JPH09197131A - ドープファイバ、そのスプライシング方法及び光増幅器 - Google Patents

ドープファイバ、そのスプライシング方法及び光増幅器

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JPH09197131A
JPH09197131A JP8004287A JP428796A JPH09197131A JP H09197131 A JPH09197131 A JP H09197131A JP 8004287 A JP8004287 A JP 8004287A JP 428796 A JP428796 A JP 428796A JP H09197131 A JPH09197131 A JP H09197131A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はＥｒドープファイバ及びその光増幅
器への適用に関し、増幅帯域の効果的な拡大が可能なド
ープファイバの提供を主な課題とする。 【解決手段】 本発明のドープファイバは、コア２１及
びクラッド２２を備えており、コア２１は、Ｇｅがドー
プされる領域２３と、Ｅｒ及びＡｌがドープされる領域
２４と、領域２３及び２４間に介在し不純物濃度が低い
領域２５とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、光ポン
ピングにより増幅帯域を提供するための希土類元素（そ
のイオン及び化合物を含む）がドープされたドープファ
イバ及びその応用技術に関し、更に詳しくは、ドープフ
ァイバの構造とドープファイバのスプライシング方法と
ドープファイバを備えた光増幅器とに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムにおける伝送容
量が増大している。波長が互いに異なる複数のチャネル
の信号光を伝送するための波長分割多重（ＷＤＭ）は、
１つの光ファイバ伝送路における伝送容量を増大するた
めの技術として有力である。
【０００３】一方、ドープファイバを光増幅媒体として
用いるＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）等
の光増幅器が実用化レベルにある。この種の光増幅器を
ＷＤＭに適用するために、光増幅器の増幅帯域の拡大が
要望されている。ここで、「増幅帯域の拡大」というの
は、増幅帯域の半値全幅を拡大することを含み、更に利
得の波長特性におけるゲインチルトを平坦化することを
含む意味で使用される。
【０００４】第１端及び第２端を有するドープファイバ
を用いた光増幅器が知られている。ドープファイバに
は、その第１端及び第２端のいずれか一方から増幅すべ
き信号光が入力する。
【０００５】ドープファイバは光ポンピング型の光増幅
媒体であるから、ポンプ光を出力するポンプ光源が用い
られる。ポンプ光はドープファイバにその第１端及び第
２端の少なくともいずれか一方から供給される。
【０００６】与えられた信号光の波長に対して、ドーパ
ントの適切な選択とポンプ光波長の適切な設定とによっ
て、この光増幅器は増幅帯域を有するようになる。例え
ば、波長１．５５μｍ帯の信号光に対しては、ドーパン
トとしてエルビウム（Ｅｒ）が適しており、この場合ポ
ンプ光の波長は０．９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯が有
力である。
【０００７】ドープファイバは、コアと、コアを囲むク
ラッドとを備えており、コア及びクラッドは光導波構造
を提供するために断面方向に適切な屈折率分布を有して
いる。即ち、一般的には、コアの屈折率はクラッドの屈
折率よりも高い。
【０００８】ドープファイバの主成分がシリカである場
合、コアの屈折率を高めるための第１のドーパントは望
ましくはゲルマニウム（Ｇｅ）であり、光ポンピングに
より増幅帯域を提供するための第２のドーパントとして
は、エルビウムがよく知られている。また、増幅帯域を
拡大するための第３のドーパントとして、アルミニウム
（Ａｌ）が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、増幅
帯域の効果的な拡大が可能なドープファイバを提供する
ことにある。
【００１０】本発明の他の目的は、ドープファイバに適
したスプライシング方法を提供することにある。本発明
の更に他の目的は、そのスプライシング方法に適用可能
なドープファイバを提供することにある。
【００１１】本発明の別の目的は、このようなドープフ
ァイバを備えた光増幅器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によると、第１の
ガラス組成からなるコアと、コアを囲む第２のガラス組
成からなるクラッドとを備えたドープファイバが提供さ
れる。コア及びクラッドは、光導波構造を提供するため
に断面方向に屈折率分布を有している。
【００１３】本発明の第１の側面によると、第１のガラ
ス組成は、クラッドにより囲まれ屈折率を高めるための
第１のドーパント（望ましくはゲルマニウム）を含む第
１の領域と、第１の領域により囲まれ光ポンピングによ
