JPH03287236A - 光ファイバ部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、希土類元素、遷移金属等の光増幅能を持ち得
る活性イオンを添加した光ファイバから製作される光フ
ァイバ部品に関する。

〔従来の技術〕

希土類元素、遷移金属等を添加した光ファイバは、光フ
ァイバ増幅器、光ファイバレーザ、光ファイバセンサ等
への適用が考えられている。特にエルビウム（Ｅｒ　）
をコアに添加した光ファイバは、石英系光ファイバが最
低損失を示す１．５μｍ帯で増幅特性を持つことから、
光ファイバ増幅器として極めて有用である。

第７図にはＥｒ添加光ファイバ増幅器の構成を、第８図
にはそのエネルギー準位の説明図を示す。

フィルタ７１を反射した励起光（この場合は波長１．４
８μｍ）によって高いエネルギー準位に励起された光フ
ァイバ７２中のＥｒ原子に、フィルタ７１を通して入射
されたより低エネルギーの信号光（この場合は波長１．
５５μｍ）が当たると、誘導放出が起こって信号光のパ
ワーが光ファイバ７２に沿って次第に大きくなる。すな
わち、信号光の増幅が行われ、フィルタ７３を介して増
幅光のみが取り出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、活性イオンは励起状態では信号光を増幅させ
る作用を奏するが、励起状態でないときは信号光を吸収
してしまう。従って、コアに活性イオンをドーピングす
る際には、励起光パワーとのバランスを考えながらドー
ピング濃度やファイバ長を微妙に調整しなければならず
、これは極めて難しい。また、この様な調整をなし得た
としても、コアに活性イオンがドーピングされている以
上は、これが減衰要因となり得ることは避けられない。

一方、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）やケーブ
ルテレビジョン（ＣＡＴＶ）等の光通信網では、光信号
分岐器として光ファイバカプラが用いられる。光信号の
分岐は必ず損失を伴うため、この損失を補償し得る増幅
機能を持つ光ファイバカプラを実現することができれば
・、極めて望ましい。光ファイバカプラでは、その長手
方向にファイバ径及びコア径が徐々に減少し次いで徐々
に増大する部分、いわゆる「テーパ部」が形成されてお
り、このテーバ部を介して光信号の分岐・結合が行われ
る。このテーパ部では伝搬光はコア内に閉じ込められず
、クラッド内に滲み出すようになる。従ってテーパ部の
最も直径の細い部分（テーバウェスト）では光パワーの
所定部分がクラッド内を伝搬することになるので、仮に
コアの部分にＥｒ等の活性イオンが添加されていても、
これらの活性イオンは信号光に対して十分な増幅作用を
発揮し得ないことが予想される。

本発明の目的は、上記のような課題を解決した光ファイ
バ部品を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するため、本発明に係る光ファイバ部
品は、光増幅に寄与し得る希土類元素等の活性イオンが
、コアにではなくクラッドに添加された光ファイバを素
材として、これに加熱延伸等の手段によりテーパ部を形
成したことを特徴とする。

ここで、活性イオンとして用い得る元素としてはＥｒ、
Ｎｄ（ネオジウム）のような希土類元素のほか、Ｃｒ　
　（クロム）等の遷移金属も含まれる。

又、短いファイバ長で十分な利得を得るためには％オー
ダの活性イオンを添加する必要があり、増幅機能を低下
させる会合や結晶化を防ぐためホスト・ガラスとしてフ
ッ化物ガラス及び他成分ガラスを用いる。

〔作用〕

クラッドに活性イオンを添加した光ファイバは、そのま
まの状態では伝搬光がコア内を通るため、活性イオンの
持つ増幅作用、吸収作用とも受けることがなく、単に低
損失の導波路として存在するのみである。しかし、この
光ファイバがテーパ部を有する場合は、テーパ部では伝
搬光はコアに閉じ込められずクラッド内に滲み出るので
、このテーパ部において、信号光と励起光はクラッド内
に添加されている活性イオンと相互作用を持ち、活性イ
オンは光増幅作用を呈する。

また、このファイバを２本以上束ねたものを延伸して光
ファイバカプラを形成すれば、分岐機能と増幅機能とを
併せ持つ光ファイバカプラを実現することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例につき表及び図面を参照して説明
する。

