JP2009003148A - 光ファイバ用リール、光ファイバの実装方法、及び光モジュール - Google Patents

光ファイバ用リール、光ファイバの実装方法、及び光モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】従来よりも省スペース化を達成可能な構造の光ファイバ用リールを提案する。
【解決手段】本発明の光ファイバ用リール100は、筒体101の外周面103上に光ファイバを巻き取る第1のリール部と、その筒体101内側に設けられ、環形の束にした光ファイバを収容する容器部105とした第2のリール部と、を含んで構成されることを特徴とする。筒体の外側を巻き取り式のリール部とし且つ該筒体の内側を容器収容式のリール部としたハイブリッド型のリール方式としたので、光ファイバの実装効率が上がり、省スペース化を実現できる。
【選択図】図2

Description

本発明は、光ファイバを環形にして実装する光増幅器やトランスポンダ等の光モジュールに関し、特に、光ファイバを環形に実装するためのリールとその実装方法に関する。
光通信システムで使用される光増幅器やトランスポンダなどの光モジュールにおいては、その装置内で使う光ファイバをコンパクトに収納するため、光ファイバ用リールに光ファイバを実装している(たとえば特許文献1)。すなわち、たとえば光増幅器の場合、現在一般的なEr(エルビウム)添加光ファイバ増幅器(Erbium Doped Fiber Amplifier:EDFA)を例にとると、1530〜1565nm帯(C−バンド)や1570〜1605nm帯(L−バンド)の光を増幅するために数m〜数十mの長さになるEr添加光ファイバ(EDF)を、光ファイバ用リールに実装して装置内に配置している。
その光ファイバ用リールには、図8に示すような、筒体の両縁(又は片縁)にフランジを周設して(無フランジのものもある)その間に光ファイバを巻き取る、つまり光ファイバを筒体の外周面上に巻き取る構造のリールと、図9に示すような、光ファイバを環形の束にして環形の容器内に収容する構造のリールと、の二種類がある。
特開2001−213573号公報
光増幅器には、良好な増幅特性の実現や内部損失の補償などのために複数の増幅段を設けたものがあり、この場合、その各増幅段ごとに光増幅用のEDFが使用されるので、当該複数本のEDFを一つの光ファイバ用リールに実装する必要がある。その構造例について、図10及び図11に示している。図10に示すのが、図8の巻き取り(ボビン)式のリールを4段の増幅段対応にしたリールの要部断面であり、図11に示すのが、図9の容器収容式のリールを4段の増幅段対応にしたリールの要部断面である。
図10に示すように、巻き取り式のリールの場合、筒体両縁のフランジ1の間の外周面に仕切フランジ2,3,4を立設し、該仕切フランジ2,3,4により仕切った間に、各増幅段のEDF5,6,7,8をそれぞれ巻き取っている。当該リールを金属製とした場合、各フランジ1〜4の厚さは最薄で0.5mmとされ、その間の巻き取り部分の幅は最低でも1.5mmが必要とされる。したがって、当該4段用のリール高(筒体の幅)は、最低でも8.5mmとなってしまい、光増幅器の小型化にとっては不利である。
一方、図11に示す容器収容式のリールの場合は、各EDF5〜8を束にして収容するので容器内壁に仕切を設ける必要はないが、上記巻き取り式リールに比べてEDF5〜8の実装密度が小さくなるため、容器の断面積はかえって大きくなる。たとえば、実装密度は通常20%ほどなので、φ0.25mmのEDFを100本収容することの可能なスペースを想定すると、0.5mmの容器壁も含めて6×6mmの断面積が必要である。
本発明は、このような光ファイバ用リールの技術背景に鑑みて、より省スペース化を達成可能な構造の光ファイバ用リール、光ファイバの実装方法、そして、これを利用した光増幅器等の光モジュールを提案するものである。
本発明の光ファイバ用リールは、筒体の外周面上に光ファイバを巻き取る第1のリール部と、その筒体内側に設けられ、環形の束にした光ファイバを収容する容器状の第2のリール部と、を含んで構成されることを特徴とする。
