JP2013235139A - 光ファイバ接続構造、光増幅器の励起光制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光増幅材料添加マルチコア光ファイバのクラッドに励起光を導入可能な光接続構造等を提供する。
【解決手段】 光ファイバ接続構造１は、複数の光ファイバ心線７がバンドルされたバンドル構造３と、マルチコアＥＤＦ５の接続構造である。バンドル構造３は、複数の光ファイバ心線７が最密配置で集合される。被覆部９は、光ファイバ心線７を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる。マルチコアＥＤＦ５は、エルビウムが添加された複数のコア２１が所定の間隔で配置され、周囲をクラッド２３で覆われたファイバである。光ファイバ心線７のコア１５には、信号光が導入される。したがって、コア１５と光接続される、コア２１には、信号光が導入される。一方、光ファイバ心線７のクラッド１７には、励起光が導入される。したがって、コア２１の周囲のクラッド２３には、励起光が導入される
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のコアを有するマルチコアファイバに対応した光増幅器を構成することが可能な光ファイバ接続構造等に関するものである。

近年の光通信におけるトラフィックの急増により、現状で用いられているシングルコアの光ファイバにおいて伝送容量の限界が近づいている。そこで、さらに通信容量を拡大する手段として、一本のファイバに複数のコアが形成されたマルチコアファイバが提案されている。マルチコアファイバを用いることで、光ファイバの敷設コストを抑え、伝送容量の拡大が可能となる。

マルチコアファイバによる伝送路を実現するためには、マルチコアファイバに対応した光ファイバ増幅器が必要となる。光ファイバ増幅器は、エルビウムがドープされた光ファイバが用いられる。このようなエルビウム添加光ファイバに励起光を入射することで、光を増幅することが可能となる。

光ファイバ増幅器としては、励起光をコアに入射するコア励起と、励起光をクラッドに入射するクラッド励起とがある。ここで、マルチコアファイバに対しては、クラッド励起を採用することで、コア数と同数の励起光源が不要となり、消費電力を抑制することができる。したがって、光ファイバ増幅器を構成するマルチコアファイバのクラッドに励起光を入射する方法が求められる。

このような、光ファイバ増幅器としては、クラッド内に複数のコアが配置され、クラッドに光増幅材料が添加されたマルチコアファイバに励起光が注入されるようにした光ファイバ一括増幅器がある（特許文献１）。

特開平１０−１２５９８８号公報

しかしながら、特許文献１のような構成は、「合波器」を用いて励起光をマルチコアファイバ（光増幅用光ファイバ）に導入しようとするものであるが、効率良くマルチコアファイバに励起光を導入するための合波器の具体的な実現方法については記載されていない。特許文献１に図示されたように、合波器となる光ファイバの側面から励起光を導入可能とする導波路を形成することは技術的に非常に困難である。したがって、光増幅用のマルチコアファイバの光増幅材料が添加されたクラッドに効率良く、かつ簡便に励起光を導入する手段が望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、光増幅材料添加マルチコア光ファイバのクラッド部に励起光を導入可能な光接続構造等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、光増幅材料添加マルチコア光ファイバへ励起光を導入することが可能な光ファイバ接続構造であって、第１のコア部と前記第１のコア部の外周に設けられる第１のクラッド部とを少なくとも有する複数の光ファイバ心線が束ねられたバンドル構造と、複数の第２のコア部と前記第２のコア部の外周に設けられる第２のクラッド部と、前記第２のクラッド部の外周に設けられ、前記第２のクラッド部の屈折率よりも低い屈折率の被覆部を有する光増幅材料添加マルチコア光ファイバと、を具備し、複数の前記第２のコア部は、複数の前記第１のコア部とそれぞれ光接続され、前記バンドル構造を構成する少なくとも１本の前記光ファイバ心線から、前記第２のクラッド部へ励起光を導入することが可能であることを特徴とする光ファイバ接続構造である。

前記バンドル構造の断面において、複数の前記光ファイバ心線は最密に束ねられていることが望ましい。

前記光ファイバ心線は、前記第１のクラッド部の外周に、前記第１のクラッド部の屈折率よりも低い屈折率の被覆部を有し、少なくとも一部の前記光ファイバ心線において、信号光が導入される前記第１のコア部の周囲の前記第１のクラッド部に、同時に励起光が導入され、前記第１のコア部と前記第２のコア部とが光接続されるとともに、前記第１のクラッド部から前記第２のクラッド部に対し、励起光を導入することが可能であってもよい。

前記光ファイバ心線の本数は、前記第２のコア部の数よりも多く、前記第２のコア部と光接続されない前記第１のコア部を有する前記光ファイバ心線の前記第１のコア部から、前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であってもよい。

前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバの外面には、断面において、前記第２のクラッド部と一体で形成される凸部が形成され、前記第２のコア部と光接続されない前記第１のコア部を有する前記光ファイバ心線は、前記凸部を介して、前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバの前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であってもよい。

前記バンドル構造は、キャピラリに保持される前記光ファイバ心線の他に、さらに他の光ファイバ心線を有し、前記キャピラリの一方の端面には、前記他の光ファイバ心線が接続され、前記キャピラリの他の端面は、前記第２のクラッド部と接合され、前記他の光ファイバから前記キャピラリを介して前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であってもよい。

