JP2008146015A - ラージモードエリア・マルチモード・ハイブリッド光ファイバおよびそれを用いた装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ラージモードエリア光ファイバが、そのコア領域内で信号放射の多重横モードを支持するように構成される。このファイバは、異なる特性を有する少なくとも2つの軸セグメントを含むハイブリッド設計である。第1の軸セグメントでは、コア内の横方向屈折率プロファイルが、径方向に均一でなくて屈折率の放射状ディップを特徴とする。第1のセグメントは、複数の横モードを支持する。第2の軸セグメントでは、コア内の横方向屈折率プロファイルは、第1のセグメントのそれよりも均一である。2つのセグメントは、互いに断熱結合される。例示的には、第2のセグメントは、他の構成要素との結合を容易にするファイバの末端部である。
【選択図】図2
Description
P.A.Belanger、「Optical Engineering」(Vol.32、No.9、2107〜2109頁(1993)) H.Y.Tam、「Electr.Lett.」(Vol.27、No.17、1597〜1599頁(1991)) A.D.Yablon、「Optical Fiber Fusion Splicing」(Springer、New York(2005)) R.M.Wood、「Laser−Induced Damage of Optical Materials」(Institute of Physics Publishing、Bristol&Philadelphia(2003))
典型的な光ファイバ増幅器10は、図1に示されているように、結合装置14と利用装置20を光学的に結合するGPF12を含む。装置14は、遠隔通信応用分野では波長分割マルチプレクサとして知られ、高出力非遠隔通信応用分野ではポンプ結合器として知られている。話を簡単にするために、以下では高出力非遠隔応用分野に関連して本発明について説明する。この場合、ポンプ結合器14は、光入力信号源16の出力と光ポンプ源18の出力とをGPF12の中で結合する。従来のファイバ22を介してポンプ結合器14の入力部に結合されている入力信号源16は、第1の波長の光入力信号を生成し、一方、従来のファイバ24を介してポンプ結合器14のもう1つの入力部に結合されているポンプ源18は、第2の波長の光ポンプ信号を生成する。
本発明の一態様によれば、図4Aに示されているように、LMA GPF12’は、直径doのクラッド領域12.2で囲まれた直径dcのコア領域12.1を含む。ラージモードエリア(LMA)という語句を次のように定義する。LMAファイバのコア領域およびクラッド領域は、従来の単一モードファイバのそれよりも実質的に大きい有効モード面積を生み出すように構成される。例えば、約1080nmの波長では従来の単一モードファイバは、例示的に約50μm2のモード面積を有するが、同一波長でLMAファイバは約100μm2のモード面積を有することができる。同様に、約1550nmの波長では従来の単一モードファイバは、例示的に約80μm2のモード面積を有するが、同一波長でLMAファイバは約160μm2のモード面積を有することができる。これらの例示は、LMAファイバが同一波長で単一モードファイバの2倍のモード面積を有することを示すが、他の比率もまた、LMA GPFの特定用途および所望の性能に応じて適切にすることができる。
上述のように、高M2LMA光ファイバは、ファイバのM2を局所的に低下させるドーパント拡散を誘導するように局所加熱することができる。ファイバを十分な温度に加熱すること(例えば、石英ファイバを約2000℃の融着接続温度付近またはそれを超える温度に加熱すること)により、屈折率を変えるドーパントの実質的な拡散を誘導し、それによってファイバの横方向屈折率プロファイルの著しい変化を誘導する。そのようなドーパントの拡散は、基本LP01モードのM2を高める中心ディップ、リッジ、または他の屈折率プロファイルフィーチャを抑制するために使用される。本発明の多くの(すべてではない)実施では、基本横LP01モードのMFD(従来の「ピーターマンII(Petermann II)」の定義を用いたモード・フィールド径)が、以下の熱誘導拡散を実際に減少させる。
LMAファイバの基本横モードがM2>1.0を有する場合、その結合損失(自由空間または融着接続)が上昇し、ファイバから出て来る基本横モードの入力信号は、小さいスポットサイズにまで容易にぴったりと集束することまたは容易にコリメートすることはできない。しかし、高いM2(>1.0)を有する特定の利点がある。具体的には、基本横モードフィールドが大きいM2値を有するファイバは一般に、同一コア径であるが小さいM2を有するファイバよりも大きな有効モード面積を、したがって低いピーク光強度を示す。したがって、高いM2を有するファイバは、SBS(誘導ブリルアン散乱)およびSRS(誘導ラマン散乱)などの望ましくない光学非線形性の発現のより高い閾値を示す。この便益に加えて、LMA GPFの場合、高いM2を有するファイバ(例えば、図4Cに入力ファイバセグメント12iとして示されているような、コア領域の屈折率の顕著な中心ディップによる)は、コア領域内の利得発生ドーパントとコア領域内を伝搬する入力信号の基本横モードフィールドとの間の優れた重複を示す。したがって、高いM2を有するファイバを設計することにより、基本横モードの増幅効率を高めることができ、かつ望ましくない高次横モードの増幅効率を低下させることができる。