また、本発明の光ファイバの実装方法は、筒体の外周面上に光ファイバを巻き取ると共に、その筒体の内側に設けた容器部内に環形の束にして光ファイバを収容することを特徴とする。
さらに本発明では、筒体の外周面上に光ファイバを巻き取り且つその筒体の内側に設けた容器部内に環形の束にして光ファイバを収容した光ファイバ用リールを含んで構成されることを特徴とした光モジュールを提案する。
本発明は、筒体の外側を巻き取り式のリール部とし且つ該筒体の内側を容器収容式のリール部としたハイブリッド型のリール方式を提供する。当該特徴によれば、たとえば上述のように複数の増幅段に係る光ファイバを実装することを考えた場合に、半数の増幅段の光ファイバは巻き取り式のリール部に巻き取り且つ残りの半数の増幅段の光ファイバは容器収容式のリール部に収容することができる。これにより、全増幅段の光ファイバをすべて巻き取り式リールに実装する従来方式に比べれば、巻き取る光ファイバ数が半減するので、巻き取り部分を仕切る仕切の数を減らすことができ、リール高をより低く抑えることが可能となる。一方、全増幅段の光ファイバをすべて容器収容式リールに実装する従来方式に比べれば、収容する光ファイバ数が半減するので、容器断面積を削減することが可能である。しかも、収容しない残り半分の光ファイバは実装密度の高い巻き取り式で実装するので、全体として実装スペースを抑制することができる。
つまり、従来の巻き取り式又は容器収容式のリールに比べて、本発明に係る両者併用型のリール方式は、同じ数の光ファイバを実装する場合に、より省スペースで実装できることとなり、光モジュールの小型化に貢献する。
以下、本発明の実施形態について、光モジュールの一例として波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)光増幅器に適用した場合を説明する。
図1には、4段の増幅段を備えたWDM光増幅器の構成をブロック図で示している。当該WDM光増幅器は、縦列に接続した第1増幅段10及び第2増幅段20と、第3増幅段30及び第4増幅段40と、を備え、第2増幅段20と第3増幅段30との間に分散補償ファイバ(Dispersion Compensating Fiber:DCF)50を設けた構成を有する。
増幅対象の信号光は、コネクタCN1を通して第1増幅段10の分岐カプラ11に入力される。この分岐カプラ11において、信号光の一部がモニタ用の受光素子(フォトダイオード等)12へ取り出される。残りの信号光は、逆進防止用の光アイソレータ13及びWDMカプラ14を経て光増幅ファイバとしてのEr添加光ファイバ(EDF)15へ送られる。EDF15には、レーザダイオード等の励起光源16による励起光がWDMカプラ14を介して供給されており、該励起光により励起されたErによる誘導放出現象によって、EDF15内を伝搬する信号光が増幅される。
本実施形態では、光増幅ファイバとして希土類添加光ファイバの一種であるEDFを使用する例を示すが、この他にも、1480〜1510nm帯域の増幅に使用されるTm(ツリウム)添加光ファイバ、1300nm帯域の増幅に使用されるPr(プラセオジウム)添加光ファイバなど、各種の希土類添加光ファイバへの適用が可能である。また、励起方式についても、前方励起を示しているが、後方励起、双方向励起なども当然ながら可能である。
EDF15による増幅後の信号光は、出力側の光アイソレータ17を経て、第1増幅段10と第2増幅段20との間に設けられた可変光アッテネータ(Variable Optical Attenuator:VOA)18及び利得等化器(Gain Equalizer:GEQ)19へ入力された後、第2増幅段20へ送られる。可変光アッテネータ18は利得調整のために用いられ、利得等化器19は利得波長特性を等化するために用いられている。
