JP3833280B2

JP3833280B2 - 光学部品

Info

Publication number: JP3833280B2
Application number: JP32138394A
Authority: JP
Inventors: 通孝奥田; 伸治坂野; 一郎横田
Original assignee: Kyocera Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: Kyocera Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2006-10-11
Also published as: JPH08160247A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ増幅器等の光回路に用いられ、光ファイバ内を伝搬する光を低損失・高信頼性で分岐・合波でき、しかもその小型化が図れる光学部品に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、光ファイバ通信システムにおいては、光ファイバの損失による光信号の減衰を補償するために、一定距離毎に中継器を設けて光信号を増幅している。そして光信号を増幅する方法として、光信号を直接増幅する光増幅器が開発されている。
【０００３】
この種の光信号増幅器の１つとして、希土類元素（Ｅｒ，Ｎｄ，Ｙｂ等）をドープした光ファイバと励起光を組み合わせたものがある。即ち、例えばＥｒドープ光ファイバに、波長１．５５μｍの信号光と、波長０．９８μｍ又は１．４８μｍの励起光を導入すると、光の誘導放出が生じ、信号光のパワーが光ファイバに沿って次第に大きくなり信号光の増幅が行われるのである。
【０００４】
なおＥｒドープ光ファイバの入力側から励起光を合波させることを前方励起といい、またＥｒドープ光ファイバの出力側から励起光を逆方向に合波させることを後方励起といい、いずれの方法によっても信号光の増幅ができる。
【０００５】
図９はＥｒドープ光ファイバに入力する信号光に励起光を合波させる従来の前方励起用の光回路の構造を示す図である。
【０００６】
同図に示す光回路構造において、光ファイバ８１内を伝搬してきた信号光λ１はモニター光分岐用の分岐器８３に入力される。そしてその光の多くは光ファイバ８５に出力されて接続補強部材９１，光ファイバ９２を通ってインライン型の光アイソレータ８７に入力されるが、その光の一部は光ファイバ８９に分岐されて接続補強部材９３を通って光ファイバ９５から図示しないモニター用の受光素子に導かれ、信号光λ１の強度が測定される。
【０００７】
光アイソレータ８７は、代表的には、２枚の複屈折素子，ファラデー回転子，半波長板，円筒磁石で構成され、入射部の複屈折素子で入射光を常光と異常光に分離して異なる光路を通過させ、出射部の複屈折素子で異なる光路の常光と異状光を合成して出射し、これとは反対側からの戻り光は前記入射部の複屈折素子で分離、放射するタイプのものである。
【０００８】
一方インライン型光アイソレータ８７を通過した信号光λ１は光ファイバ９７，接続補強部１０５，光ファイバ１０６を通って合波器９９に導入される。一方光ファイバ１０１からは励起光λ２が入力され、接続補強部材１０３と光ファイバ１０４を通って合波器９９に導入され、前記信号光λ１と合波されて光ファイバ１０７に出力される。光ファイバ１０７は図示しないＥｒドープ光ファイバに接続されており、前記信号光λ１は該Ｅｒドープ光ファイバ内において増幅される。
【０００９】
なお前記モニター用の受光素子によって測定された信号光λ１の強度に応じて、前記励起光λ２の強度が増減され、信号光λ１の増幅度が調整される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記構造の光回路においては、分岐器８３で分岐された光ファイバ８５，８９の他の光ファイバ９２，９５への接続には、融着スプライス接続が用いられるが、融着スプライス接続による接続部は強度が弱く、その信頼性確保のためには、該接続部は接続補強部材９１，９３によって補強しておかなければならない。
【００１１】
しかしながら接続補強部材９１，９３によって補強すると、その分製造工程が多くなってしまい製造コストの低減化が図れないばかりか、この接続補強部材９１，９３を設置するためのスペース（具体的には長さ３０〜４０mm程度）も必要となってしまいその小型化が図れない。
【００１２】