り増幅帯域を提供するための希土類の第２のドーパント
（望ましくはエルビウム）及び増幅帯域を拡大するため
の第３のドーパント（望ましくはアルミニウム）を含む
第２の領域と、第１及び第２の領域間に介在し第１乃至
第３のドーパントの濃度よりも低い不純物濃度の第３の
領域とを有する。
【００１４】本発明の第１の側面によるドープファイバ
を通常の方法、例えばＭＣＶＤ（モディファイドケミカ
ルベーパーデポジション）により製造するに際して、第
３の領域がバリア層として作用し、第３のドーパントが
第２の領域から第１の領域へ拡散することが防止され、
増幅帯域の効果的な拡大が可能になる。
【００１５】本発明の第２の側面によると、第１のガラ
ス組成は、屈折率を高めるための第１のドーパントを含
み、第２のガラス組成は、光ポンピングにより増幅帯域
を提供するための希土類の第２のドーパント及び増幅帯
域を拡大するための第３のドーパントを含む第１の領域
と、第１の領域及びコア間に介在し第１乃至第３のドー
パントの濃度よりも低い不純物濃度の第２の領域とを有
する。
【００１６】本発明の第２の側面においては、第２の領
域がバリア層として作用する。本発明の第３の側面によ
ると、第１のガラス組成は、屈折率を高めるための第１
のドーパントと、光ポンピングにより増幅帯域を提供す
るための第２のドーパントと、増幅帯域を拡大するため
の第３のドーパントとを含み、第２のガラス組成は、第
３のドーパントの濃度と同程度の濃度の第４のドーパン
トを含む拡散領域をコアの近傍に有している。
【００１７】本発明の第３の側面によるドープファイバ
は、本発明のスプライシング方法に適している。このス
プライシング方法は、ドープファイバ及び他のファイバ
を端面同士突き合わせるステップと、ドープファイバ及
び他のファイバの端面近傍の部分を局部的に加熱してこ
れらを接続するステップとを備えている。
【００１８】ドープファイバのコアの直径は、増幅効率
を高めるために通常他のファイバのコアの直径よりも小
さくされる。このため、スプライシングによる接続損失
が大きくなる。
【００１９】本発明のスプライシング方法では、ドープ
ファイバの拡散領域の採用によって、接続損失を小さく
することができる。本発明の光増幅器は、そのいずれか
一方から信号光を供給される第１端及び第２端を有する
ドープファイバと、ポンプ光を出力するポンプ光源と、
ポンプ光源並びにドープファイバの第１端及び第２端の
少なくともいずれか一方に動作的に接続されポンプ光を
ドープファイバに供給する光結合手段とを備えている。
【００２０】ドープファイバとしては、本発明の第１乃
至第３の側面のいずれかによるドープファイバが用いら
れる。本発明の第１又は第２の側面によるドープファイ
バが用いられている場合には、この光増幅器の増幅帯域
は前述の原理に従って効果的に拡大される。
【００２１】本発明の第３の側面によるドープファイバ
が用いられている場合には、接続損失が小さい光増幅器
の提供が可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施の形
態を添付図面に沿って詳細に説明する。以下の説明で
は、本発明の具体的な把握を容易にするために、コア及
びクラッドの主成分はシリカ（ＳｉＯ2 ）であり、屈折
率を高めるためのドーパントは主としてゲルマニウム
（Ｇｅ）であり、光ポンピングにより増幅帯域を提供す
るためのドーパントはエルビウム（Ｅｒ）であり、増幅
帯域を拡大するためのドーパントはアルミニウム（Ａ
ｌ）であるとする。
【００２３】コア及び／又はクラッドの主成分はフッ化
物等のハロゲン化物であってもよい。また、光ポンピン
グにより増幅帯域を提供するためのドーパントはネオジ
ム（Ｎｄ）等の他の希土類元素であってもよい。
【００２４】更に、本願明細書において「ファイバ」或
いは「ドープファイバ」というときには、一般に光ファ
イバとその製造プロセスの中間媒体であるプリフォーム
とは相似な断面構造を有していることに鑑み、プリフォ
ームを含むものとして理解すべきである。
【００２５】図１の（Ａ）及び図１の（Ｂ）を参照する
と、従来のドープファイバの横断面構造及び屈折率分布
がそれぞれ示されている。全図を通して、図面の明瞭さ
を確保するために、横断面図におけるハッチングは省略
されている。
【００２６】このドープファイバは、コア１と、コア１
を囲むクラッド２とを備えている。コア１には、Ｇｅ，
Ｅｒ及びＡｌがドープされている。コア１の屈折率はＧ
ｅのドープによりクラッド２の屈折率よりも高く、これ
により光導波構造が提供されている。コア１及びクラッ
ド２の直径はそれぞれ例えば２．７μｍ及び１２５μｍ
である。
【００２７】このドープファイバにおいては、コア１に
Ａｌが均一にドープされてしまい、Ａｌを高濃度にする
ことができず、増幅帯域が効果的に拡大されないという
問題がある。Ａｌを均一に高濃度にドープすると、アル
ミニウム酸化物の結晶化による白濁が生じ、ファイバの
構造損失が実用的でないレベルにまで大きくなる。
【００２８】図２の（Ａ）及び図２の（Ｂ）を参照する
と、従来の他のドープファイバの横断面構造及び屈折率
分布がそれぞれ示されている。このドープファイバは、
