JP3091875B2 - 希土類元素添加マルチコア光ファイバ、およびそれを利用した光増幅器 - Google Patents

希土類元素添加マルチコア光ファイバ、およびそれを利用した光増幅器

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JP3091875B2 JP06180244A JP18024494A JP3091875B2 JP 3091875 B2 JP3091875 B2 JP 3091875B2 JP 06180244 A JP06180244 A JP 06180244A JP 18024494 A JP18024494 A JP 18024494A JP 3091875 B2 JP3091875 B2 JP 3091875B2
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淳 阿部
和雄 神屋
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    • G02OPTICS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信の分野において
利用される希土類元素添加マルチコア光ファイバ、それ
を利用した光増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、単一のコアが単一のクラッド内に
埋設されており、そのコアが希土類元素を含有するガラ
スにより構成されている励起用光ファイバが光通信シス
テムの一部品として利用されている。
【0003】また光通信システムにおいて、長距離伝送
によって減衰した光信号の増幅は、光信号を一旦電気信
号に変換して電気的増幅をしたのち、再度光信号に変換
する方法が実施されている。しかしながら、このような
方法では、高速性が求められる大容量通信の中継には制
限があるうえ、システムが複雑になるといった問題があ
る。最近では光信号を電気信号に変換することなく直接
光信号を増幅することができる光増幅器が利用されつつ
ある。
【0004】光増幅器はコアにEr、Nd、Prなどの
希土類元素を添加した前記励起用光ファイバに入射され
た励起光で活性元素が励起され、その誘導放出によりそ
こを通過する信号光を直接増幅するものであり、近年、
その光増幅器の研究が活発化している。
【0005】光増幅器の主要構成部品としては、図6に
示すように、励起用光ファイバ7の他に、希土類元素を
励起するための励起光源5、励起光源を駆動するための
電源回路、励起光源からの励起光23と信号光21を励
起用光ファイバ7に入射させるための光合波器4、励起
光23または信号光21の反射光を除去するための光ア
イソレータ6・8、増幅された信号光の中に含まれる励
起光源を除去するための光バンドパスフィルタ9などが
ある。
【0006】波長1.55μm帯の信号光21をErを
添加した励起用光ファイバ7のコア内を伝搬させると共
に、光合波器4を介して波長1.48μmまたは0.9
8μmの励起光源5を駆動して励起光23も励起用光フ
ァイバ7に伝搬させることにより、信号光21を数100
倍から1万倍程度に増幅して信号光22を得る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光増幅器は、コア内へ入射する信号光21の電力が10
dBm以上になると増幅利得が急激に低下し、出力側に
大きな電力の信号光22を得ることができなかった。こ
のため、信号光22を数十以上に分配する多分配伝送シ
ステムを実現することができなかった。またコア内に入
射した励起光23の多くが、信号光21の増幅に使用さ
れずに出力側から排出され不経済であった。
【0008】本発明は前記の課題を解決するためなされ
たもので、コア内へ入射する信号光の電力が大きくても
増幅を行なえるため、多分配伝送システムを実現するこ
とができ、しかも励起光を効率よく使うことができる希
土類元素添加マルチコア光ファイバ、およびそれを利用
した光増幅器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の希土類元素添加マルチコア光ファ
イバ1は、図1に示すように、複数のコア3が単一のク
ラッド2内に埋設されており、複数のコア3が希土類元
素を含有するガラスにより構成されている。複数のコア
3は、次式、
【0010】
【数3】
【0011】(Vパラメータは2.405、aはコア3
の半径、n1 はコア3の屈折率、△はコア3とクラッド
2の比屈折率差)で定義されるCパラメータの値は0.
4から1.1μmである。複数のコア3が同じCパラメ
ータの値または夫々異なったCパラメータの値を有す
る。クラッド2は石英ガラスであり、コア3はEr、N
d、Pr、Sm、Tm、Yb、Ce、Hoの中から選ば
れる少なくとも1種類の希土類元素とP、Ge、Al、
Crの中から選ばれる少なくとも1種類の屈折率制御用
添加物とを含んだ石英ガラスであることが好ましい。コ
ア3の形状は、円形、楕円形、多角形などいずれの形状
であっても良い。
【0012】本発明の希土類元素添加マルチコア光ファ
イバは、複数のコアロッドを石英ガラス管内に束ねて挿
入し、加熱するとともに石英ガラス管を圧縮融着するこ
とにより埋設してプリフォームを製造し、該プリフォー
ムを加熱するとともに延伸して線引きすることで製造さ
れる
【0013】前記の目的を達成するためになされた本発
明の希土類元素添加マルチコア光ファイバを利用した光
増幅器10は、図2に示すように、希土類元素を添加し
た励起用光ファイバに信号光21と励起光23を入射
させて得られる誘導放出光で信号光21を増幅する光増
幅器10において、励起用光ファイバ1が単一のクラッ
ド2内に複数のコア3が埋設された希土類元素添加マル
チコア光ファイバであり、次式 C=(2π/V) (2Δ) 1/2 (Vパラメータは2.405、aはコア半径、n はコ
アの屈折率、△はコアとクラッドの比屈折率差)で定義
される複数コア3のCパラメータの値が0.4から1.
