JP2019110171A - 光結合器及び光増幅器 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態1に係る光増幅器の構成を示す模式図である。図1に示すように、光増幅器100は、7個の光アイソレータ1、光ファイバファンイン(FAN IN)2、半導体レーザ3、第1光結合器4、マルチコアEDF5、第2光結合器6、ポンプストリッパ7、光ファイバファンアウト(FAN OUT)8、7個の光アイソレータ9と、を備えている。なお、図中「×」の記号は光ファイバの融着接続点を示している。
ここで、平均屈折率は、例えば以下の式で定義される。
図6は、第1光結合器の変形例の構成を示す模式図である。この変形例の第1光結合器4Aは、図3に示す第1光結合器4において、励起光供給用光ファイバ4cを励起光供給用光ファイバ4Acに置き換えた構成を有する。励起光供給用光ファイバ4Acは、励起光入出力用光ファイバ4bと同じ光ファイバである。その結果、励起光供給用光ファイバ4Acの、主光ファイバ4aの内側クラッド部4abに融着接続されて接触する接触領域4Acaにおける平均屈折率も、内側クラッド部4abの屈折率よりも大きくなる。これにより、矢印Ar1のように半導体レーザ3から入力された励起光の内側クラッド部4abに対する結合効率を向上させることができ、励起効率も向上する。
つぎに、本発明における励起効率の向上の効果を確認するために行った実験例について説明する。図7は、実験例1を説明する図である。実験例1を行うために、励起光として波長975nmのレーザ光を出力する半導体レーザ10に、コア径/クラッド径が105μm/125μmのステップインデックス型のマルチモード光ファイバ10aを取り付け、マルチモード光ファイバ10aを光結合器11に接続した。なお、マルチモード光ファイバ10aは、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素を添加した石英系ガラスからなり純石英ガラスに対する比屈折率差が−1.25%程度のものであり、平均屈折率が−0.36%のものである。光結合器11は、第2光結合器6の主光ファイバ6aと同様の構造を有するマルチコアファイバ11aと、マルチモード光ファイバ10aと同一のマルチモード光ファイバ11bと、図5に示す屈折率分布を有するクラッド無しGIファイバ11cとを備えている。マルチモード光ファイバ10aとマルチコアファイバ11aとは「×」の記号の位置で融着接続した。マルチモード光ファイバ10aとマルチコアファイバ11aとは、マルチモード光ファイバ10aから出力した励起光がマルチコアファイバ11aの内側クラッド部に結合するように接続した。マルチモード光ファイバ11bとクラッド無しGIファイバ11cとは、マルチコアファイバ11aの外側コア部を除去した部分の内側クラッド部に、第2光結合器6における励起光入出力用光ファイバ6bと同様の態様にて接続した。
マルチモード光ファイバ11b :4.8%
クラッド無しGIファイバ11c:25.8%
マルチコアファイバ11a :68.3%
であった。また、サンプル1−2では、
マルチモード光ファイバ11b :4.0%
クラッド無しGIファイバ11c:28.0%
マルチコアファイバ11a :66.1%
であった。以上の結果から、マルチモード光ファイバ11bよりもクラッド無しGIファイバ11cの方が、比率が大きく、励起光の回収に有効であることが確認された。
クラッド無しGIファイバ11c:23.3%
クラッド無しGIファイバ11c:24.6%
マルチコアファイバ11a :51.5%
であった。また、サンプル1´−2では、
クラッド無しGIファイバ11c:24.6%
クラッド無しGIファイバ11c:23.7%
マルチコアファイバ11a :50.4%
であった。以上の結果から、クラッド無しGIファイバ11cは、励起光の回収に有効であることが確認された。
クラッド無しGIファイバ11c:17.4%
クラッド無しGIファイバ11c:16.9%
マルチコアファイバ11a :41.3%
であった。また、サンプル2−2では、
クラッド無しGIファイバ11c:15.9%
クラッド無しGIファイバ11c:16.5%
マルチコアファイバ11a :46.8%
であった。以上の結果から、クラッド無しGIファイバ11cは、励起光の回収に有効であることが確認された。
次に、実施例1として、図1に示す実施形態1に係る光増幅器100と同じ構成の光増幅器を作製した。なお、第1光結合器の励起光入出力用光ファイバと第2光結合器の励起光入出力用光ファイバとはいずれも図5に示す特性のクラッド無しGIファイバとした。そして、マルチコアEDFは、Cバンド(約1.53〜1.565μm)の波長帯の信号光を好適に光増幅できるように8mとした。そして、入力側の光アイソレータを介してマルチコアEDFの中心軸近傍のコア部(センターコア)に対して波長が1550nm、光パワーが−5dBmのCW光の信号光を入力し、半導体レーザに5Aの駆動電流を流しながら、出力側の光アイソレータから出力された信号光のパワー(出力パワー)を測定した。そして、光増幅器の利得と雑音指数(NF)を算出した。なお、半導体レーザに5Aの駆動電流を流したときに半導体レーザから出力される励起光のパワーは約10Wであり、消費電力は21.65Wである。