前記キャピラリの外径よりも、前記第２のクラッド部の径の方が大きいことが望ましい。

前記バンドル構造と前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバとの間には、他のマルチコア光ファイバが接続され、前記バンドル構造と前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバとは、前記他のマルチコア光ファイバを介して光接続され、前記バンドル構造から、前記他のマルチコア光ファイバのクラッド部を介して、前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であってもよい。

第１の発明によれば、光ファイバ心線から励起光を導入するため、確実に光増幅材料添加マルチコア光ファイバのクラッドに対して励起光を導入することができる。

また、光ファイバ心線の外周に、第１のクラッド部の屈折率よりも低い屈折率の被覆部を形成することで、第１のクラッド部に励起光を導入することができる。このため、光ファイバ心線の第１のクラッド部を励起光の導波路として利用し、第１のコア部は信号光の導波路として利用することができる。

また、光増幅材料添加マルチコア光ファイバのコア数よりも多くの光ファイバ心線を用いると、当該余剰の第１のコア部を励起光の導波路として利用することができる。第１のコア部から光増幅材料添加マルチコア光ファイバの第２のクラッド部に励起光を導入することができる。

また、光増幅材料添加マルチコア光ファイバの第２のクラッド部と一体で形成された凸部を形成することで、凸部の端面に対して光ファイバ心線からの励起光を導入することができる。したがって、バンドル構造の光ファイバ心線の配置形態と光増幅材料添加マルチコア光ファイバの端面形状とを近似させることができるため、特に融着接合が容易である。

また、キャピラリの外周面に被覆部を形成することで、励起光をキャピラリの端面に導入することができる。したがって、キャピラリを介して光増幅材料添加マルチコア光ファイバに励起光を導入することができる。この際、キャピラリよりも光増幅材料添加マルチコア光ファイバの外径を大きくすることで、キャピラリ内の励起光を確実に光増幅材料添加マルチコア光ファイバの第２のクラッド部に導入することができる。

また、バンドル構造と光増幅材料添加マルチコア光ファイバとの間に他のマルチコア光ファイバを設けることで、当該マルチコア光ファイバのクラッド部を介して、励起光を光増幅材料添加マルチコア光ファイバに導入することができる。したがって、マルチコア光ファイバの断面において、励起光をクラッド内で拡散させることができる。このため、光増幅材料添加マルチコア光ファイバの第２のクラッド部の断面位置に対して略均一に励起光を導入することができる。

第２の発明は、信号光用光ファイバ心線と、励起光用光ファイバ心線と、信号光および励起光とが導入される他の光ファイバ心線と、平面導波路と、を具備し、前記平面導波路の第１の導波路を介して、前記信号光用光ファイバ心線のコア部と前記他の光ファイバ心線のコア部とが光接続され、前記平面導波路の第２の導波路を介して、前記励起光用光ファイバ心線のコア部と前記他の光ファイバ心線のクラッド部とが光接続され、前記他の光ファイバ心線は、基板のＶ溝に保持されて、前記他の光ファイバ心線のクラッド部よりも低屈折率の部材で固定されることを特徴とする光ファイバ接続構造である。

第２の発明によれば、光ファイバ心線のコア部とクラッド部とのそれぞれに同時に信号光と励起光とを導入することができる。

第３の発明は、第１の発明にかかるファイバ接続構造を用いた光増幅器の励起光制御方法であって、前記第２のクラッド部に対し、少なくとも２箇所から励起光を導入し、前記第２のコア部から出力されるそれぞれの信号光の強度を監視し、それぞれの前記第２のコア部における信号光の増幅効率の差を小さくするように、前記第２のクラッド部に導入するそれぞれの励起光の強度を調整することを特徴とする光増幅器の励起光制御方法である。

第３の発明によれば、励起光の強度を調整することで、光増幅材料添加マルチコア光ファイバの各コア部における信号光の増幅効率を略均一にすることができる。

本発明によれば、光増幅材料添加マルチコア光ファイバのクラッドに励起光を導入可能な光接続構造等を提供することができる。

光ファイバ接続構造１を示す図。 光ファイバ接続構造１を示す断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図。 光ファイバ接続構造１を示す図の拡大断面図であり、図１のＤ部拡大図。 光ファイバ接続構造１と光ファイバ接続構造３０の使用状態を示す図。 光ファイバ接続構造３０を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図。 平面導波路３１ａを示す図。 光ファイバ接続構造５０を示す図。 光ファイバ接続構造５０を示す断面図であり、（ａ）は図７のＨ−Ｈ線断面図、（ｂ）は図７のＩ−Ｉ線断面図。 光ファイバ接続構造５０の他の構成を示す断面図であり、図８に対応する図。 光ファイバ接続構造６０を示す図。 光ファイバ接続構造６０を示す断面図であり、（ａ）は図１０のＪ−Ｊ線断面図、（ｂ）は図１０のＫ−Ｋ線断面図。 光ファイバ接続構造７０を示す図。 光ファイバ接続構造７０を示す断面図であり、（ａ）は図１２のＬ−Ｌ線断面図、（ｂ）は図１２のＭ−Ｍ線断面図、（ｃ）は図１２のＮ−Ｎ線断面図。 光ファイバ接続構造７０ａを示す図。 光ファイバ接続構造７０ａを示す断面図であり、（ａ）は図１４のＯ−Ｏ線断面図、（ｂ）は図１４のＰ−Ｐ線断面図、（ｃ）は図１４のＱ−Ｑ線断面図。 光ファイバ接続構造８０を示す図。 光ファイバ接続構造８０を示す断面図であり、（ａ）は図１６のＲ−Ｒ線断面図、（ｂ）は図１６のＳ−Ｓ線断面図。