上述の構成が、本発明の原理の応用例を示すために考案されうる多くの考えられる特定の実施形態を例示したにすぎないことを理解されたい。多くの様々な他の構成が、これらの原理に従って本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者によって考案されうる。
Claims (34)
- 軸断面が横方向屈折率プロファイルを有するコア領域と、
前記コア領域に隣接するクラッド領域とを含む多重横モード光ファイバであって、
前記コア領域およびクラッド領域が、前記コア領域内に光信号放射の多重横モードをサポートするように構成され、
前記ファイバが第1の軸セグメントを含み、前記第1の軸セグメントでは、前記プロファイルが、径方向に均一でなくて屈折率の放射状ディップを特徴とし、前記第1のセグメントが前記横モードのうちの複数をサポートし、
前記ファイバが、前記第1のセグメントに光学的に結合された第2の軸セグメントを有し、前記第2のセグメントの前記プロファイルが、前記第1のセグメントのそれよりも均一であり、そして、
前記セグメントが互いに断熱結合されることを特徴とする多重横モード光ファイバ。 - 前記第1のセグメントがパラメータM1 2を特徴とし、前記第2のセグメントがパラメータM2 2を特徴とし、ここで、M2は、前記ファイバの基本横モードが理想的なガウス関数を有するという類似性を定義し、M1 2>1.0かつM2 2<<M1 2であることを特徴とする請求項1に記載のファイバ。
- M1 2>>1.0かつM2 2〜1.0であることを特徴とする請求項2に記載のファイバ。
- 前記第1のセグメントが前記ファイバの長さの主要部分を含み、前記第2のセグメントが前記ファイバの末端部を含むことを特徴とする請求項1に記載のファイバ。
- 前記ファイバが前記第1のセグメントに光学的に結合された第3の軸セグメントを含み、前記第3のセグメントの前記プロファイルが前記第1のセグメントのそれよりも均一でありかつ前記第1のセグメントに断熱結合され、前記第2のセグメントが前記第1のセグメントの一端に位置し、そして前記第3のセグメントが前記第1のセグメントの反対端に位置することを特徴とする請求項4に記載のファイバ。
- 前記コア領域の前記プロファイルが、前記コア領域と前記クラッド領域との間の横屈折率の差Δnの約5〜100%であるΔndの屈折率のディップを示すことを特徴とする請求項1に記載のファイバ。
- ファイバが基本横モードで前記信号放射を伝搬させるように構成されることを特徴とする請求項1のファイバ。
- 前記第1のセグメントが前記ファイバの長さの主要部分を含み、前記第2のセグメントが前記ファイバの中間部分を含むことを特徴とする請求項1に記載のファイバ。
- 前記コア領域およびクラッド領域がラージモードエリアファイバを形成するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のファイバ。
- 前記ラージモードエリアファイバは利得発生ファイバを含むことを特徴とする請求項9に記載のファイバ。
- 前記ラージモードエリアファイバはピグテールファイバを含むことを特徴とする請求項9に記載のファイバ。
- 光ポンプ・エネルギの印加に応動して前記信号放射を増幅する請求項10に記載の光ファイバと、
前記ファイバの一端に結合されかつ光ファイバスタブ内を伝搬する放射線を回折させるように構成された前記光ファイバスタブとを含む光ファイバ装置。 - 前記スタブがコアのないファイバを含むことを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記スタブの屈折率が前記スタブの軸断面内で本質的に均一であることを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記スタブの屈折率が前記スタブの一方の軸断面から他方の軸断面まで本質的に均一であることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 光ポンプエネルギの印加に応動して前記信号放射を増幅する請求項10に記載の光ファイバと、
前記ポンプエネルギの源と、
前記ポンプエネルギと前記光信号を前記光ファイバの中で結合させる結合器とを含む光増幅器。 - 前記光信号が第1の中心波長を有し、前記ポンプエネルギの源が第2の中心波長を有する光ポンプ信号を生成する半導体光源を含むことを特徴とする請求項16に記載の増幅器。