また該接続補強部材９１，９３に過重がかからないようにするために、光ファイバ８９，９２を曲げてループを形成しているが、ファイバ曲げ半径は３０mm以上としておく必要があり、その分のスペースが必要となり、この点からも小型化が図れない。
【００１３】
また接続補強部材９１，９３においては、光ファイバ間を接続することによって光の結合損失が生じてしまう。
【００１４】
これらの問題点は、合波器９９に接続した光ファイバ９７，１０４，１０６においても同様に生じる。
【００１５】
一方分岐器８３と光アイソレータ８７と合波器９９はそれぞれ独立しており、その接続は光ファイバ８５，９２，９７，１０６によって行われるので、各光学部品８３，８７，９９の長さ寸法の他に、光ファイバ８５，９２，９７，１０６の長さ寸法だけのスペースが必要となり、この点からも回路の小型化が図れなかった。なお具体的に言えば、分岐器８３と合波器９９の長さは４０〜６０mm程度である。
【００１６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、光アイソレータ等の光機能部品に取り付けられ、光を分岐する機能や合波する機能を有する光学部品の構造の簡素化，小型化，低損失化を図ることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明は、光ファイバの一端がフェルールの細孔に挿入保持されるとともに、このフェルール保持部の近傍に他の光ファイバと融着延伸接続せしめて両光ファイバ間で光の合波または分岐をさせるファイバ融着部が形成され、これらフェルールとファイバ融着部とがケース内に収納固定され、該ケースを光アイソレータ機能を有する非相反光学素子に機械的に接続するとともに前記フェルールに保持する光ファイバと前記非相反光学素子とを光学的に接続せしめることとした。
【００１８】
【作用】
この光学部品を非相反光学素子等の光機能部品に取り付けて構成される光複合モジュールの小型化が図れる。
【００１９】
具体的に図９に示す従来例と比較すれば、従来例に示す３０〜４０mmの接続補強部材９１，１０５が不要となり、また直径６０mm以上のループを形成する光ファイバ８５，９２と光ファイバ９７，１０６（全光ファイバ長約５００mm）が不要となり、さらに４０〜６０mmの分岐器８３や合波器９９が光アイソレータ８７と一体化されてそれら自身が短くなる。
【００２０】
またファイバ融着部によって分岐器又は合波器が構成されるため、光回路内の接続部端面反射が少なく、減衰，損失を低減化できる。これによってこの光学部品を使用する光学機器の信号光の雑音特性の向上、利得特性の向上が図れる。
【００２１】
【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。
図１は本発明の１実施例にかかる光学部品を示す図であり、同図（ａ）は概略縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ横断面図、同図（ｃ）は外観図である。
【００２２】
同図に示すようにこの実施例にかかる光学部品は、光ファイバ増幅器の前方励起用の光学部品であり、光分岐器１０と、インライン型光アイソレータ機能を有する非相反光学素子４０と、光合波器５０とを一体に複合化することによって構成された光複合モジュールである。そして光分岐器１０には信号光λ１を入力する光ファイバ７１と、励起光λ２を入力する光ファイバ７３とが導入され、また光合波器５０からは信号光λ１と励起光λ２の合波光を出力する光ファイバ７５と、モニター光を出力する光ファイバ７７とが導出されている。以下各構成部品について説明する。
【００２３】
ここで図２は前記光分岐器１０の部分を拡大して詳細に示す図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は右側面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ横断面図である。
【００２４】
同図に示す光分岐器１０において、入力信号用の光ファイバ７１の一端は円柱状のフェルール１１内に保持されている。このとき光ファイバ７１の端面はフェルール１１の右側端面と同一面となっている。またフェルール１１近傍の光ファイバ７１中には、モニター用の光ファイバ７７の端部近傍が融着延伸接続されたファイバ融着部７８が設けられている。このファイバ融着部７８は半円柱状の基板１３上に接着剤１５によって固定されており、また該基板１３上には半円筒状のカバー１７（同図（ｃ）参照）が取り付けられている。