以下、光ファイバ接続構造１について説明する。図１は光ファイバ接続構造１の平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図である。光ファイバ接続構造１は、複数の光ファイバ心線７が集合されたバンドル構造３と、マルチコアＥＤＦ５（マルチコアエルビウム添加光ファイバ）接続構造である。

バンドル構造３は、複数の光ファイバ心線７が被覆の除去された状態で最密配置で集合される。最密のバンドル構造とすることによって、マルチコアＥＤＦ５の複数のコアと光接続するように設計することが容易になる。例えば、図２（ａ）に示すように、中央に１本の光ファイバ心線７が配置され、その周囲に６本の光ファイバ心線７が配置される。したがって、それぞれの光ファイバ心線７のコア１５は全て等間隔で配置される。光ファイバ心線７は、外周に被覆部９が形成される。

被覆部９は、光ファイバ心線７のクラッドを構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる。例えば、紫外線硬化樹脂に対し、フッ素が添加されて屈折率が調整される。光ファイバ心線７の先端部は、被覆部９が除去されて、キャピラリ１１内に配置される。光ファイバ心線７同士およびキャピラリ１１は樹脂１９によって接着される。樹脂１９は、光ファイバ心線７のクラッドを構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる。なお、ここでは、光ファイバ心線７同士の接着を行う接着剤と、光ファイバ心線７の集合体とキャピラリ１１とを接着する接着剤とを同じものを用いたが、クラッドの屈折率より低い屈折率の材料であれば異なる接着剤から構成しても良い。例えば、光ファイバ心線７同士を接着する接着剤の屈折率を、ファイバ集合体とキャピラリ１１とを接着する接着剤の屈折率より高くするなど接着剤の屈折率に違いがあっても良い。

図１（ｃ）に示すように、マルチコアＥＤＦ５は、光増幅材料であるエルビウムが添加された複数のコア２１が所定の間隔で配置され、周囲をクラッド２３で覆われたファイバである。なお、光増幅材料としては、他にＹｂなどの他の希土類元素などを用いても良い。例えば、全部で７つのコア２１は、マルチコアＥＤＦ５の中心と、その周囲に正六角形の各頂点位置に配置される。すなわち、中心のコア２１と周囲の６つのコア２１とは全て一定の間隔となる。また、６つのコア２１において、隣り合う互いのコア２１同士の間隔も同一となる。

なお、コア２１の配置およびバンドル構造３の端面におけるコア１５の配置は、互いに対応する。ここで、コア２１のピッチは例えば４０〜５０μｍ程度である。マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３の外径は、バンドル構造３の外接円の外径と略同一またはやや大きくすることが望ましく、キャピラリ１１の外径よりも小さくしてもよい。

マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３の外周面には、被覆部１３が形成される。被覆部１３は、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる。

ここで使われているマルチコアＥＤＦ５は、いわゆる、ダブルクラッドファイバーであり、クラッドが２層構造になっている。内側クラッド（クラッド２３）は、コアを伝搬する信号光を閉じ込めるクラッドの役割と励起光の導波路として働く。外側クラッド（被覆部１３）は、励起光に対するクラッドとして働く。

なお、マルチコアＥＤＦ５および光ファイバ心線７は例えば石英ガラス製である。また、本実施例では、中心コアの外周に６つのコアを有する全７つのコアで構成される最密配置の例について説明するが、その外周にさらに１２のコアを形成して最密配置とすることもできる。すなわち、本発明では、コア同士が最密配置されていれば、その個数は限定されない。

図３は、図１のＤ部の拡大図である。マルチコアＥＤＦ５の端面とバンドル構造５の端面は互いに研磨されて対向して配置される。この状態で、それぞれのコア２１とコア１５とが光接続する位置で対向する。すなわち、コア２１のピッチと、光ファイバ心線７の外径（クラッド１７の径）とは略一致する。

なお、バンドル構造３とマルチコアＥＤＦ５とは、接着または融着によって接続される。なお、マルチコアＥＤＦ５をキャピラリに挿通し、キャピラリに挿通されたマルチコアＥＤＦ５とバンドル構造３とを接続しても良い。

光ファイバ心線７のコア１５には、信号光が導入される。したがって、コア１５と光接続されるコア２１には、信号光が導入される（図中矢印Ｅ）。一方、光ファイバ心線７のクラッド１７には、励起光が導入される。したがって、コア２１の周囲のクラッド２３には、励起光が導入される（図中矢印Ｆ）。なお、全ての光ファイバ心線７のクラッド１７から励起光を導入する必要はなく、少なくとも１本の光ファイバ心線７のクラッド１７からクラッド２３に励起光を導入すればよい。例えば、中心の光ファイバ心線７のみから励起光を導入しても良い。