図13は、実施形態2に係る光増幅器の構成を示す模式図である。図13に示すように、光増幅器200は、図1に示す実施形態1に係る光増幅器100の第1光結合器4、第2光結合器6をそれぞれ第1光結合器4C、第2光結合器6Aに置き換えた構成を有している。
図14は、実施形態3に係る光増幅器の構成を示す模式図である。図14に示すように、光増幅器300は、図13に示す実施形態2に係る光増幅器200の第2光結合器6Aを複数の第2光結合器6に置き換えた構成を有している。
図15は、実施形態4に係る光増幅器の構成を示す模式図である。図15に示すように、光増幅器400は、図13に示す実施形態2に係る光増幅器200の第1光結合器4Cを第1光結合器4に置き換え、さらに励起光合波器15を追加した構成を有している。
2 光ファイバファンイン
2a シングルモード光ファイバ
2b、11a マルチコアファイバ
2ba、4aa、4Baa、6aa コア部
2bb クラッド部
2c 結合部
3、10 半導体レーザ
4、4A、4C 第1光結合器
4B、11、11A 光結合器
4a、4Ba、6a 主光ファイバ
4ab、4Bab、6ab 内側クラッド部
4ac、6ac 外側クラッド部
4b、6b 励起光入出力用光ファイバ
4ba、4Aca、6ba 接触領域
4c、4Ac 励起光供給用光ファイバ
4d、6d 保護部
4e、6e 部分
5、12、20、30 マルチコアEDF
6、6A 第2光結合器
7 ポンプストリッパ
8 光ファイバファンアウト
10a、11b マルチモード光ファイバ
11c クラッド無しGIファイバ
15 励起光合波器
100、200、300、400 光増幅器
Claims (11)
- 信号光を伝搬するコア部と、前記コア部の外周に形成され、前記コア部よりも屈折率が低い内側クラッド部と、前記内側クラッド部の外周に形成され、前記内側クラッド部よりも屈折率が低い外側クラッド部とを少なくとも備え、長手方向の一部において前記外側クラッド部が除去されている主光ファイバと、
前記主光ファイバの前記外側クラッド部が除去された部分における前記内側クラッド部に溶融接続され、前記内側クラッド部に接触する接触領域における平均屈折率が、前記内側クラッド部の屈折率よりも大きい、少なくとも1本の励起光入出力用光ファイバと、
を備え、
前記励起光入出力用光ファイバを伝搬する励起光が前記接触領域から前記内側クラッド部に結合して前記内側クラッド部を伝搬する、又は前記内側クラッド部を伝搬した前記励起光が前記接触領域から前記励起光入出力用光ファイバに結合して前記励起光入出力用光ファイバを伝搬する
ことを特徴とする光結合器。 - 前記内側クラッド部の屈折率に対する前記励起光入出力用光ファイバの前記接触領域における平均屈折率の比屈折率差が、0.05%以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の光結合器。 - 複数の前記励起光入出力用光ファイバを備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光結合器。 - 前記複数の励起光入出力用光ファイバのそれぞれを伝搬する前記励起光を合波する励起光合波器を備える
ことを特徴とする請求項3に記載の光結合器。 - 一端が前記励起光を出力する励起光源に接続されるとともに、別の一端が前記主光ファイバの前記外側クラッド部が除去された部分における前記内側クラッド部に溶融接続され、前記主光ファイバに前記励起光を供給する励起光供給用光ファイバをさらに備える
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光結合器。 - 前記励起光供給用光ファイバの前記内側クラッド部に接触する接触領域における平均屈折率が、前記内側クラッド部の屈折率よりも大きい
ことを特徴とする請求項5に記載の光結合器。 - 励起光源と、
光増幅媒体を含む光増幅コア部を備えるクラッド励起型の光増幅ファイバと、
請求項5又は6に記載の光結合器であって、前記励起光供給用光ファイバに前記励起光源が接続され、前記光増幅ファイバの一端が前記主光ファイバの一端に接続されている第1光結合器と、
請求項1〜4のいずれか一つに記載の光結合器であって、前記光増幅ファイバの別の一端が前記主光ファイバの一端に接続される第2光結合器と、
を備え、
前記第1光結合器の前記励起光入出力用光ファイバと前記第2光結合器の前記励起光入出力用光ファイバとが接続されている
ことを特徴とする光増幅器。 - 前記光増幅ファイバは、複数の前記光増幅コア部を備える
ことを特徴とする請求項7に記載の光増幅器。 - 前記複数の光増幅コア部は、前記光増幅媒体としてエルビウムを含む
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の光増幅器。 - 前記第1光結合器の前記励起光入出力用光ファイバの屈折率分布と前記第2光結合器の前記励起光入出力用光ファイバの屈折率分布との差異が、比屈折率差にして±0.2%の範囲内である
ことを特徴とする請求項7〜9のいずれか一つに記載の光増幅器。 - 前記第2光結合器の前記励起光入出力用光ファイバの開口数が、前記第1光結合器の前記励起光入出力用光ファイバの開口数以下である
ことを特徴とする請求項7〜10のいずれか一つに記載の光増幅器。
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