第2増幅段20に入力される信号光は、励起光源21による励起光がWDMカプラ22を介して供給されたEDF23に送られて増幅される。増幅後の信号光は、光アイソレータ24を経た後に分岐カプラ25へ入力され、信号光の一部がモニタ用に受光素子26へ取り出される。
コネクタCN2を経て第2増幅段20から出力される信号光は、コネクタCN3を介してDCF50に入力されて波長分散の補償が行われ、コネクタCN4から第3増幅段30へ出力される。
コネクタCN5から第3増幅段30に入力される信号光は、分岐カプラ31において一部がモニタ用の受光素子32へ取り出され、残りが光アイソレータ33及びWDMカプラ34を経てEDF35へ送られる。EDF35には、励起光源36による励起光がWDMカプラ34を介して供給されており、該EDF35で増幅された信号光は、光アイソレータ37を通して出力され、第4増幅段40との間に設けられた利得調整用の可変光アッテネータ38及び利得波長特性等化用の利得等化器39へ入力される。
可変光アッテネータ38及び利得等化器39を経て第4増幅段40に入力される信号光は、励起光源41による励起光がWDMカプラ42を介して供給されたEDF43に送られて増幅される。増幅後の信号光は、光アイソレータ44を経た後に分岐カプラ45へ入力され、信号光の一部がモニタ用に受光素子46へ取り出されると共に、その余の信号光は、コネクタCN6を通して外部の光伝送路等へ出力される。
このように、DCF50を間に配置したWDM光増幅器は、その損失(15dB程度になり得る)を補い所望のレベルまで信号光を増幅するために、DCF50の前後に2段ずつの計4段の増幅段10〜40を備える場合がある。そしてこの場合に、低雑音指数(Noise Figure:NF)化を目的として前段の第1及び第2増幅段10,20におけるEDF15,23は980nm帯の励起光により励起する一方、高出力化を目的として後段の第3及び第4増幅段30,40におけるEDF35,43は1480nm帯の励起光により励起することができる。
上記構成のWDM光増幅器において、第1〜第4増幅段10〜40の各EDF15,23,35,43は、本発明に係る光ファイバ用リールに実装される。その構成例を図2及び図3に要部断面図で示している。
図2に示す例の光ファイバ用リール100は、筒体101の両縁にフランジ102が周設されており、該二つのフランジ102に挟まれた外周面103の中央部分に仕切フランジ104が周設されて、第1のリール部が形成されている。該第1のリール部では、仕切フランジ104で二つに仕切られた筒体101の外周面103の一方にEDF35が巻き取られ且つ他方にEDF43が巻き取られている。すなわち、第1のリール部は、図10に示すような従来技術における巻き取り式リール同等の機能をもつ。なお、この例では、仕切フランジ104を外周面103の中央に周設しているが、その両脇に実装する光ファイバの長さを勘案して、中央からずらした位置に周設しても良い。
また、筒体101の内側には、上側が開口した容器部105が内周面106に沿って環形に設けられ、第2のリール部が形成されている。該第2のリール部には、それぞれ環形の束にしたEDF15,23が収容されている。すなわち、第2のリール部は、図11に示すような従来技術における容器収容式リール同等の機能をもつ。
このような光ファイバ用リール100の筒体101は、上方から見た形状が円形、楕円形、あるいは、光ファイバの曲げ損失を考慮して角を丸めた矩形など、各種の環形状とすることができる。
このように、本実施形態の光ファイバ用リール100は、筒体101の外側を巻き取り式の第1のリール部とし且つ筒体101の内側を容器収容式の第2のリール部としている。そして、当該リール100において、4段の増幅段の半分をなす第1及び第2増幅段10,20に係るEDF15,23を第2のリール部である容器部105に収容し、且つ、残り半分の増幅段である第3及び第4増幅段30,40に係るEDF35,43を第1のリール部である外周面103上に巻き取っている。