エルビウムが添加されたコア２１を有するマルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に励起光を導入することで、コア２１内の信号光を増幅することができる。すなわち、励起光によってコア２１におけるエルビウムイオンのエネルギー準位を励起状態とすることができる。この状態で信号光をコア２１に導入することで、励起状態のエルビウムイオンは誘導放出を起こし、信号光の強度が増幅される。

なお、信号光の波長は、例えば１５５０ｎｍであり、励起光の波長は、例えば９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍであればよい。なお、励起光はシングルモードであってもよく、マルチモードであってもよいが、マルチモードの方が、コア径を大きくすることができ、高パワーの励起光を導入できるため好ましい。

以上により、バンドル構造３のコア１５とマルチコアＥＤＦ５のコア２１とを光接続した状態で、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に光ファイバ心線７の各クラッド１７から励起光を導入することができる。したがって、コア２１の信号光を増幅する光増幅器として機能させることができる。

次に、光ファイバ心線７のクラッド１７に励起光を導入するための方法について説明する。図４は、光ファイバ接続構造３０と光ファイバ接続構造１との使用状態を示す図であり、図５（ａ）は光ファイバ接続構造３０の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。光ファイバ心線７には、光ファイバ接続構造３０によって、信号光および励起光が導入される。

光ファイバ接続構造３０は、複数の信号光用光ファイバ３７および励起光用光ファイバ３９を、平面導波路３１を介して、光ファイバ心線７と接続するものである。なお、図４、図５は、全ての光ファイバ心線７に対して励起光を導入する構成について示すが、励起光を導入する光ファイバ心線７の本数は適宜設定される。

図４に示すように、信号光用光ファイバ３７は、例えばマルチコアファイバ６と接続されて、信号光が導入される。また、励起光用光ファイバ３９は、励起光照射部４９と接続され、励起光が導入される。信号光用光ファイバ３７および励起光用光ファイバ３９は、通常の光ファイバ心線であり、それぞれのコアには、信号光および励起光が導入される。信号光用光ファイバ３７および励起光用光ファイバ３９は、例えば１２５μｍ径であり、交互に配置される。なお、以下の説明では、励起光用光ファイバ３９は、信号光用光ファイバ３７と同数である例を示すが、前述の通り、励起光用光ファイバ３９の本数は、信号光用光ファイバ３７より減らしてもよい。また、信号光数が少ない場合は励起光用光ファイバ３９の本数が信号光用光ファイバ３７より多くても良い。

図５に示すように、平面導波路３１には、信号光導波路３３と、励起光導波路３５が必要数交互に配置される。平面導波路３１の一方の端部（図中左側）において、信号光導波路３３は、信号光用光ファイバ３７と光接続される。同様に、励起光導波路３５は、励起光用光ファイバ３９と光接続される。したがって、信号光導波路３３には信号光が導入され、励起光導波路３５には、励起光が導入される。

平面導波路３１の他端（図中右側）には、複数の光ファイバ心線７が配置される。光ファイバ心線７は、所定ピッチ（例えば、被覆部９を含めたファイバ径であって、信号光用光ファイバ３７および励起光用光ファイバ３９の２倍の径のピッチ）で併設される。

なお、図５（ｂ）に示すように、光ファイバ心線７は、当該ピッチで形成されたＶ溝４５を有する基板４１と蓋４３によって固定されれば良い。また、信号光用光ファイバ３７と励起光用光ファイバ３９も、同様の構成で、所定ピッチ（例えば各ファイバ径）に形成されたＶ溝に保持されて、固定されればよい。なお、図５（ａ）においては、簡単のため、基板４１および蓋４３等を省略する。

信号光導波路３３は、光ファイバ心線７のコア１５と光接続される。励起光導波路３５は、光ファイバ心線７のクラッド１７と光接続される。なお、光ファイバ心線７の断面において、クラッド１７は、コア１５よりも十分に広いため、平面導波路３１の断面において、励起光導波路３５は、信号光導波路３３の断面よりも大きく形成しても良い。

光ファイバ心線７は、基板４１および蓋４３に対して樹脂４７により固定される。樹脂４７は、クラッド１７を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質で構成される。このようにすることで、クラッド１７に導入された励起光をクラッド１７に封じ込めることができる。なお、さらに、基板４１および蓋４３を、クラッド１７よりも低屈折率の材質で構成してもよく、または、基板４１および蓋４３の表面に金属蒸着等によって反射膜を形成しても良い。

光ファイバ接続構造３０を用いることで、複数の光ファイバ心線７のコア１５に信号光を導入するとともに、クラッド１７に励起光を導入することができる。光ファイバ心線７は、内側クラッド（クラッド１７）と外側クラッド（被覆部９）とからなるダブルクラッド構造をとっており、信号光はコア１５を、励起光はコア１５およびクラッド１７を伝送される。したがって、マルチコアＥＤＦ５のコア２１およびクラッド２３に対して、信号光および励起光をそれぞれ確実に導入することができる。なお、励起光導波路３５は、Ｙ分岐等を用いて形成することで、励起光の光源数を削減してもよい。