コア１１と、コア１１を囲むクラッド１２とを備えてい
る。
【００２９】コア１１のガラス組成は、クラッド１２に
より囲まれてＧｅがドープされる第１の領域１３と、領
域１３により囲まれＥｒ及びＡｌがドープされる第２の
領域１４とを有している。
【００３０】第１の領域１３の屈折率はクラッド１２の
屈折率よりも十分に高く、これにより光導波構造が提供
されている。第２の領域１４の屈折率はクラッド１２の
屈折率よりもわずかに高い。
【００３１】コア１１においては、Ａｌが比較的狭い領
域（領域１４）にドープされているので、一見するとＡ
ｌを高濃度にすることができそうである。しかしなが
ら、発明者らの分析によると、領域１３及び１４の界面
近傍において相互拡散が生じ、Ａｌが低濃度になってい
ることが明らかになった。
【００３２】図３及び図４はそれぞれコア１１の第２領
域１４（図２参照）にドープされたＡｌが多いとき及び
少ないときのドーパント（Ｇｅ及びＡｌ）の直径方向に
おける濃度分布を示す図である。ドーパントの検出に
は、ＥＰＭＡ（エレクトロンプローブマイクロアナライ
ザ）によるプリフォームの直径方向についての線分析が
用いられた。図３及び図４において、縦軸にはそれぞれ
ＧｅＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3のｗｔ％の目盛が付されてい
る。
【００３３】図３及び図４でＧｅの濃度分布を比較する
と、Ａｌが少ないときに比べてＡｌが多いときの方が、
Ｇｅの第１の領域１３から第２の領域１４への拡散が顕
著である。また、Ａで示されるコア１１とクラッド１２
の界面近傍においては、Ｇｅの拡散が極めて小さい。
【００３４】これらからすると、Ｇｅがドープされてい
る領域１３にクラッドよりもドーパント濃度の高い領域
１４が密接していることにより、Ｇｅが高濃度領域１４
へ拡散しやすくまたＡｌが高濃度領域１４から領域１３
へ拡散しやすくなり、Ａｌが低濃度になっているものと
考察される。
【００３５】従って、図２の構造によっても増幅帯域を
効果的に拡大することができない。図５の（Ａ）及び図
５の（Ｂ）を参照すると、それぞれ本発明の第１実施形
態におけるドープファイバの横断面構造及び屈折率分布
が示されている。このドープファイバはコア２１とコア
２１を囲むクラッド２２とを備えている。
【００３６】コア２１のガラス組成は、クラッド２２に
より囲まれＧｅがドープされる第１の領域２３と、領域
２３により囲まれＥｒ及びＡｌがドープされる第２の領
域２４と、領域２３及び２４間に介在しドーパントを含
まず低い不純物濃度の第３の領域２５とを有している。
第３の領域２５には、クラッド２２と同様ドーパントは
予定されていない。
【００３７】コア２１の第１の領域２３の屈折率は、ク
ラッド２２の屈折率よりも十分に高いので、これにより
光導波構造が得られている。第２の領域２４の屈折率
は、Ｅｒ及びＡｌの適切なドーピングによって、第３の
領域２５及びクラッド２２の屈折率よりもわずかに高
い。
【００３８】コア２１のガラス組成においては、クラッ
ド２２と同等の不純物濃度の第３の領域２５が、第１の
領域２３と第２の領域２４との間に介在しているので、
ドープファイバ又はそのプリフォームの製造プロセスに
おいて、Ｇｅの領域２３から領域２４への拡散及びＡｌ
の領域２４から領域２３への拡散が阻止され、Ｅｒ及び
Ａｌを狭い領域に閉じこめることができる。その結果、
増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファイバの提供
が可能になる。
【００３９】図６及び図７は、本発明の第１実施形態に
よるドープファイバのそれぞれ吸収及び放射の波長特性
を図１の従来のドープファイバと比較して示す図であ
る。図６において、縦軸は最大吸収量を１としたときの
吸収量の規格値を示しており、横軸は波長を示してい
る。
【００４０】図７において、縦軸は最大放射量を１とし
たときの放射量の規格値を示しており、横軸は波長を示
している。図７の放射は、波長０．９８μｍ帯のポンピ
ング光をドープファイバに供給したときのＡＳＥ光（増
幅された自然放出光）についてのものである。
【００４１】図６において、符号１０２は図１のドープ
ファイバの特性を示しており、符号１０４は本発明の第
１実施形態によるドープファイバの特性を示している。
図７において、符号１０６は図１のドープファイバの特
性を示しており、符号１０８は本発明の第１実施形態に
よるドープファイバの特性を示している。
【００４２】一般に、吸収及び放射の波長特性は、ドー
プファイバの小信号利得の波長特性を反映する。従っ
て、図６及び図７から、本発明の第１実施形態によっ
て、増幅帯域が広がっていることがわかる。
【００４３】Ａｌのドープ濃度を高めるのに従って増幅
帯域が拡大されることが明らかになった。図８は放射の
半値幅（ｎｍ）とＡｌのドープ濃度（ｗｔ％）との関係
を示すグラフである。Ａｌのドープ濃度が高くなるに従
って、放射の半値幅が大きくなっており、増幅帯域が効
果的に拡大されていることが明らかである。
【００４４】図９を参照すると、第１実施形態における
Ａｌのドープ濃度の分布が示されている。縦軸はＡｌ2