- 高出力光増幅器であって、
少なくとも1つの利得発生種がドープされた、軸断面が横屈折率プロファイルを有するコア領域を含み、
前記コア領域が光ポンプエネルギの印加に応動して伝搬する光入力信号を増幅するように構成されており、さらに、
前記コア領域に隣接するクラッド領域を含む多重横モードラージモードエリアハイブリッド光ファイバを含み、
前記コア領域およびクラッド領域が、前記コア領域内で光放射の多重横モードをサポートするように構成され、
前記ファイバが、前記プロフィアルが径方向に均一でなくて屈折率の放射状ディップを特徴とする第1の軸セグメントを含み、前記第1のセグメントが前記横モードのうちの複数をサポートし、
前記ファイバが、前記第1のセグメントに光学的に結合された第2の軸セグメントを有し、前記第2のセグメントの前記プロファイルが前記第1のセグメントのそれよりも均一であり、
前記第1のセグメント内を特定の横モードで伝搬するエネルギが、前記第2のセグメント内で他の横モードにあまり結合されないように、前記セグメントが互いに断熱結合され、
前記第1のセグメントがパラメータM1 2を特徴とし、前記第2のセグメントがパラメータM2 2を特徴とし、ここで、M2が、前記ファイバの基本横モードが理想的なガウス関数を有するという類似性を定義し、M1 2>1.0かつM2 2<<M1 2であり、前記第2のセグメントが、前記第1のセグメントの入力端または出力端あるいは両方に位置し、前記増幅器はさらに、
前記光ポンプエネルギを、前記光信号の中心波長とは異なる中心波長で生成するLEDと、
前記ポンプエネルギを前記ファイバの中で結合させるポンプ結合器とを含むことを特徴とする高出力光増幅器。 - M1 2>>1.0かつM2 2〜1.0であることを特徴とする請求項18に記載の増幅器。
- 前記コア領域の前記プロフィアルが、前記コア領域と前記クラッド領域との間の横屈折率の差Δnの約5〜100%であるΔndの屈折率のディップを示すことを特徴とする請求項18に記載の増幅器。
- 前記ファイバの一端に結合されかつ伝搬する放射線を回折させるように構成された光ファイバスタブをさらに含むことを特徴とする請求項18に記載の増幅器。
- 前記スタブがコアのないファイバを含むことを特徴とする請求項21に記載の増幅器。
- 前記スタブの屈折率が前記スタブの軸断面内で本質的に均一であることを特徴とする請求項21に記載の増幅器。
- 前記スタブの屈折率が前記スタブの一方の軸断面から他方の軸断面まで本質的に均一であることを特徴とする請求項23に記載の増幅器。
- 第1のファイバセグメントと第2のファイバセグメントとを含む多重横モード光ファイバであって、
前記セグメントのそれぞれが、コア領域と、前記コア領域に隣接するクラッド領域とを有し、前記コア領域のそれぞれの軸断面が横方向屈折率プロファイルを有し、
前記コア領域およびクラッド領域が、前記コア領域内で光信号放射の多重横モードをサポートするように構成され、
前記第1の軸セグメント内の前記プロファイルが、径方向に均一でなくて屈折率の放射状ディップを特徴とし、前記第1のセグメントが前記横モードのうちの複数をサポートし、
前記第2の軸セグメントが前記第1のセグメントに光学的に結合され、前記第2のセグメントの前記プロフィアルが前記第1のセグメントのそれよりも均一であり、
前記セグメントが互いに断熱結合されることを特徴とする多重横モード光ファイバ。 - 前記光ファイバが利得発生ファイバを含むことを特徴とする請求項25に記載のファイバ。
- 前記光ファイバがピグテールファイバを含むことを特徴とする請求項25に記載のファイバ。
- 光ポンプエネルギの印加に応動して前記信号放射を増幅することを特徴とする請求項26に記載の光ファイバと、
前記ファイバの一端に結合されかつ伝搬する放射線を回折させるように構成された光ファイバスタブとを含むことを特徴とする光ファイバ装置。 - 前記スタブがコアのないファイバを含むことを特徴とする請求項28に記載の装置。
- 前記スタブの屈折率が前記スタブの任意の軸断面内で本質的に均一であることを特徴とする請求項28に記載の装置。
- 前記スタブの屈折率が前記スタブの一方の軸断面から他方の軸断面まで本質的に均一であることを特徴とする請求項30に記載の装置。
- 前記第1のセグメントと第2のセグメントとの間に軸方向に配置された第3のセグメントをさらに含み、前記第3のセグメントが前記第1のセグメントと第2のセグメントを互いに断熱結合するように構成されることを特徴とする請求項25に記載のファイバ。
- 前記第3のセグメントが光学利得を示さないことを特徴とする請求項32に記載のファイバ。
- 前記第1のセグメントおよび第2のセグメントが利得発生ファイバであり、前記第3のセグメントが利得発生ファイバでないことを特徴とする請求項33に記載のファイバ。
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