本実施例では、平面導波路３１の面内に交互に信号光と励起光を導入する導波路を形成したが、図６に示したように、導波路を立体的に形成してもよい。図６においては上部導波路層３２に信号光を、下部導波路層３４に励起光を導入するように構成し、それぞれ、光ファイバ心線７のコア１５、コア１５の下部のクラッド１７へと導入することができる。ここで、光ファイバ心線７の他端においては、上部導波路層３２の光導入部と下部導波路層３４の光導入部をずらして形成することによって、光導入基材の干渉を避けることができる。

以上、本実施の形態によれば、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に対して、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に光ファイバ心線７の各クラッド１７から励起光が導入されるので、確実に励起光を導入することができる。したがって、マルチコアＥＤＦ５において、信号光を効率よく増幅することができる。

励起光は光ファイバ心線７のクラッド１７に導入され、１本の光ファイバ心線７により、マルチコアＥＤＦ５のコア２１およびクラッド２３に対して、それぞれ信号光および励起光の両者を導入することができる。この際、被覆部９および樹脂１９によって、クラッド１７に対して効率よく励起光を封じ込めることができる。

また、光ファイバ接続構造３０を用いることにより、光ファイバ心線７のコア１５およびクラッド１７に対して、信号光および励起光をそれぞれ容易に導入することができる。この際、光ファイバ心線７の固定部において、クラッド１７よりも低屈折率の樹脂４７や基板４１および蓋４３を用いることで、励起光をクラッド１７内に確実に封じ込めることができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図７は光ファイバ接続構造５０の平面図、図８（ａ）は図７のＨ−Ｈ線断面図、図８（ｂ）は図７のＩ−Ｉ線断面図である。なお、以下の説明において、光ファイバ接続構造１等と同様の機能を奏する構成については、図１〜図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。光ファイバ接続構造５０は、光ファイバ接続構造１と略同様の構成であるが、励起光を光ファイバ心線７のクラッド１７ではなく、コア１５によって導入する点で異なる。

バンドル構造５１は、複数の光ファイバ心線７、７ａが集合されて構成される。なお、光ファイバ心線７ａは、光ファイバ心線７と同様の構成であってもよく、コア１５の径またはクラッド１７の径を、光ファイバ心線７に対して異なるようにしてもよい。

図８（ａ）に示すように、光ファイバ心線７、７ａは、例えば、最密配置で集合される。図に示す例では、光ファイバ心線７が、マルチコアＥＤＦ５のコア２１に対応するように配置され、その周囲に、１２本の光ファイバ心線７ａが配置される。すなわち、光ファイバ心線７は、マルチコアＥＤＦ５のコア２１の個数と同数配置される。したがって、コア２１に対して、光ファイバ心線７ａは余剰に配置される。したがって、光ファイバ心線７、７ａの総数は、マルチコアＥＤＦ５のコア数よりも多く配置される。

光ファイバ心線７のコア１５は、マルチコアＥＤＦ５のコア２１と光接続される。一方、光ファイバ心線７ａのコア１５は、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に対して、光接続される。すなわち、光ファイバ心線７のコア１５からは、マルチコアＥＤＦ５のコア２１に対して、信号光を導入することができる。また、光ファイバ心線７ａのコア１５からは、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に対して励起光を導入することができる。

なお、光ファイバ心線７ａは、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３と光接続すればよいため、精度は不要である。また、光ファイバ心線７ａは、１本であってもよく、複数本であってもよい。また、光ファイバ心線７ａの径を小さくすることで、光ファイバ心線７の外周や隙間に、コンパクトに配置することもできる。

マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３の外径は、バンドル構造５１を構成する光ファイバ心線７、７ａの外接円（マルチコアＥＤＦ５の中心のコア２１に対応する光ファイバ心線７のコア１５を中心とした外接円）の外径と略同一またはやや大きくすることが望ましい。光ファイバ心線７ａからの励起光を確実にクラッド２３に導入するためである。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に確実にマルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に励起光を導入することができる。なお、光ファイバ心線７ａに対しては、光ファイバ接続構造３０のような構成を用いることなく、信号光と同様の方法で励起光を導入することができる。また、光ファイバ心線７、７ａには、被覆部１９等が不要となる。

第２の実施例によれば、バンドルファイバの外側のファイバから励起光を導入するように構成したが、図９に示すように、マルチコアファイバのファイバを図９に示されるバンドルファイバの外側のコアと一致するように構成し、内側のファイバのコアから励起光を導入し、外側のコアから信号光を導入するように構成しても良い。この構成によれば複数の光源から各信号コアに均一に励起光を導入できる。

次に、第３の実施の形態について説明する。図１０は、光ファイバ接続構造６０の平面図、図１１（ａ）は図１０のＪ−Ｊ線断面図、図１１（ｂ）は図１０のＫ−Ｋ線断面図である。光ファイバ接続構造６０は、光ファイバ接続構造５０と略同様の構成であるが、マルチコアＥＤＦ６３が用いられる点で異なる。