Ｏ3 のｗｔ％によるＡｌドープ濃度を示しており、横軸
はプリフォームの直径方向における位置を示している。
【００４５】バリア領域２５（図５の（Ａ）参照）の存
在によって、Ａｌが比較的高濃度で領域２４に閉じこめ
られていることがわかる。領域２４におけるＡｌのドー
プ濃度は約１０％に達しており、これにより増幅帯域の
効果的な拡大が可能になっていることがわかる。また、
領域２４において比較的均一なドープ濃度が得られてい
ることがわかる。
【００４６】本発明のドープファイバの製造プロセス
は、ＭＣＶＤ法及び含浸法を組み合わせてプリフォーム
を製造するステップと、このプリフォームを加熱して線
引きするステップとを含む。
【００４７】ＭＣＶＤ法では、原料ガスとして、室温で
気化する反応物質が用いられる。例えば、主成分のＳｉ
Ｏ2 を得るためにＳｉＣｌ4 が用いられ、屈折率を高め
るためのＧｅＯ2 を得るためにＧｅＣｌ4 が用いられ
る。
【００４８】含浸法は、室温で十分に気化する適当な反
応物質を得ることができないＥｒ及びＡｌのドーピング
に適用される。例えば、これらのドーパントの化合物を
溶質とした水溶液或いはアルコール溶液が用いられる。
【００４９】図１０は本発明のドープファイバの製造に
適用可能なプリフォームの製造装置を示す図である。符
号１１２は石英反応管１１４を回転可能に支持するガラ
ス製造用の旋盤を示している。反応管１１４は、その長
手方向に沿って往復動作するバーナ１１６により外側か
ら加熱される。
【００５０】バーナ１１６に供給されるＯ2 及びＨ2 の
流量は、温度制御装置１１８により調整される。ガラス
旋盤１１２は反応管１１４の両端を支持するためのコネ
クタ１２０を有している。コネクタ１２０にはガス供給
管１２２が接続されており、この供給管１２２を介して
原料ガスやＯ2 等が反応管１１４の内部に送り込まれ
る。
【００５１】符号１２４はＳｉＣｌ4 ，ＧｅＣｌ4 等の
原料ガスの供給器であり、その供給量は、マスフローメ
ータ１２６を介して送り込まれるＯ2 等のキャリアガス
の流量によって制御される。
【００５２】図５のドープファイバの製造方法を具体的
に説明する。反応管１１４（図１０参照）がそのままク
ラッドになるようにして、その内壁にコア層を堆積させ
てもよいが、クラッドのコア近傍の部分の純度を高めて
低損失化を図る場合には、まず、反応管１１４の内壁に
クラッド層を堆積させる。
【００５３】即ち、まず原料ガス（ＳｉＣｌ4 ）及びキ
ャリアガスが送り込まれている反応管１１４を回転させ
ながら、バーナ１１６により反応管１１４を外部から加
熱すると、反応管１１４内にはＳｉＯ2 を主成分とする
クラッドになるべき酸化物ガラス微粉末が堆積し、この
微粉末はバーナ１１６による加熱によって即座にガラス
化される。バーナ１１６の往復動作を複数回行うことに
よって、予め定められた屈折率を有するクラッドガラス
が反応管１１４の内壁に一様に形成される。
【００５４】次いで、原料ガスにＧｅＣｌ4 を加えて同
じようにバーナ１１６の往復動作を複数回行うと、Ｇｅ
がドープされたコア２１の第１の領域２３が形成され
る。その後、原料ガスを再びＳｉＣｌ4 だけにして、不
純物濃度の低い第３の領域２５を形成する。
【００５５】そして、第３の領域２５が形成された後、
原料ガスは同じくＳｉＣｌ4 にしたままで、バーナ１１
６による加熱温度を下げ、バーナ１１６の往復動作を複
数回行う。このとき、第３の領域２５の内側に堆積した
酸化物ガラス微粉末は、加熱温度が比較的低いことによ
り、完全に透明ガラス化はせずに多孔質状（スート状）
になる。
【００５６】この多孔質層にＥｒの化合物及びＡｌの化
合物を溶質とする溶液を含浸させる。含浸の後、溶液の
溶媒は加熱等により除去される。ＥｒのドーピングとＡ
ｌのドーピングは別のプロセスで行ってもよい。各溶質
の化合物は例えばそれぞれ塩化物である。
【００５７】溶媒が除去された後、Ｅｒ及びＡｌがドー
プされた層を加熱して完全にガラス化させ、最後に更に
高温で反応管１１４を加熱してコラプスを行う。これに
よりプリフォームが得られる。多孔質層のガラス化とコ
ラプスとを同時に行ってもよい。
【００５８】このプリフォームの製造プロセスでは、第
１の領域２３と第３の領域２５とを完全にガラス化させ
た後に含浸のための多孔質層を形成しているので、この
多孔質層のガラス化或いはコラプスを行うに際して第３
の領域２５がバリア層として作用し、Ｇｅ及びＡｌの相
互拡散が防止されている。
【００５９】得られたプリフォームを通常の方法により
線引きすることによって、ドープファイバを得ることが
できる。この線引きのプロセスにおいても、第３の領域
２５がバリア層として機能し、Ｇｅ及びＡｌの相互拡散
が防止される。
【００６０】このように、得られたドープファイバにお
いては、Ｇｅ及びＡｌの共ドープが防止されているの
で、このドープファイバを用いて増幅帯域の広い光増幅
器を構成することができる。
【００６１】図１１の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、
それぞれ本発明の第２実施形態におけるドープファイバ
の横断面構造及び屈折率分布が示されている。このドー