したがって、全増幅段のEDF15,23,35,43をすべて巻き取り式リールに実装する図10の従来方式に比べ、外周面103に巻き取る光ファイバ数が半減するので、仕切フランジ数を減らすことができ、リール高をより低く抑えることが可能となる(図示の例で8.5mm→4.5mmに減少する)。また、全増幅段のEDF15,23,35,43をすべて容器収容式リールに実装する図11の従来方式に比べ、収容部105に収容する光ファイバ数が半減するので、容器断面積を削減することが可能である。しかも、収容しない残り半分のEDF35,43は実装密度の高い巻き取り式で実装するので、全体として実装スペースを抑制することができる(図示の例で6×6mm→4.5×5.5mmに減少する)。このように、光ファイバ用リール100は、同じ数の光ファイバを実装する場合に、従来よりも省スペースで実装できることとなり、光増幅器の小型化に貢献する。
図3に示す例は、図2の光ファイバ用リール100の変形例で、容器部105の開口を内周側に形成した例、つまり筒体101の中心方向へ向けて開口を形成した例である。図2の場合は、環形の束にしたEDF15,23を上から容器部105内に落とし込む態様となるが、図3の場合は、容器部105内に内側から挿入する態様となる。図3のリール100であっても、図2同様の省スペース効果(図示の例で6×6mm→4.5×5.5mm)を得ることができる。
図2及び図3に示す実施形態においては、第1及び第2増幅段10,20に係るEDF15,23を内側の容器部105に収容し、第3及び第4増幅段30,40に係るEDF35,43を外側の外周面103に巻き取っている。これは、上述のように、EDF15,23とEDF35,43とで励起光の波長帯が相違し、ファイバ長が異なることに基づく。すなわち、リール100の外側に形成される第1のリール部には比較的長い光ファイバを実装し、リール100の内側に形成される第2のリール部には比較的短い光ファイバを実装するものである。
上述のように、本実施形態におけるEDF15,23は、980nm帯の励起光により励起され、EDF35,43は、1480nm帯の励起光により励起される。通常、980nm帯励起は、1480nm帯励起の場合よりも高い利得が得られるので、980nm帯励起のEDF15,23は、1480nm帯励起のEDF35,43よりも短くて良い。そこで、より短いEDF15,23を内側に、より長いEDF35,43を外側に配置することにより、スペース的に効率良く実装することができる。また、980nm帯励起のEDF15,23は、980nm帯の光を伝搬するためにカットオフ波長を980nm程度以下にシフトさせたファイバ構造を有しており、その構造上、1480nm帯励起のEDF35,43よりも曲げ損失が発生しやすい。この曲げ損失は、マクロベンドによるものとマイクロベンドによるものとに分けられ、微小領域の応力によるマイクロベンドに起因した損失を抑制する上で、980nm帯励起のEDF15,23は、巻き取り実装するよりも、容器収容で実装する方が好ましい。
図4には、さらなる応用例を示す。この例の光ファイバ用リール100は、第1及び第2のリール部の構成とこれらに実装されるEDF15,23,35,43に関しては図2の例相当である。相違点は、容器部105の内周面に、フレキシブルサーキット(柔軟性回路基板)により形成したシート状ヒータ107を温度調節装置として設置している点である。EDFは、利得波長特性の温度変化を安定させるために、できるだけ温度一定で動作させることがある。そこで、ヒータ107を、たとえば容器部105の内周面に貼り付けるなどしてリール100に設置し、温度調節を実行するものである。なお、温度調節装置として設けるのはヒータに限らず、ペルチェモジュール等でもよく、また、温度調節装置の設置個所は、容器部105の内周面に限定されない。この温度調節を実行する場合に、図11の容器収容式リールに比べ、一部を巻き取り式で実装する本実施形態のリール100の方が、熱伝導的に見て優れている。