第１図は実施例に係る光ファイバ部品の一部縦断面図で
、同図（ａ）は１本の素材光ファイバ１の一部を細径化
してテーパ部とした光ファイバ増幅器を示し、同図（ｂ
）は２本の素材光ファイバｌａ、ｌｂの一部を融着、細
径化してテーパ部とした光ファイバカプラを示す。素材
光ファイバ１゜ｌａ、ｌｂはハツチングで示すクラッド
２とコア３を有し、クラッド２には活性イオンとしてエ
ルビウムがドープされている。本実施例の光ファイバ部
品は上記のように構成されるため、素材光ファイバ１．
ｌａ、ｌｂに入射される励起光および信号光は、テーパ
部１ご達するまでは活性イオンに影響されることがなく
伝播するが、テーパ部に達すると光がコア３からクラッ
ド２に滲み出し、励起光による活性イオンの励起と信号
光の増幅が生じる。

以下、この実施例を更に具体的に説明する。

第１表は、本発明に係る光ファイバ部品の構成素材、す
なわち素材光ファイバの組成例を示す。

本例のファイバはコア、クラッドともフッ化物ガラスに
より構成したものであり、クラッドには０．９重量％の
Ｅｒが添加されている。

この素材光ファイバを用いて第１図（ａ）に示す光ファ
イバ部品を作成し、その特性を測定した。

第１表 まず、第１表に従って、コア、クラッドともそれぞれ５
０ｇになるように調合・混合した後、Ａｒ　　（アルゴ
ン）雰囲気下で約８００℃で加熱、溶融してガラス融液
とし、これを白金ボート形状のルツボに入れ替え、該ル
ツボ全体を急冷することによりガラスを固化せた。この
ようにして得られたコア用又はクラッド用のガラスブロ
ックは、いずれも透明であった。

次に、それぞれのガラスブロックについて外周研磨し、
さらにクラッド用ブロックについては超音波穴あけ加工
を施してパイプ状とした。コア用母材の外面、クラッド
用母材の内・外面を光学研磨により平滑にした。

次に、上記のようにして得られたコア材及びクラッド用
パイプに、従来技術のエツチング処理を施した。すなわ
ち、１リツトルのＩＮＨ（ｌ水溶液に０．４［００１の
Ｚ　ｒ　ＯＣＩＩ　　・８　Ｈ２０を溶かし、スターラ
で攪拌しなから各母材を２０分間エツチングした。エツ
チング後の母材は直ちに純水で洗浄し、その後アルコー
ルで超音波洗浄を行った。エツチング処理後の母材を高
周波スパッタリング装置内に入れ、減圧したＮＦ２ガス
雰囲気中でプラズマエツチング処理を１時間行なった。

その後、第２図に示すように、クラッド用パイプ４にコ
ア材５を挿入したもの（同図（ａ）図示）にダミー棒６
を取りつけて、炉芯管７及びヒータ８からなる線引き炉
内において紡糸した（同図（ｂ）図示）。紡糸ファイバ
２０はオンラインでＵＶ樹脂コートされ、クラツド径が
１２５μｍ１ＵＶ樹脂コ一テイング層の外径が２５０μ
ｍの光ファイバが得られた。

以上のようにして作成したフッ化物ガラス光ファイバか
ら、約２ｍを切り出してサンプルとして用い、第３図に
示すようにテーパ部を形成した。

すなわち、その中央部分の被覆１つを除去した後、光フ
ァイバ２０が潮解しないようにＡｒガス雰囲気中で加熱
、延伸した。加熱にはアセチレンバーナ２１を用い、フ
ァイバ２０に直接炎が当たらないように石英板２２を介
して間接的に加熱した。

このときの延伸量は約１２ｍｍ、テーパ部の最少径は約
６μｍであった。このようにして作成したテーパ部を有
するフッ化物ガラス光ファイバを、以下「テーパファイ
バ」と略称する。

次に、テーパファイバの増幅特性を第４図に示す測定系
により測定した。励起用光源には波長５１４．５ｎｍの
Ａｒレーザ９を、信号用光源には波長１．５５μｍのＤ
ＦＢレーザ１０を使用し、これらを光ファイバカプラ１
２で合波した後、テーパファイバ１４へ入射させた。光
ファイバカプラ１２の不要な一端は、そこでのフレネル
反射光がＤＦＢレーザ１０へ戻ってその出力を不安定に
させないように、マツチングオイル１３で封止した。