1μmであり、励起用 光ファイバの入射側に光分波器
13が接続され、出力側に光分配型カプラ14が接続さ
れている。この光増幅器は、複数コア3の同じCパラメ
ータの値または夫々異なった値で実施できる。またこの
光増幅器は、クラッド2が石英ガラスであり、コア3が
Er、Nd、Pr、Sm、Tm、Yb、Ce、Hoの中
から選ばれる少なくとも1種類の希土類元素とP、G
e、Al、Crの中から選ばれる少なくとも1種類の屈
折率制御用添加物とを含んだ石英ガラスであることが好
ましい。
【0014】
【作用】本発明の希土類元素添加マルチコア光ファイバ
1は、図1に示すように、コア3を複数有し、光増幅器
10(図2参照)を構成した際に、夫々のコア3で信号
光が増幅される。このため出力側に大きな電力の光信号
を得ることができ、希土類元素添加マルチコア光ファイ
バ1の入力側に光分波器13を接続し、出力側に光分配
型カプラ14を接続すれば多分配伝送システムにするこ
とができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0016】図1は、本発明を適用する希土類元素添加
マルチコア光ファイバの実施例の概略図である。同図に
示すように、希土類元素添加マルチコア光ファイバ1
は、石英ガラスからなるクラッド2内に、Erを添加し
屈折率制御用添加物としてGeとAlを含む石英ガラス
からなるコア3を7個有する構成となっている。
【0017】この希土類元素添加マルチコア光ファイバ
1は次のようにして製造する。所望のクラッド厚みを持
った希土類元素添加コアロッドを石英ガラス管内に7本
束ねて挿入し、加熱して石英ガラス管を圧縮融着するこ
とにより埋設して希土類元素添加マルチコアプリフォー
ムを製造し、このプリフォームを加熱するとともに延伸
して線引きする。
【0018】希土類元素添加マルチコア光ファイバ1を
利用して、図2に示すように光増幅器10が構成され
る。
【0019】希土類元素添加マルチコア光ファイバ1の
一端は光分波器13に接続され、もう一端は光スターカ
プラ14に接続されている。光分波器13の入射側は光
ファイバを介してアイソレータ6に接続され、アイソレ
ータ6の入射側には光ファイバを介して光合波器4に接
続されている。光合波器4の入射側には通信用光ファイ
バ11と励起光源5に繋がる光ファイバが接続されてい
る。光スターカプラ14の出射側には光ファイバを介し
てアイソレータ31〜37に接続され、アイソレータ3
1〜37の出射側には光ファイバを介して夫々光バンド
パスフィルタ41〜47に接続されている。光バンドパ
スフィルタ41〜47の出射側には夫々通信用光ファイ
バ51〜57が接続されている。
【0020】光増幅器10は、以下のようにして信号光
21を増幅させる。励起光源5を駆動して励起光23を
光ファイバに入射させておき、通信用光ファイバ11か
ら入射した信号光21は励起光23と光合波器4で合波
して、アイソレータ6を介して光分波器13に入射す
る。入射した信号光21および励起光23は分波されて
希土類元素添加マルチコア光ファイバ1の7本のコア3
に入射し、希土類元素添加マルチコア光ファイバ1を通
過する間、信号光21は活性元素の誘導放出により増幅
され、光スターカプラ14で7本の光ファイバに別れて
出射し、夫々アイソレータ31〜37と光バンドパスフ
ィルタ41〜47を介して通信用光ファイバ51〜57
に出射光61〜67として出射してゆく。
【0021】希土類元素添加マルチコア光ファイバ1を
11個製造し、次式、
【0022】
【数4】
【0023】(Vパラメータは2.405、aはコア3
の半径、n1 はコア3の屈折率、△はコア3とクラッド
2の比屈折率差)で定義されるCパラメータの値を夫々
計算し、光増幅器10に電力が−29dBmの信号光2
1を入射させ、出射光61〜67の強度の合計を測定し
て増幅利得を求めた。その結果をプロットして図3に示
した。同図に示すように、Cパラメータの値が0.4か
ら1.1μmの希土類元素添加マルチコア光ファイバ1
は増幅利得が高いが、0.4より小さいものはコア径が
小さくなりすぎて他の光ファイバとの接続損失が増大
し、1.1μmより大きいものは十分な増幅利得が得ら
れなかった。
【0024】さらに、希土類元素添加マルチコア光ファ
イバ1についてCパラメータの値を、0.522μm、
0.640μm、0.803μm、0.966μm、
0.999μm、1.012μm、1.175μmとし
て、夫々の値の希土類元素添加マルチコア光ファイバ1
に波長が0.98μm、1.48μm、1.55μmの
信号光を入射して、伝搬特性の安定性をシミュレーショ
ンした。その結果を図4および図5に示した。同図に示
すようにCパラメータの値が1.175μmの希土類元
素添加マルチコア光ファイバ1のみ伝搬特性が不安定で
あり、他の希土類元素添加マルチコア光ファイバ1は伝
搬特性が安定していた。