図5には、4段以上の増幅段をもつ光増幅器に応用する場合の一例を示している。この例の光ファイバ用リール200は、第1のリール部として、筒体201の両縁に周設されたフランジ202、該フランジ202に挟まれた外周面203の中央に周設された仕切フランジ204を備え、仕切フランジ204の両脇における外周面203上に、所定の増幅段(たとえば第3及び第4増幅段)に係る光ファイバ210,211が巻き取られている。そして、第2のリール部として、筒体201の内側には容器部205が、内周面206に沿って環形に形成されている。
容器部205は、筒体201の内側に形成された上側開口の第1の容器部207と、該第1の容器部207の内側に形成された内周側開口の第2の容器部208と、の二室で構成され、所定の増幅段に係る光ファイバ212,213,214をそれぞれ収容する。たとえば、第1及び第2増幅段の光増幅ファイバ212,213を第2の容器部208に収容し、第5増幅段の光増幅ファイバ214を第1の容器部207に収容する。つまり、容器部205は、上述の図2及び図3の形態の容器部を一度に形成した構成をもっている。
図6及び図7には、より単純な、2本の光ファイバを実装するための光ファイバ用リールの例を示している。図6の光ファイバ用リール300は、筒体301の両縁に周設されたフランジ302に挟まれた外周面303に光ファイバを巻き取った第1のリール部と、筒体301の内側に、内周面304に沿って環形に設けられた上側開口の容器部305に光ファイバを収容する第2のリール部と、を備えている。この場合も、第1のリール部に実装する光ファイバ306よりも、第2のリール部に実装する光ファイバ307の方が短いものとすることができる。図7の光ファイバ用リール300は、容器部305を内周側開口としたもので、その他は図6の例と同様である。
以上の実施形態では、筒体の両縁にフランジがある場合を説明しているが、筒体の片縁にのみフランジを形成したもの、あるいは、フランジの無い筒体であっても適用し得る。また、分散補償ファイバを間にした4段の増幅段をもつ光増幅器を具体例として例示しているが、分散補償ファイバの無いもの、あるいは、2段や3段、5段以上の増幅段の光増幅器でも適用可能である。また、光増幅ファイバを実装する光増幅器に限らず、その他の光モジュールにおける機能性光ファイバ、たとえば、ファイバブラッググレーディングによる光フィルタ、分散補償ファイバ、ファイバレーザ等の実装にも適用可能である。
本明細書に開示した主な発明を以下にまとめる。
(付記1) 筒体の外周面上に光ファイバを巻き取る第1のリール部と、前記筒体内側に設けられ、環形の束にした光ファイバを収容する容器状の第2のリール部と、を含んで構成されることを特徴とする光ファイバ用リール。
(付記2) 前記第1のリール部に実装される光ファイバの長さに対し、前記第2のリール部に実装される光ファイバの方が短いことを特徴とする付記1記載の光ファイバ用リール。
(付記3) 実装する光ファイバがEr添加光ファイバであり、前記第1のリール部に実装される光ファイバが1480nm帯の励起光により励起され、前記第2のリール部に実装される光ファイバが980nm帯の励起光により励起されることを特徴とする付記2記載の光ファイバ用リール。
(付記4) 前記第1のリール部に実装される光ファイバが、光増幅器において分散補償ファイバの後段に配置された増幅段に係る光増幅ファイバであり、前記第2のリール部に実装される光ファイバが、光増幅器において分散補償ファイバの前段に配置された増幅段に係る光増幅ファイバであることを特徴とする付記2記載の光ファイバ用リール。
(付記5) 前記第1及び第2のリール部の少なくとも一方に、温度調節装置を設置してあることを特徴とする付記1記載の光ファイバ用リール。
(付記6) 前記第1のリール部が、前記筒体の両縁に周設されたフランジと、該フランジの間の外周面に周設された仕切フランジと、を有することを特徴とする付記1記載の光ファイバ用リール。
(付記7) 前記第2のリール部が、前記筒体の内側に設けられた上側開口の第1の容器部と、該第1の容器部の内側に設けられた内周側開口の第2の容器部と、を備えることを特徴とする付記1記載の光ファイバ用リール。