プファイバは、コア３１と、コア３１を囲むクラッド３
２とを備えている。
【００６２】コア３１のガラス組成は、クラッド３２に
より囲まれＧｅがドープされる第１の領域３３と、領域
３３により囲まれＥｒ及びＡｌがドープされる第２の領
域３４と、領域３３及び３４間に介在し、ドーパントを
含まず不純物濃度が低い第３の領域３５とを有してい
る。
【００６３】クラッド３２のガラス組成は、Ｅｒ及びＡ
ｌがドープされる第４の領域３６と、第１の領域３３及
び第４の領域３６間に介在しドーパントを含まず不純物
濃度が低い第５の領域３７とを有している。
【００６４】第１の領域３３の屈折率はＧｅがドープさ
れていることからクラッド３２の屈折率よりも十分に高
く、これにより光導波構造が得られている。コア３１の
各領域の構造的配置は図５の（Ａ）の第１実施形態とほ
ぼ同様であるが、第２の領域３４におけるＥｒ及びＡｌ
のドープ濃度を図５の（Ａ）の領域２４における同ドー
プ濃度よりも低くしている。その代わりに、この実施形
態では、Ｅｒ及びＡｌがドープされる第４の領域３６を
クラッド３２に設けているのである。
【００６５】ドープファイバがシングルモードタイプで
ある場合、導波される光の電界振幅は一般にコアの中心
で最も大きくなり、該中心から離れるのに従って次第に
小さくなる。この電界振幅の分布はガウス分布であり、
その外縁はクラッドのコア近傍の部分に重複する。
【００６６】この実施形態では、ガウス分布内の広範囲
に渡ってＥｒ及びＡｌを分布させることができるので、
Ｅｒ及びＡｌのドープ濃度をそれほど高くすることなし
に、増幅作用を生じさせることができる。その結果、ド
ープファイバの損失が小さくなり、与えられたパワーの
ポンプ光によってより長いドープファイバのポンピング
が可能になり、効率的な光増幅が可能になる。
【００６７】また、Ｇｅがドープされている領域３３の
内側及び外側にそれぞれ不純物濃度が低い領域３５及び
３７を設けているので、ドープファイバの製造プロセス
におけるドーパントの拡散を阻止してＧｅ及びＡｌの共
ドープを防止することができる。
【００６８】尚、このドープファイバのプリフォームの
製造に際しては、第１実施形態におけるＭＣＶＤ法及び
含浸法の順序を変更すれば足りるので、その詳細な説明
は省略する。
【００６９】図１２の（Ａ）及び図１２の（Ｂ）を参照
すると、それぞれ本発明の第３実施形態におけるドープ
ファイバの横断面構造及び屈折率分布が示されている。
このドープファイバは、コア４１と、コア４１を囲むク
ラッド４２とを備えている。
【００７０】コア４１のガラス組成は、Ｇｅを含む。ク
ラッド４２のガラス組成は、Ｅｒ及びＡｌがドープされ
る領域４３と、領域４３及びコア４１間に介在しドーパ
ントを含まず不純物濃度が低い領域４４とを有してい
る。
【００７１】コア４１の屈折率はＧｅがドープされてい
ることからクラッド４２の屈折率よりも十分に高く、こ
れにより光導波構造が得られている。この実施形態で
は、導波される光の電界振幅が最も大きい部分にはＥｒ
及びＡｌがドープされておらず、電界振幅が比較的小さ
くなる領域（４３）にだけＥｒ及びＡｌがドープされて
いるので、与えられたパワーのポンプ光によりポンピン
グすることができるドープファイバの長さを長くするこ
とができる。その結果、効率的なドープファイバの光ポ
ンピングが可能になる。
【００７２】また、領域４１及び４３間に不純物濃度の
低い領域４４を設けているので、ドープファイバの製造
プロセスにおいてＧｅ及びＡｌの相互拡散を阻止するこ
とができる。その結果、増幅帯域の効率的な拡大が可能
になる。
【００７３】図１３の（Ａ）及び図１３の（Ｂ）はドー
プファイバの従来のスプライシング方法を説明するため
の図である。図１３の（Ａ）において左側に示されるド
ープファイバは図１の（Ａ）に示されるもので、Ｇｅ，
Ｅｒ及びＡｌがドープされた比較的小径なコア１を有し
ている。
【００７４】図１３の（Ａ）において右側に示されるの
はこのドープファイバをスプライシング接続すべき他の
ファイバを示しており、このファイバは、比較的大径な
コア５１とコア５１を囲むクラッド５２とを備えてい
る。
【００７５】コア１の直径は例えば３μｍよりも小さ
く、コア５１の直径は通常は５μｍよりも大きい。ドー
プファイバのコア径を小さくしているのは、ポンプ光パ
ワーを集中して効率的な光増幅を可能にするためであ
る。
【００７６】このようにコア径に差があると、図１３の
（Ｂ）に示されるようにスプライシング接続した後に、
コア径が不連続になり、１〜２ｄＢ程度の接続損失が生
じる。
【００７７】図１４の（Ａ）及び図１４の（Ｂ）を参照
すると、それぞれ本発明の第４実施形態におけるドープ
ファイバの横断面構造及び屈折率分布が示されている。
このドープファイバは、コア６１と、コア６１を囲むク
ラッド６２とを備えている。
【００７８】コア６１のガラス組成は、Ｇｅ，Ｅｒ及び
Ａｌを含んでいる。クラッド６２のガラス組成は、コア
６１のＡｌと同程度のドープ濃度の第４のドーパントを
含む拡散領域６３を有している。この実施形態では、拡
散領域６３はコア６１のすぐ外側に設けられている。
【００７９】プリフォームの製造プロセスの簡略化を図