マルチコアＥＤＦ６３は、外周部に凸部６５が設けられる。図１１（ｂ）に示すように、凸部６５は、断面においてクラッド２３と一体で形成される。なお、クラッド２３および凸部６５を覆うように、被覆部１３が設けられる。マルチコアＥＤＦ６３は、例えば、クラッド２３と略同一素材のファイバをマルチコアＥＤＦ５（図２（ｃ）など）の外周面（被覆部１３を除く）に配置して、端面から離れるにつれてなだらかに断面円形となるように融着して形成される。

バンドル構造６１は、バンドル構造５１と同様に、複数の光ファイバ心線７の外周に、１本の光ファイバ心線７ａが配置される。なお、光ファイバ心線７の配置は、キャピラリ１１の断面において偏心して配置されてもよい。

光ファイバ心線７の各コア１５は、マルチコアＥＤＦ６３の各コア２１と光接続される。また、光ファイバ心線７ａのコア１５は、凸部６５の位置に対して光接続される。すなわち、光ファイバ心線７のコア１５からは、マルチコアＥＤＦ６３のコア２１に対して、信号光を導入することができる。一方、光ファイバ心線７ａのコア１５からは、マルチコアＥＤＦ６３の凸部６５を介して、クラッド２３に対して励起光を導入することができる。

なお、光ファイバ心線７ａは、複数本であってもよい。この場合、マルチコアＥＤＦ６３の、光ファイバ心線７ａに対応する部位に、それぞれ凸部６５を形成すればよい。例えば、光ファイバ心線７ａを、光ファイバ心線７の外周に等間隔で、６本配置した場合には、凸部６５を等間隔で６か所形成し、それぞれ光ファイバ心線７ａと光接続すればよい。

第３の実施の形態によれば、光ファイバ接続構造５０等と同様の効果を得ることができる。また、光ファイバ接続構造６０では、マルチコアＥＤＦ６３の端面形状は、バンドル構造６１の外形に略対応した形状に形成される。したがって、バンドル構造６１とマルチコアＥＤＦ６３とを融着することが容易となる。

次に、第４の実施の形態について説明する。図１２は、光ファイバ接続構造７０の平面図、図１３（ａ）は図１２のＬ−Ｌ線断面図、図１１（ｂ）は図１２のＭ−Ｍ線断面図、図１３（ｃ）は図１２のＮ−Ｎ線断面図である。光ファイバ接続構造７０は、光ファイバ接続構造５０と略同様の構成であるが、バンドル構造６１とマルチコアＥＤＦ５との間にマルチコアファイバ７１が用いられる点で異なる。

マルチコアファイバ７１は、外周面に被覆部７５が形成される。被覆部７５は、マルチコアファイバ７１のクラッド７９を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる。

バンドル構造６１は、前述の通り、光ファイバ心線７の外周部に、少なくとも１本の光ファイバ心線７ａが配置される。光ファイバ心線７の各コア１５は、マルチコアファイバ７１の各コア７７と光接続される。また、光ファイバ心線７ａのコア１５は、マルチコアファイバ７１のクラッド７９と光接続される。さらに、マルチコアファイバ７１のコア７７は、マルチコアＥＤＦ５のコア２１と光接続される。また、マルチコアファイバ７１のクラッド７９は、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３と光接続される。

すなわち、光ファイバ心線７のコア１５からは、マルチコアファイバ７１のコア７７を介して、マルチコアＥＤＦ５のコア２１に対して、信号光を導入することができる。また、光ファイバ心線７ａのコア１５からは、マルチコアファイバ７１のクラッド７９を介して、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に対して励起光を導入することができる。

なお、マルチコアファイバ７１は、単純な円断面形状としたが、凸部を形成してもよい。図１４は、マルチコアファイバ７１の外周部に凸部７３を形成した状態を示す平面図、図１５（ａ）は図１４のＯ−Ｏ線断面図、図１５（ｂ）は図１４のＰ−Ｐ線断面図、図１５（ｃ）は図１４のＱ−Ｑ線断面図である。

図１４および図１５に示した光ファイバ接続構造７０ａのように、光ファイバ心線７ａから、マルチコアファイバ７１ａの凸部７３を介してクラッド７９に励起光を導入してもよい。なお、凸部７３は、前述した凸部６５（図１０、図１１（ｂ））と同様に構成される。すなわち、凸部７３は、クラッド７９と一体で形成され、凸部７３およびクラッド７９の外周に被覆部７５が形成される。

第４の実施の形態によれば、光ファイバ接続構造５０等と同様の効果を得ることができる。また、光ファイバ接続構造７０、７０ａでは、光ファイバ心線７ａから、マルチコアファイバ７１、７１ａを介して、マルチコアＥＤＦ５に励起光が導入される。したがって、マルチコアファイバ７１、７１ａにおいて、励起光がクラッド７９内に略均一に拡散される。このため、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に対して、略均一に拡散させた励起光を導入することができる。したがって、マルチコアＥＤＦ５の断面位置に対して、励起光による増幅効率を略均一にすることができる。

また、光ファイバ接続構造７０ａのようにマルチコアファイバ７１ａに凸部７３を設けることで、マルチコアファイバ７１ａの端面形状を、バンドル構造６１の外形に略対応した形状に形成することができる。したがって、バンドル構造６１とマルチコアファイバ７１とを融着することが容易となる。