【００２５】
そしてこれらフェルール１１と基板１３及びカバー１７は、円筒状のスリーブ１９内に収納されており、さらに該スリーブ１９は収納ケース２１内に収納固定されている。ここでフェルール１１と基板１３とスリーブ１９と収納ケース２１全体を補強部材と呼ぶ。
【００２６】
また収納ケース２１の非相反光学素子４０側端部近傍内には結合レンズ２７が取り付けられている。この結合レンズ２７の光軸と前記光ファイバ７１の光軸とは貫通孔２９を介して一致せしめられており、該結合レンズ２７によって光ファイバ７１と図１に示す非相反光学素子４０とは光学的に接続されている。なおこの結合レンズ２７としては、非球面レンズ、ロッドレンズ等が用いられる。
【００２７】
ところで収納ケース２１の下面側にはスリット３１が設けられ、また前記スリーブ１９の下面側には前記モニター用の光ファイバ７７を挿通するための長孔３３が設けられ、さらに前記フェルール１１の下側にも前記光ファイバ７７を挿通するための凹部３５が設けられている。
【００２８】
そしてモニター用の光ファイバ７７は、フェルール１１の凹部３５とスリーブ１９の長孔３３と収納ケース２１のスリット３１を通って非相反光学素子４０方向に導出されている。
【００２９】
また収納ケース２１の入力側端面からはそのスリット３１内に励起光λ２を入力する光ファイバ７３が導入され、光ファイバ７７と平行になってそのまま非相反光学素子４０方向に導出されている。なお２本の光ファイバ７３，７７の間には何ら光の干渉はなく、光ファイバ７３は単に収納ケース２１を通過するだけである。
【００３０】
次に図１に示す光合波器５０もこの光分岐器１０と全く同一（対称）の構造を有している。具体的には、図１に示すように、信号光λ１と励起光λ２の合波光を出力する光ファイバ７５の一端をフェルール５１内に保持し、またフェルール５１近傍の光ファイバ７５中には光ファイバ７３の端部近傍が融着延伸接続されてファイバ融着部７９が設けられている。このファイバ融着部７９は基板５３上に固定されている。
【００３１】
そしてフェルール５１と基板５３は、円筒状のスリーブ（図示せず）内に収納され、さらに該スリーブは収納ケース５５内に収納固定されている。また収納ケース５５の非相反光学素子４０側端部近傍には結合レンズ５７が取り付けられている。結合レンズ５７の光軸と前記フェルール５１に固定された光ファイバ７５の光軸とは一致せしめられており、該結合レンズ５７によって光ファイバ７５と非相反光学素子４０とは光学的に接続されている。
【００３２】
なお前記光ファイバ７３は、収納ケース５５の下側に設けたスリット５９を通して光ファイバ７５に接続されており、また光ファイバ７７も該スリット５９を通して外部に導出されている。
【００３３】
次に非相反光学素子４０は、図１に示すようにインライン型であり、一方の光は透過し、反対側からの光は分離，放射させるものである。そしてその両端には前記光分岐器１０の収納ケース２１と光合波器５０の収納ケース５５をそれぞれ挿入するための筒状部４１，４３が設けられている。また非相反光学素子４０のケース４４内には、図１（ｂ）に示すように、例えば複数の複屈折板，ファラデー回転子，１／２波長板からなる光学素子４５と該光学素子４５を励磁するための磁石４７が収納されており、またその下側には前記２本の光ファイバ７３，７７を通過させるためのスリット４９が設けられている。
【００３４】
以上のようにこの光学部品は、光分岐器１０と光合波器５０をプリズム類でなく、ファイバ融着延伸型によって構成し、しかもファイバ融着部７８，７９を取り付ける基板１３，５３の固定と、非相反光学素子４０の結合レンズ２７，５７の固定とを１つの収納ケース２１，５５で共用している。
【００３５】
つまり非相反光学素子４０両側の結合レンズ２７，５７の固定部に光分岐器１０と光合波器５０とを直接形成しているので、これら各光学部品を従来例のように個別に接続実装する必要がなく、その分小型化が可能になる。簡単に言うならば、ほぼ通常のインライン型光アイソレータの大きさで、光アイソレータ機能と、分岐，合波機能の複合機能を持った光複合モジュールが構成できるのである。
【００３６】
また上記実施例においては、非相反光学素子４０のケース４４の下側にスリット４９を設けるとともに、収納ケース２１，５５の下側にそれぞれスリット３１，５９を設けたので、４本の光ファイバ７１，７３，７５，７７はいずれもこの光学部品内に収納でき、その両端面から引き出すことができる。