るために、第４のドーパントはコア６１で用いられるＡ
ｌであるのが望ましい。コア６１にＧｅがドープされて
いることからその屈折率はクラッド６２の屈折率よりも
十分に高く、これにより光導波構造が得られている。
【００８０】このドープファイバは本発明のスプライシ
ング方法の実施に適している。具体的には次の通りであ
る。図１５の（Ａ）及び図１５の（Ｂ）はドープファイ
バの本発明のスプライシング方法の実施形態を示す図で
ある。図１５の（Ａ）において左側に示されているのは
図１４の（Ａ）のドープファイバであり、右側に示され
ているのはこのドープファイバをスプライシング接続す
べき他のファイバである。ドープファイバのコア６１の
直径は右側のファイバのコア５１の直径よりも小さく、
ドープファイバの拡散領域６３の直径は右側のファイバ
のコア５１の直径にほぼ等しい。
【００８１】まず、図１５の（Ａ）に示されるように両
ファイバを端面同士突き合わせる。次いで、突き合わせ
た端面近傍の部分を例えばアーク放電により局部的に加
熱する。アーク放電は通常のスプライシング装置におけ
る対向電極間に発生する。
【００８２】そして、加熱部分を冷却することにより、
図１５の（Ｂ）に示されるようにスプライシング接続が
完了する。端面近傍の部分の局部的な加熱に際しては、
ドープファイバが拡散領域６３を有していることによ
り、接続端面近傍においてはドープファイバの高屈折領
域が実質的に拡大し、これにより、ドープファイバのコ
ア６１の直径は接続端面に近付くに従って連続的に増大
する。
【００８３】即ち、ドープファイバのコア６３の先端は
概略逆円錐形状をなす。このようになるのは、従来のド
ープファイバを用いたスプライシング方法と比べて、ス
プライシングのための加熱によって、屈折率を高めてい
るＧｅがコア６１から拡散領域６３に熱拡散して、コア
６１の直径が実質的に拡大するからである。
【００８４】また、スプライシング接続後においてドー
プファイバのコア６１の直径が連続的に変化しているの
は、局部加熱に際しての加熱中心から離れるのに従って
温度が低下するような温度勾配がスプライシングに際し
て生じているからである。
【００８５】このように本発明のスプライシング方法に
よると、接続点においてコア径が不連続になりにくいの
で、接続損失が小さくなる。本発明の適用によって、接
続損失を例えば０．０ｄＢ〜０．４ｄＢにすることがで
きる。
【００８６】図１６の（Ａ）及び図１６の（Ｂ）を参照
すると、本発明の第５実施形態におけるドープファイバ
の横断面構造及び屈折率分布がそれぞれ示されている。
このドープファイバは、コア７１と、コア７１を囲むク
ラッド７２とを備えている。
【００８７】コア７１のガラス組成は、Ｇｅ，Ｅｒ及び
Ａｌを含んでいる。クラッド７２のガラス組成は、コア
７１をその近傍で囲みＡｌを含む拡散領域７３と、拡散
領域７３及びコア７１間に介在し各ドーパントの濃度よ
りも低い不純物濃度のバリア領域７４とを有している。
【００８８】コア７１の屈折率は、Ｇｅがドープされて
いることにより、クラッド７２の屈折率よりも十分に高
く、これにより光導波構造が得られている。望ましく
は、バリア領域７４の厚みは、このドープファイバの製
造に際してのＭＣＶＤ及び線引きのための加熱によって
は拡散領域７３のＡｌがコア７１に到達しない程度に厚
く、且つ、このドープファイバの他のファイバとのスプ
ライシングに際しての局部的な加熱によってコア７１の
Ｇｅがコア７１から拡散領域７３に到達する程度に薄く
設定される。
【００８９】このドープファイバを用いて本発明のスプ
ライシング方法を実施することによっても、接続損失を
小さくすることができる。バリア領域７４の厚みの２つ
の条件のうち、前者は、屈折率が高く実質的にコアとし
て作用する部分の径がドープファイバの設計値と異なる
ようになるのを防止するための条件であり、後者は、本
発明のスプライシング方法の実施による接続損失の低減
を効果的にするための条件である。
【００９０】図１６の（Ａ）に示されるドープファイバ
においては、コア７１に代えて、図５の（Ａ）に示され
る第１実施形態のコア２１の構造を採用することもでき
る。この場合には、コア２１におけるＧｅがドープされ
る領域２３と拡散領域７３との間にバリア領域７４が介
在しているので、本発明のスプライシング方法に適用可
能で且つ増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファイ
バの提供が可能になる。
【００９１】図１７は本発明の光増幅器の実施形態を示
すブロック図である。この光増幅器は、第１端１２８Ａ
及び第２端１２８Ｂを有する本発明のドープファイバ１
２８と、ポンプ光を出力するポンプ光源１３０と、ＷＤ
Ｍ（波長分割多重）用の光カプラ１３２とを備えてい
る。
【００９２】光カプラ１３２は４つのポートを有してお
り、１つのポートには波長１．５５μｍ帯の信号光が供
給される。他の２つのポートはそれぞれポンプ光源１３
０及びドープファイバ１２８の第１端１２８Ａに接続さ
れ、残りの１つのポートは無反射終端にされている。
【００９３】ポンプ光源１３０としてはレーザダイオー
ドが用いられ、ポンプ光の波長は例えば０．９８μｍ帯