次に、第５の実施の形態について説明する。図１６は、光ファイバ接続構造８０の平面図、図１７（ａ）は図１６のＲ−Ｒ線断面図、図１７（ｂ）は図１６のＳ−Ｓ線断面図である。光ファイバ接続構造８０は、光ファイバ接続構造１と略同様の構成であるが、バンドル構造８１とマルチコアＥＤＦ５とが接続される点で異なる。

バンドル構造８１は、キャピラリ１１内に、光ファイバ心線７が集合されて固定されるとともに、キャピラリ１１の一方の端面に光ファイバ心線７ｂが接続される。また、キャピラリ１１の外周面には、被覆部８３が形成される。被覆部８３は、キャピラリ１１を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる。同様に、キャピラリ１１の内部の樹脂１９は、キャピラリ１１を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる。

光ファイバ心線７の各コア１５は、マルチコアＥＤＦ５の各コア２１と光接続される。一方、光ファイバ心線７ｂのコア１５は、キャピラリ１１に光接続される。また、キャピラリ１１の端面は、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に光接続される。

すなわち、光ファイバ心線７のコア１５からは、マルチコアＥＤＦ５のコア２１に対して、信号光を導入することができる。また、光ファイバ心線７ｂのコア１５からは、キャピラリ１１を介して、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に対して励起光を導入することができる。また、被覆部８３および樹脂１９によって、キャピラリ１１内には、励起光が封じ込められる。なお、キャピラリ１１の光ファイバ心線７ｂとの接続側の端面には、光ファイバ心線７ｂとの接続部を除き、反射膜を設けてもよい。

マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３の外径は、キャピラリ１１の外径と略同一か、やや大きく形成される。このようにすることで、キャピラリ１１内に導入された励起光を確実にクラッド２３に導入することができる。

第５の実施の形態によれば、光ファイバ接続構造１等と同様の効果を得ることができる。また、励起光は、キャピラリ１１の端面に導入される。したがって、励起光を導入する光ファイバ心線７ｂをキャピラリ１１の端面に接続すればよい。また、キャピラリ１１内において、励起光が拡散し、マルチコアＥＤＦ５のクラッド２３に対して、略均一に励起光を導入することができる。

なお、光ファイバ心線７ｂは、１本ではなく、複数本設けても良い。すなわち、キャピラリ１１の端面に対して、複数本の光ファイバ心線７ｂを配置しても良い。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述の各構成は、互いに組み合わせることもできる。例えば、光ファイバ接続構造５０のように、信号光用の光ファイバ心線７の外周に、励起光用の光ファイバ心線７ａを配置するとともに、中心の光ファイバ心線７に対しては、そのクラッド１７に対して、励起光を導入しても良い。同様に、クラッド１７からの励起光の導入、光ファイバ心線７ａ、７ｂによる励起光の導入など、それらを適宜組み合わせて、配置しても良い。

ここで、マルチコアＥＤＦのクラッド２３に導入された励起光は、クラッド２３の表面（被覆部１３の内面）において全反射しながらクラッド２３内を進行する。この際、励起光は、マルチコアＥＤＦの断面において、外周部近傍のコア２１の方が、中心のコア２１よりも通過確率が高くなる。このため、例えば、７コアのマルチコアＥＤＦの場合には、周囲の６つのコア２１の増幅効率が、中心のコア２１の増幅効率よりも高くなる恐れがある。

このようなコア２１の部位によって増幅効率が異なるような場合には、全てのコア２１の増幅効率が略等しくなるように、励起光の導入位置等を調整することが望ましい。例えば、励起光は、クラッド２３の中央部近傍に導入することが望ましい。このようにすることで、励起光がクラッド２３内部に広がりながら、進行する際に、まず中央のコア２１に対して信号光を増幅することができる。

また、このような理由から、マルチコアＥＤＦに対する励起光の導入位置を、マルチコアＥＤＦの端面において、中心を通る基準軸に対して線対称または中心に対して点対称な配置とすることが望ましい。このようにすることで、励起光をより均一に導入することができるためである。

また、励起光を複数箇所から導入する場合（すなわち、複数の励起光の光源から、励起光を導入する場合）には、それぞれの励起光の導入位置によって、励起光の強度を調整することもできる。すなわち、コア２１から出力されるそれぞれの信号光の強度を監視し、それぞれのコア２１の位置による信号光の増幅効率の差を小さくするように、それぞれの励起光の強度を調整してもよい。このように、光増幅器の励起光制御を行うことで、コア２１の位置による光増幅効率の違いを抑制することができる。

また、励起光の導入位置、強度のみではなく、コア２１に対するエルビウム添加量を調整しても良い。例えば、前述のように、増幅効率が低くなる傾向にある中心のコア２１に対しては、エルビウムの添加量を多く、他のコア２１に対しては、相対的にエルビウムの添加量が少なくなるようにドーパントプロファイルを調整しても良い。