(付記8) 筒体の外周面上に光ファイバを巻き取ると共に、前記筒体の内側に設けた容器部内に環形の束にして光ファイバを収容することを特徴とする光ファイバの実装方法。
(付記9) 前記筒体の外周面上に巻き取る光ファイバの長さに対し、前記容器部内に収容する光ファイバの方が短いことを特徴とする付記8記載の光ファイバの実装方法。
(付記10) 前記筒体の外周面上に巻き取る光ファイバが1480nm帯の励起光により励起されるEr添加光ファイバであり、前記容器部内に収容する光ファイバが980nm帯の励起光により励起されるEr添加光ファイバであることを特徴とする付記9記載の光ファイバの実装方法。
(付記11) 筒体の外周面上に光ファイバを巻き取り且つ前記筒体の内側に設けた容器部内に環形の束にして光ファイバを収容した光ファイバ用リールを含んで構成されることを特徴とする光モジュール。
(付記12) 前記筒体の外周面上に巻き取ってある光ファイバの長さに対し、前記容器部内に収容してある光ファイバの方が短いことを特徴とする付記11記載の光モジュール。
(付記13) 前記筒体の外周面上に巻き取ってある光ファイバが1480nm帯の励起光により励起されるEr添加光ファイバであり、前記容器部内に収容してある光ファイバが980nm帯の励起光により励起されるEr添加光ファイバであることを特徴とする付記12記載の光モジュール。
本発明に係る光ファイバ用リールを使用する光増幅器の例を示すブロック図。 光ファイバ用リールの第1の実施形態を示す要部断面図。 光ファイバ用リールの第2の実施形態を示す要部断面図。 光ファイバ用リールの第3の実施形態を示す要部断面図。 光ファイバ用リールの第4の実施形態を示す要部断面図。 光ファイバ用リールの第5の実施形態を示す要部断面図。 光ファイバ用リールの第6の実施形態を示す要部断面図。 従来の巻き取り式リールを示した斜視図。 従来の容器収容式リールを示した斜視図。 従来の巻き取り式リールの構造を説明する要部断面図。 従来の容器収容リールをの構造を説明する要部断面図。
符号の説明
10,20,30,40 増幅段
15,23,35,43 光ファイバ(EDF)
100,200,300 光ファイバ用リール
101,201,301 筒体
102,202,302 フランジ
103,203,303 外周面(第1のリール部)
104,204 仕切フランジ
105,205,305 容器部(第2のリール部)
106,206,304 内周面

Claims (7)

  1. 筒体の外周面上に光ファイバを巻き取る第1のリール部と、
    前記筒体内側に設けられ、環形の束にした光ファイバを収容する容器状の第2のリール部と、
    を含んで構成されることを特徴とする光ファイバ用リール。
  2. 前記第1のリール部に実装される光ファイバの長さに対し、前記第2のリール部に実装される光ファイバの方が短いことを特徴とする請求項1記載の光ファイバ用リール。
  3. 実装する光ファイバがEr添加光ファイバであり、
    前記第1のリール部に実装される光ファイバが1480nm帯の励起光により励起され、前記第2のリール部に実装される光ファイバが980nm帯の励起光により励起されることを特徴とする請求項2記載の光ファイバ用リール。
  4. 筒体の外周面上に光ファイバを巻き取ると共に、前記筒体の内側に設けた容器部内に環形の束にして光ファイバを収容することを特徴とする光ファイバの実装方法。
  5. 前記筒体の外周面上に巻き取る光ファイバの長さに対し、前記容器部内に収容する光ファイバの方が短いことを特徴とする請求項4記載の光ファイバの実装方法。
  6. 筒体の外周面上に光ファイバを巻き取り且つ前記筒体の内側に設けた容器部内に環形の束にして光ファイバを収容した光ファイバ用リールを含んで構成されることを特徴とする光モジュール。
  7. 前記筒体の外周面上に巻き取ってある光ファイバの長さに対し、前記容器部内に収容してある光ファイバの方が短いことを特徴とする請求項6記載の光モジュール。
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