にある。信号光は光カプラ１３２を介してドープファイ
バ１２８にその第１端１２８Ａから入射し、ポンプ光は
光カプラ１３２で信号光に結合され、同じく第１端１２
８Ａからドープファイバ１２８に入射する。
【００９４】ポンプ光によりドープファイバ１２８が光
ポンピングされている状態で信号光が導波されると、誘
導放出の原理に従って信号光は増幅され、増幅された信
号光は、ドープファイバ１２８の第２端１２８Ｂから出
力される。
【００９５】増幅された信号光は、光バンドパスフィル
タ１３４を通って図示しない光伝送路に送出される。ド
ープファイバ１２８が例えば図５の（Ａ）に示される構
造を有している場合には、そのドープファイバのメリッ
トにより、広い増幅帯域即ちゲインチルトの小さい光増
幅器の提供が可能になる。
【００９６】一方、ドープファイバ１２８が図１４の
（Ａ）に示される構造を有している場合には、第１端１
２８Ａ及び／又は第２端１２８Ｂについての接続に本発
明のスプライシング方法を適用することによって、接続
損失が小さい即ち利得が大きい光増幅器の提供が可能に
なる。
【００９７】図１７には、信号光とポンプ光がドープフ
ァイバ内を同方向に導波される所謂フォワードポンピン
グの光増幅器が示されているが、信号光及びポンプ光が
ドープファイバ内を互いに逆方向に導波されるバックワ
ードポンピングを採用してもよい。
【００９８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のある側面
によると、増幅帯域の効果的な拡大が可能なドープファ
イバの提供が可能になるという効果が生じる。
【００９９】本発明の他の側面によると、ドープファイ
バに適したスプライシング方法の提供が可能になるとい
う効果が生じる。本発明の更に他の側面によると、本発
明のスプライシング方法に適用可能なドープファイバの
提供が可能になるという効果が生じる。
【０１００】本発明の別の側面によると、本発明のドー
プファイバを備えた高性能な光増幅器の提供が可能にな
るという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のドープファイバを示す図である。
【図２】従来の他のドープファイバを示す図である。
【図３】Ａｌが多いときのドーパント濃度の分布を示す
図である。
【図４】Ａｌが少ないときのドーパント濃度の分布を示
す図である。
【図５】本発明のドープファイバの第１実施形態を示す
図である。
【図６】ドープファイバの吸収の波長特性を示す図であ
る。
【図７】ドープファイバの放射の波長特性を示す図であ
る。
【図８】放射の半値幅とＡｌ濃度の関係を示す図であ
る。
【図９】Ａｌのプリフォーム直径方向の濃度分布を示す
図である。
【図１０】プリフォームの製造装置を示す図である。
【図１１】本発明のドープファイバの第２実施形態を示
す図である。
【図１２】本発明のドープファイバの第３実施形態を示
す図である。
【図１３】ドープファイバのスプライシング方法（従来
技術）を示す図である。
【図１４】本発明のドープファイバの第４実施形態を示
す図である。
【図１５】本発明のスプライシング方法の実施形態を示
す図である。
【図１６】本発明のドープファイバの第５実施形態を示
す図である。
【図１７】本発明の光増幅器の実施形態を示すブロック
図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１ コア ２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２ クラ
ッド １１４ 石英反応管 １２８ ドープファイバ １３０ ポンプ光源

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のガラス組成からなるコアと、 該コアを囲む第２のガラス組成からなるクラッドとを備
    え、 該コア及び該クラッドは光導波構造を提供するために断
    面方向に屈折率分布を有し、 上記第１のガラス組成は、 上記クラッドにより囲まれ屈折率を高めるための第１の
    ドーパントを含む第１の領域と、 該第１の領域により囲まれ光ポンピングにより増幅帯域
    を提供するための希土類の第２のドーパント及び該増幅
    帯域を拡大するための第３のドーパントを含む第２の領
    域と、 該第１及び第２の領域間に介在し上記第１乃至第３のド
    ーパントの濃度よりも低い不純物濃度の第３の領域とを
    有するドープファイバ。
  2. 【請求項２】 上記第２のガラス組成は、 上記第２及び第３のドーパントにそれぞれ対応する第４
    及び第５のドーパントを含む第４の領域と、 上記第１及び第４の領域間に介在し上記第１乃至第５の
    ドーパントの濃度よりも低い不純物濃度の第５の領域と
    を有する請求項１に記載のドープファイバ。
  3. 【請求項３】 上記第１及び第２のガラス組成の主成分
    はシリカであり、 上記第１、第２及び第３のドーパントはそれぞれゲルマ
    ニウム、エルビウム及びアルミニウムである請求項１又
    は２に記載のドープファイバ。