さらに、このようなエルビウム添加量の調整と、励起光の導入位置による調整を組み合わせても良い。例えば、断面において、励起光の導入部近傍のコア２１に対しては、相対的にエルビウムの添加量を減らし、励起光の導入部から離れるにつれて、エルビウムの添加量を増加させてもよい。

１、３０、５０、７０、７０ａ、８０………光ファイバ接続構造
３、５１、６１、８１………バンドル構造
５、６３………マルチコアＥＤＦ
７、７ａ、７ｂ………光ファイバ心線
９………被覆部
１１………キャピラリ
１３………被覆部
１５………コア
１７………クラッド
１９………樹脂
２１………コア
２３………クラッド
３１、３１ａ………平面導波路
３２………上部導波路層
３３………信号光導波路
３４………下部導波路層
３５………励起光導波路
３７………信号光用光ファイバ
３９………励起光用光ファイバ
４１………基板
４３………蓋
４５………Ｖ溝
４７………樹脂
４９………励起光照射部
６５………凸部
７１、７１ａ………マルチコアファイバ
７３………凸部
７５………被覆部
７７………コア
７９………クラッド
８３………被覆部

Claims (10)

1. 光増幅材料添加マルチコア光ファイバへ励起光を導入することが可能な光ファイバ接続構造であって、
   第１のコア部と前記第１のコア部の外周に設けられる第１のクラッド部とを少なくとも有する複数の光ファイバ心線が束ねられたバンドル構造と、
   複数の第２のコア部と前記第２のコア部の外周に設けられる第２のクラッド部と、前記第２のクラッド部の外周に設けられ、前記第２のクラッド部の屈折率よりも低い屈折率の被覆部を有する光増幅材料添加マルチコア光ファイバと、を具備し、
   複数の前記第２のコア部は、複数の前記第１のコア部とそれぞれ光接続され、前記バンドル構造を構成する少なくとも１本の前記光ファイバ心線から、前記第２のクラッド部へ励起光を導入することが可能であることを特徴とする光ファイバ接続構造。
2. 前記バンドル構造の断面において、複数の前記光ファイバ心線は最密に束ねられていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ接続構造。
3. 前記光ファイバ心線は、前記第１のクラッド部の外周に、前記第１のクラッド部の屈折率よりも低い屈折率の被覆部を有し、
   少なくとも一部の前記光ファイバ心線において、信号光が導入される前記第１のコア部の周囲の前記第１のクラッド部に、同時に励起光が導入され、前記第１のコア部と前記第２のコア部とが光接続されるとともに、前記第１のクラッド部から前記第２のクラッド部に対し、励起光を導入することが可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ接続構造。
4. 前記光ファイバ心線の本数は、前記第２のコア部の数よりも多く、
   前記第２のコア部と光接続されない前記第１のコア部を有する前記光ファイバ心線の前記第１のコア部から、前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバ接続構造。
5. 前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバの外面には、断面において、前記第２のクラッド部と一体で形成される凸部が形成され、
   前記第２のコア部と光接続されない前記第１のコア部を有する前記光ファイバ心線は、前記凸部を介して、前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバの前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ接続構造。
6. 前記バンドル構造は、キャピラリに保持される前記光ファイバ心線の他に、さらに他の光ファイバ心線を有し、
   前記キャピラリの外周には、前記キャピラリの材質の屈折率よりも低い屈折率の被覆部を有し、
   前記キャピラリの一方の端面には、前記他の光ファイバ心線が接続され、前記キャピラリの他の端面は、前記第２のクラッド部と接合され、前記他の光ファイバから前記キャピラリを介して前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバ接続構造。
7. 前記キャピラリの外径よりも、前記第２のクラッド部の径の方が大きいことを特徴とする請求項６記載の光ファイバ接続構造。
8. 前記バンドル構造と前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバとの間には、他のマルチコア光ファイバが接続され、前記バンドル構造と前記光増幅材料添加マルチコア光ファイバとは、前記他のマルチコア光ファイバを介して光接続され、前記バンドル構造から、前記他のマルチコア光ファイバのクラッド部を介して、前記第２のクラッド部に励起光を導入することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光ファイバ接続構造。
9. 信号光用光ファイバ心線と、励起光用光ファイバ心線と、信号光および励起光とが導入される他の光ファイバ心線と、平面導波路と、
   を具備し、
   前記平面導波路の第１の導波路を介して、前記信号光用光ファイバ心線のコア部と前記他の光ファイバ心線のコア部とが光接続され、
   前記平面導波路の第２の導波路を介して、前記励起光用光ファイバ心線のコア部と前記他の光ファイバ心線のクラッド部とが光接続され、
   前記他の光ファイバ心線は、基板のＶ溝に保持されて、前記他の光ファイバ心線のクラッド部よりも低屈折率の部材で固定されることを特徴とする光ファイバ接続構造。
10. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のファイバ接続構造を用いた光増幅器の励起光制御方法であって、
    前記第２のクラッド部に対し、少なくとも２箇所から励起光を導入し、
    前記第２のコア部から出力されるそれぞれの信号光の強度を監視し、
    それぞれの前記第２のコア部における信号光の増幅効率の差を小さくするように、前記第２のクラッド部に導入するそれぞれの励起光の強度を調整することを特徴とする光増幅器の励起光制御方法。
    

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