【００３７】
ここで図３は図１に示す光学部品の光回路構成図である。同図に示すようにこの光学部品から導出された光ファイバ７５は、Ｅｒドープ光ファイバ１００に接続される。
【００３８】
以下図１〜図３を用いてこの光学部品の作用を説明する。
光ファイバ７１から入射された信号光λ１は、先ずファイバ融着部７８に入り、その一部の光がモニター用の光ファイバ７７に分岐される。モニター光と信号光の分岐比としては、通常、１：９９〜１０：９０の間とされる。本発明のようにファイバ融着型で光分岐器１０を構成した場合は、その分岐比の波長依存性は小さく、安定した特性が得られる。
【００３９】
モニター用の光ファイバ７７内に一部分岐された光（モニター光）は、該光ファイバ７７によって収納ケース５５のスリット５９から外部に導出されて図示しない信号光モニター用の受光素子に導かれる。
【００４０】
一方分岐されずに光ファイバ７１の一端に到った信号光λ１は、該一端面から出射され、結合レンズ２７に入射し、非相反光学素子４０内に導入される。
【００４１】
非相反光学素子４０内に導入された信号光λ１は、該非相反光学素子４０内で直交した偏光（常光，異状光）に分離され、出力側の複屈折板によって合成された後、出射され、出力側の結合レンズ５７に入射され、光ファイバ７５に結合される。
【００４２】
光ファイバ７５に入射した信号光λ１は、ファイバ融着部７９において、光ファイバ７３から入力された励起光λ２と合波され、その後この光学部品から外部に出力される。
【００４３】
本発明においては信号光λ１と励起光λ２の合波にファイバ融着部７９を用いたので、例えば信号光λ１の波長が１．５５μｍで、励起光λ２の波長が０．９８μｍで離れている場合、該ファイバ融着部７９の結合長を短くすることができ、また波長変動に対しても合波特性の変化しないものが構成できる。
【００４４】
そして信号光λ１と励起光λ２が合波された光は、図３に示すように、Ｅｒドープ光ファイバ１００内に入射される。そして前述のように光の誘導放出が生じて、信号光λ１のパワーがＥｒドープ光ファイバ１００に沿って次第に大きくなり増幅されるのである。
【００４５】
上記実施例は、本発明にかかる光学部品を光ファイバ増幅器の前方励起に応用した例として、入力側に光分岐器１０を、出力側に光合波器５０を実装して構成したものを示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば以下のように構成することもできる。
【００４６】
（１）前方励起方式
(a) 非相反光学素子４０＋光合波器５０
図４に示すように、信号光λ１を入力する光ファイバ７１と、励起光λ２を入力する光ファイバ７３と、非相反光学素子４０と、光合波器５０と、信号光λ１と励起光λ２の合波光を出力する光ファイバ７５とを具備する光学部品である。即ち上記図１〜図３に示す光学部品から光分岐器１０とモニター光を出力する光ファイバ７７を除いた構造である。
【００４７】
(b) 光分岐器１０＋非相反光学素子４０
図５に示すように、信号光λ１を入力する光ファイバ７１と、モニター光を出力する光ファイバ７７と、光分岐器１０と、非相反光学素子４０と、光ファイバ７５とを具備する光学部品である。即ち上記図１〜図３に示す光学部品から光合波器５０と、励起光λ２を入力する光ファイバ７３を除いた構造である。この場合、光ファイバ７５中に励起光λ２を合波する合波機構２００を設ける。
【００４８】
（２）後方励起方式
(a) 光合波器２０１＋非相反光学素子２０７＋双方向分岐器２１３
図６に示すように、Ｅｒドープ光ファイバ１００に接続された光ファイバ２０３内を伝搬されてきた信号光λ１（下記する励起光λ２によって増幅されている）と光ファイバ２０５内を伝搬する励起光λ２とをファイバ融着部によって合波せしめる光合波器２０１と、非相反光学素子２０７と、信号光λ１を出力する光ファイバ２０９に光ファイバ２１１をファイバ融着部によって接続して出力モニター光と反射モニター光を分岐する双方向分岐器２１３とを具備する光学部品である。
【００４９】
(b) 光合波器２０１＋非相反光学素子２０７＋分岐器２１５
図７に示すように、Ｅｒドープ光ファイバ１００に接続された光ファイバ２０３内を伝搬されてきた信号光λ１（下記する励起光λ２によって増幅されている）と光ファイバ２０５内を伝搬する励起光λ２とをファイバ融着部によって合波せしめる光合波器２０１と、非相反光学素子２０７と、信号光λ１を出力する光ファイバ２０９に光ファイバ２１１をファイバ融着部によって接続して出力モニター光を分岐する分岐器２１５とを具備する光学部品である。