テーパファイバ１４への入射信号光パワーを一３０ｄＢ
ｍ程度とし、励起光であるＡｒレーザ光を０Ｎ１ＯＦＦ
Ｌ、そのときのテーパファイバ１４の出射端での信号光
パワーの出力差を、マルチモード光ファイバ１５を介し
て光スペクトラムアナライザ１６で測定した。

測定結果は第５図に示す通りであり、励起光パワー約２
０ｍＷのとき、約０．６ｄＢの利得が確認された（図中
の白丸印）。これに対して、同一光ファイバであるがテ
ーパ部を形成しないものでは利得が観測されなかった（
図中の黒丸印）。

クラッドに活性イオンを添加した光ファイバは、第６図
（ａ）に示すように、そのままの状態では伝搬光がコア
内を通るため、活性イオンの持つ増幅作用、吸収作用と
も受けないので、単に低損失の導波路として存在する（
第６図（ｂ））。この状態が上記第５図の黒丸印の点に
相当する。

これに対し、第６図（Ｃ）に示すように、この光ファイ
バがテーパ部を有する場合は、テーパ部では伝搬光はコ
アに閉じ込められずクラッド内に滲み出るので、このテ
ーパ部において、信号光と励起光はクラッド内に添加さ
れている活性イオンと相互作用を持ち、活性イオンは光
増幅作用を呈するに至る（第６図（ｄ））。これが上記
第５図の白丸印である。

以上の結果から、クラッドに活性イオンを添加した光フ
ァイバにテーパ部を形成することにより、光増幅機能を
有する光ファイバ部品を実現できることがわかった。同
様に、第１図（ｂ）に示すように、上記の光ファイバを
複数本平行に融着あるいは撚り合わせた後、加熱延伸す
ることによりテーパ部を形成して光ファイバカプラを作
れば、分岐機能と増幅機能を持つ光部品を得ることがで
きる。

なお、本実施例ではフッ化物ガラスを用いたので、クラ
ッドに約１重量％という高濃度のＥｒを添加しても会合
や結晶化を生じることがなかった。

そして、Ｅｒの添加濃度を高くすることができた結果、
２ｍという比較的短いファイバ長で十分な光増幅特性を
実現することができた。

〔発明の効果〕

本発明に係る光ファイバ部品は、上記のように構成され
ているので、単に光ファイバとして使用するときは低損
失光ファイバとして機能するが、これにテーパ部を形成
するときは、そのテーパ部において光増幅機能が発揮さ
れる。

従って、このような特徴を利用して分岐機能と増幅機能
とを併せ持つ光ファイバカプラによれば、光回路網にお
いて光信号を損失なく、あるいは増幅しつつ分配するこ
とが可能になる。

１ ２

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例たるテーパ部を有する光ファ
イバ（「テーパファイバ」）と、これの応用例としての
光ファイバカプラの縦断面図、第２図は光ファイバの紡
糸工程の概念図、第３図は光ファイバの加熱延伸工程の
概念図、第４図は光増幅特性の測定系の構成図、第５図
は励起光パワーと利得の関係を示すグラフ、第６図は本
発明の実施例として作成したテーパファイバが増幅機能
を有することを説明する図、第７図は従来技術における
Ｅｒ　ドープ光ファイバ増幅器の構成を示す概念図、第
８図はこの増幅器におけるエネルギー準位の概念図であ
る。 １・・・素材光ファイバ、２・・・クラッド、３・・・
コア、４・・・クラッドパイプ、５・・・コア材、６・
・・ダミー棒、７・・・炉芯管、８・・・ヒータ、９・
・・Ａｒレーザ、１０・・・ＤＦＢレーザ、１１・・・
レンズ、１２・・・光ファイバカプラ（合波用）、１３
・・・マツチングオイル、１４・・・本発明の実施例と
して作成した「テーパファイバ」、１５・・・マルチモ
ード光ファイバ、１６・・・光スペクトラムアナライザ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光増幅能を持ち得る活性イオンがクラッドに添加さ
   れたフッ化物ガラスあるいは多成分ガラスからなる光フ
   ァイバの一部にテーパ部を形成したことを特徴とする光
   ファイバ部品。 ２、複数本の、請求項１に記載の光ファイバ部品が、そ
   れぞれのテーパ部の直径の最も細い部分で相互に融着さ
   れていることを特徴とする光ファイバ部品。