  4. 【請求項４】 第１のガラス組成からなるコアと、 該コアを囲む第２のガラス組成からなるクラッドとを備
    え、 該コア及び該クラッドは光導波構造を提供するために断
    面方向に屈折率分布を有し、 上記第１のガラス組成は屈折率を高めるための第１のド
    ーパントを含み、 上記第２のガラス組成は、 光ポンピングにより増幅帯域を提供するための希土類の
    第２のドーパント及び該光増幅帯域を拡大するための第
    ３のドーパントを含む第１の領域と、 該第１の領域及び上記コア間に介在し上記第１乃至第３
    のドーパントの濃度よりも低い不純物濃度の第２の領域
    とを有するドープファイバ。
  5. 【請求項５】 上記第１及び第２のガラス組成の主成分
    はシリカであり、 上記第１、第２及び第３のドーパントはそれぞれゲルマ
    ニウム、エルビウム及びアルミニウムである請求項４に
    記載のドープファイバ。
  6. 【請求項６】 第１のガラス組成からなるコアと、 該コアを囲む第２のガラス組成からなるクラッドとを備
    え、 該コア及び該クラッドは光導波構造を提供するために断
    面方向に屈折率分布を有し、 上記第１のガラス組成は、屈折率を高めるための第１の
    ドーパントと、光ポンピングにより増幅帯域を提供する
    ための第２のドーパントと、該増幅帯域を拡大するため
    の第３のドーパントとを含み、 上記第２のガラス組成は、上記第３のドーパントの濃度
    と同程度の濃度の第４のドーパントを含む拡散領域を上
    記コアの近傍に有しているドープファイバ。
  7. 【請求項７】 上記第１及び第２のガラス組成の主成分
    はシリカであり、 上記第１、第２及び第３のドーパントはそれぞれゲルマ
    ニウム、エルビウム及びアルミニウムである請求項６に
    記載のドープファイバ。
  8. 【請求項８】 上記第４のドーパントはアルミニウムで
    ある請求項７に記載のドープファイバ。
  9. 【請求項９】 上記第１のガラス組成は、 上記クラッドにより囲まれ上記第１のドーパントを含む
    第１の領域と、 該第１の領域により囲まれ上記第２及び第３のドーパン
    トを含む第２の領域と、 該第１及び第２の領域間に介在し上記第１乃至第３のド
    ーパントの濃度よりも低い不純物濃度の第３の領域とを
    有する請求項６に記載のドープファイバ。
  10. 【請求項１０】 上記第２のガラス組成は、上記拡散領
    域及び上記コア間に介在し上記第１乃至第４のドーパン
    トの濃度よりも低い不純物濃度のバリア領域を更に有す
    る請求項６に記載のドープファイバ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のドープファイバで
    あって、 上記バリア領域は予め定められた厚みを有し、 該予め定められた厚みは、該ドープファイバの製造に際
    しての加熱によっては上記第４のドーパントが上記コア
    に到達しない程度に厚く、且つ、該ドープファイバの他
    のファイバとのスプライシングに際しての加熱によって
    上記第１のドーパントが上記コアから上記拡散領域に到
    達する程度に薄く設定されるドープファイバ。
  12. 【請求項１２】 そのいずれか一方から信号光を供給さ
    れる第１端及び第２端を有するドープファイバと、 ポンプ光を出力するポンプ光源と、 該ポンプ光源並びに上記ドープファイバの第１端及び第
    ２端の少なくともいずれか一方に動作的に接続され上記
    ポンプ光を上記ドープファイバに供給する光結合手段と
    を備え、 上記ドープファイバは請求項１乃至１１のいずれかに記
    載のものである光増幅器。
  13. 【請求項１３】 ドープファイバ及び他のファイバを端
    面同士突き合わせるステップと、 該ドープファイバ及び該他のファイバの端面近傍の部分
    を局部的に加熱してこれらを接続するステップとを備え
    たドープファイバのスプライシング方法であって、 上記ドープファイバは、 第１のガラス組成からなる第１のコアと、 該第１のコアを囲む第２のガラス組成からなる第１のク
    ラッドとを備え、 該第１のコア及び該第１のクラッドは光導波構造を提供
    するために断面方向に屈折率分布を有し、 上記第１のガラス組成は、屈折率を高めるための第１の
    ドーパントと、光ポンピングにより増幅帯域を提供する
    ための第２のドーパントと、該増幅帯域を拡大するため
    の第３のドーパントとを含み、 上記第２のガラス組成は、上記第３のドーパントの濃度
    と同程度の濃度の第４のドーパントを含む拡散領域を上
    記コアの近傍に有しており、 上記他のファイバは、第２のコアと、該第２のコアを囲
    む第２のクラッドとを備え、 上記第１のコアの直径は上記第２のコアの直径よりも小
    さい方法。
  14. 【請求項１４】 上記拡散領域の外径は上記第２のコア
    の直径にほぼ等しい請求項１３に記載の方法。
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