光となり、このラマン励起光が信号／励起ＷＤＭカプラ４５を経て信号伝送用ファイバ４７に入力される。すると、この信号伝送用ファイバ４７では、入力された励起光の励起電力によりラマン増幅作用が生じる。図５において、この信号伝送用ファイバ４７は細線で示し、偏波保持型光ファイバは太線で示している。
【００３９】
また、信号入力口４９から入力された光信号は、信号伝送用ファイバ４７を伝搬する過程で、上記ラマン増幅作用により増幅された後、信号／励起ＷＤＭカプラ４５を低損失で伝搬し、信号出力口５１から出力される。
【００４０】
このことから、ラマン増幅器４１が偏光解消素子１１を備えたことにより、出力ラマン励起光の偏光度のばらつきを少なくして低下させるとともに、モジュール化時の占有体積を低減可能な光ラマン増幅器４１を提供することができる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、光源からの光を偏波保持型光ファイバカプラに入力して特定の偏波軸についてパワーを分岐し、その分岐された光を偏波合成器により偏波合成するので、出力光の偏光度のばらつきを少なくして低下させるとともに、モジュール化時の占有体積を低減させることが可能となる。
【００４２】
請求項２記載の本発明によれば、偏波保持型光ファイバカプラで第１ルート及び第２ルートに分岐し、これら第１ルート及び第２ルートを偏波合成器に接続したことにより、パワーの損失が偏波保持型光ファイバカプラ及び偏波合成器の過剰損失分のみであり、総透過率の効率を非常に高めることができる。
【００４３】
請求項３記載の本発明によれば、第１ルート及び第２ルートは、偏波保持型光ファイバからなり、第１ルートは、偏光軸を一致させる０°融着接続部を有する一方、第２ルートは、偏光軸を９０°食い違わせる９０°融着接続部を有することにより、偏波面が水平及び垂直方向となってファイバ断面に対して、パワーが均等な光を出力することができる。
【００４４】
請求項４記載の本発明によれば、偏波保持型光ファイバカプラから分岐された第１ルート及び第２ルートの透過率差は、５０％以内であることにより、光出力ポートにおける偏光度を光源への注入電流によらず、３０％以下とすることができる。
【００４５】
請求項５記載の本発明によれば、ラマン増幅器が偏光解消素子を備えたことにより、出力ラマン励起光の偏光度のばらつきを少なくして低下させるとともに、モジュール化時の占有体積を低減可能な光ラマン増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る偏光解消素子を示す接続図である。
【図２】図１における偏波保持型光ファイバの融着接続する直前の突き合せ状態を示す説明図である。
【図３】従来方式と図１及び図２に示す実施の形態方式を用いた実験結果１を示すグラフである。
【図４】従来方式と図１及び図２に示す実施の形態方式を用いた実験結果２を示すグラフである。
【図５】図１及び図２の実施の形態に示す偏光解消素子１１を設けたラマン増幅器を示す接続図である。
【図６】従来の偏光解消素子を示す接続図である。
【符号の説明】
１１偏光解消素子
１３光源
１５光出力ポート
１７偏波保持型３ｄＢカプラ（偏波保持型光ファイバカプラ）
１９偏波合成器
２１偏波保持型光ファイバ
２３第１ルート
２５第２ルート
２７コア
２９クラッド
３１応力付与部
３３０°融着接続部
３５９０°融着接続部
４１ラマン増幅器
４３ラマン増幅器用励起レーザ
４５信号／励起ＷＤＭカプラ

Claims

光源からの光を特定の偏波軸についてパワーを分岐可能な偏波保持型光ファイバカプラと、
前記偏波保持型光ファイバカプラにて分岐された光を偏波合成する偏波合成器と、
を備えたことを特徴とする偏光解消素子。
前記偏波保持型光ファイバカプラで第１ルート及び第２ルートに分岐し、これら第１ルート及び第２ルートを前記偏波合成器に接続したことを特徴とする請求項１記載の偏光解消素子。
前記第１ルート及び第２ルートは、偏波保持型光ファイバからなり、前記第１ルートは、偏光軸を一致させる０°融着接続部を有する一方、前記第２ルートは、前記偏光軸を９０°食い違わせる９０°融着接続部を有することを特徴とする請求項２記載の偏光解消素子。
前記偏波保持型光ファイバカプラから分岐された第１ルート及び第２ルートの透過率差は、５０％以内であることを特徴とする請求項１又は２記載の偏光解消素子。
請求項１乃至４のいずれか一項記載の偏光解消素子を備えたことを特徴とする光ラマン増幅器。