【００５０】
(c) 光合波器２０１＋非相反光学素子２０７
図８に示すように、Ｅｒドープ光ファイバ１００に接続された光ファイバ２０３内を伝搬されてきた信号光λ１（下記する励起光λ２によって増幅されている）と光ファイバ２０５内を伝搬する励起光λ２とをファイバ融着部によって合波せしめる光合波器２０１と、非相反光学素子２０７と、信号光λ１を出力する光ファイバ２０９とを具備する光学部品である。
【００５２】
また上記実施例においては、光ファイバの一端及びファイバ融着部を保持する補強部材として、フェルール，基板，スリーブ，収納ケースを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造のものであっても良い、即ち要は光ファイバの一端及びこれに形成したファイバ融着部を一体に固定できる構造の補強部材であれば、どのような構造の補強部材でも良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる光学部品によれば、以下のような優れた効果を有する。
(1)この光学部品を非相反光学素子に取り付けて構成される光複合モジュールの小型化が図れる。
【００５４】
▲２▼分岐器又は合波器がファイバ融着型で構成されているため、光回路内の接続部端面反射が少なく、減衰，損失を低減化できる。これによってこの光学部品を使用する光学機器の信号光の雑音特性の向上、利得特性の向上が図れる。
【００５５】
▲３▼必要とする分岐や合波の機能は、光機能部品に取り付けるこの光学部品の機能の選択によって任意に設定可能であり、従って必要とされる複合機能の組合せが容易に行える。
【００５６】
▲４▼光学調整は、通常のインライン型光アイソレータと同様、一対の結合レンズ系のみで済み、その組立て，調整が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例にかかる光学部品を示す図であり、同図（ａ）は概略縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ横断面図、同図（ｃ）は外観図である。
【図２】光分岐器１０の部分を拡大して詳細に示す図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は右側面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ横断面図である。
【図３】図１に示す光学部品の光回路構成図である。
【図４】本発明の他の実施例を用いた光回路構成図である。
【図５】本発明の他の実施例を用いた光回路構成図である。
【図６】本発明の他の実施例を用いた光回路構成図である。
【図７】本発明の他の実施例を用いた光回路構成図である。
【図８】本発明の他の実施例を用いた光回路構成図である。
【図９】従来の前方励起用の光回路の構造を示す図である。
【符号の説明】
１０光分岐器
１１，５１フェルール（補強部材）
１３，５３基板（補強部材）
１９スリーブ（補強部材）
２１，５５収納ケース２１（補強部材）
２７，５７結合レンズ
４０非相反光学素子（光機能部品）
５０光合波器
７１，７３，７５，７７光ファイバ
７８，７９ファイバ融着部
１００Ｅｒドープ光ファイバ

Claims

光ファイバの一端がフェルールの細孔に挿入保持されるとともに、このフェルール保持部の近傍に他の光ファイバと融着延伸接続せしめて両光ファイバ間で光の合波または分岐をさせるファイバ融着部が形成され、これらフェルールとファイバ融着部とがケース内に収納固定され、該ケースを光アイソレータ機能を有する非相反光学素子に機械的に接続するとともに前記フェルールに保持する光ファイバと前記非相反光学素子とを光学的に接続したことを特徴とする光学部品。
前記ケースには、前記他の光ファイバを外部の、非相反光学素子方向に導出せしめる開口部が具備されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
前記光ファイバ融着部が基板に固定され、この基板と前記フェルールとがケース内に収納固定されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
前記ケース内において、前記フェルールの先端部近傍の光軸上にレンズが配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。