【0025】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の製
造方法により製造された希土類元素添加マルチコア光フ
ァイバを利用して光増幅器を構成すると、コア内へ入射
する信号光の電力が大きくても増幅を行なえるため、多
分配伝送システムを実現することができ、しかも励起光
を効率よく使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する希土類元素添加マルチコア光
ファイバの実施例の概略図である。
【図2】本発明を適用する光増幅器の実施例の概略構成
図である。
【図3】Cパラメータの値と増幅利得の関係を示す図で
ある。
【図4】入射信号光波長とCパラメータの値を特定した
希土類元素添加マルチコア光ファイバの伝搬特性を示す
図である。
【図5】入射信号光波長とCパラメータの値を特定した
希土類元素添加マルチコア光ファイバの伝搬特性を示す
図である。
【図6】従来の光増幅器の例の概略構成図である。
【符号の説明】
1は希土類元素添加マルチコア光ファイバ、2はクラッ
ド、3はコア、4は光合波器、5は励起光源、6・8・
31〜37はアイソレータ、7は励起用光ファイバ、9
・41〜47は光バンドパスフィルタ、10は光増幅
器、11・51〜57は通信用光ファイバ、13光分波
器、14は光スターカプラ、21・22・61〜67は
信号光、23は励起光である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01S 3/10 H01S 3/10 Z 3/17 3/17 (72)発明者 井本 克之 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社アドバンスリサーチセンター 内 (56)参考文献 特開 平5−345632(JP,A) 特開 昭55−127502(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/26 G02B 6/00 G02B 6/16 341 G02F 1/35 501 H01S 3/07 H01S 3/10 H01S 3/17

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のコアが単一のクラッド内に埋設さ
    れており、該複数コアが希土類元素を含有するガラスに
    より構成され、次C=(2π/V) (2Δ) 1/2 (Vパラメータは2.405、aはコア半径、n はコ
    アの屈折率、△はコアとクラッドの比屈折率差)で定義
    される該複数コアのCパラメータの値が0.4から1.
    1μmである ことを特徴とする希土類元素添加マルチコ
    ア光ファイバ。
  2. 【請求項2】 前記複数のコアが同じCパラメータの値
    または夫々異なったCパラメータの値を有することを特
    徴とする請求項1に記載の希土類元素添加マルチコア光
    ファイバ。
  3. 【請求項3】 前記クラッドが石英ガラスであり、前記
    コアがEr、Nd、Pr、Sm、Tm、Yb、Ce、H
    oの中から選ばれる少なくとも1種類の希土類元素と
    P、Ge、Al、Crの中から選ばれる少なくとも1種
    類の屈折率制御用添加物とを含んだ石英ガラスであるこ
    とを特徴とする請求項1または2に記載の希土類元素添
    加マルチコア光ファイバ。
  4. 【請求項4】 希土類元素を添加した励起用光ファイバ
    に信号光と励起光を入射させて得られる誘導放出光で該
    信号光を増幅する光増幅器において、該励起用光ファイ
    バが単一のクラッド内に複数のコアが埋設された希土類
    元素添加マルチコア光ファイバであり、次式 C=(2π/V)・a・n(2Δ) 1/2 (Vパラメータは2.405、aはコア半径、nはコ
    アの屈折率、△はコアとクラッドの比屈折率差)で定義
    される該複数コアのCパラメータの値が0.4から1.
    1μmであり、該励起用光ファイバの入射側に光分波器
    が接続され、出力側に光分配型カプラが接続されること
    を特徴とする光増幅器。
  5. 【請求項5】 該複数コアが同じCパラメータの値また
    は夫々異なった値を有することを特徴とする請求項4に
    記載の光増幅器
  6. 【請求項6】 前記クラッドが石英ガラスであり、前記
    コアがEr、Nd、Pr、Sm、Tm、Yb、Ce、H
    oの中から選ばれる少なくとも1種類の希土類元素と
    P、Ge、Al、Crの中から選ばれる少なくとも1種
    類の屈折率制御用添加物とを含んだ石英ガラスであるこ
    とを特徴とする請求項4または5に記載の光増幅器。
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