(57)【要約】【課題】  光増幅効率の高い光ファイバ増幅器を実現できる光ファイバカプラ、及び、これを用いた光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】  光ファイバカプラ１００は、第１コア部１１と、第１コア部１１を被覆する第１クラッド部１３とを有する第１光ファイバ１０と、第２コア部２１を有する第２光ファイバ２０と、第１光ファイバ１０の長手方向と第２光ファイバ２０の長手方向とが同一方向となるように並べられて第１光ファイバ１０の第１クラッド部１３と第２光ファイバ２０の第２コア部２１とを融着させることで形成された融着延伸部１１０とを備えており、融着延伸部１１０の長さをＸｍｍとして、融着延伸部の最小幅をＹμｍとした場合に、Ｘ及びＹが、６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）という関係式を満たすことを特徴とするものである。【選択図】    図１
2010169891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コア部と、前記第１コア部を被覆する第１クラッド部とを有し、前記第１コア部により、第１波長の光をシングルモード光として伝播可能であり、かつ、前記第１コア部と前記第１クラッド部とにより、前記第１波長の光と異なる波長の第２波長の光をマルチモード光として伝播可能である第１光ファイバと、
第２コア部を有し、前記第２コア部により、前記第２波長の光をマルチモード光として伝播可能である第２光ファイバと、
前記第１光ファイバの長手方向と前記第２光ファイバの長手方向とが同一方向となるように並べられて前記第１光ファイバの前記第１クラッド部と前記第２光ファイバの前記第２コア部とを融着させることで形成された融着延伸部と、
を備えており、
前記融着延伸部の長さをＸｍｍとして、前記融着延伸部の最小幅をＹμｍとした場合に、Ｘ及びＹが、
６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）
という関係式を満たす
ことを特徴とする光ファイバカプラ。
【請求項２】
励起光により信号光を増幅する光ファイバ増幅器であって、
請求項１に記載の光ファイバカプラと、
前記第１波長の光が信号光として入力される入力端を有し、前記入力端から入力される前記信号光を前記光ファイバカプラの前記第１光ファイバにおける一端側から前記第１コア部に入力する入力部と、
前記第２波長の光が励起光として出力される励起光源を有し、前記励起光源から出力される前記励起光を、前記融着延伸部を基準とした前記光ファイバカプラの前記第２光ファイバにおける前記第１光ファイバの前記一端側と同じ側から前記第２コア部に入力する励起光源部と、
前記光ファイバカプラの前記第１光ファイバにおける他端側から出力される前記信号光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起される少なくとも１種類の希土類元素が添加されるコア部、及び、前記コア部を被覆するクラッド部を有する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバから出力される信号光が出力される出力部と、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
前記第１光ファイバのコア部は希土類元素が添加され、前記増幅用光ファイバと前記第１光ファイバとが同じ構成であり、前記増幅用光ファイバは、前記第１光ファイバを延長させてなる延長部分であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバカプラ及び光ファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた光通信システムでは、信号光を長距離に亘って伝送する為に、信号光の伝送経路の途中に信号光を光増幅する光ファイバ増幅器が配置される場合がある。光ファイバ増幅器には、信号増幅用光ファイバが用いられる。この信号増幅用光ファイバにおいては、コア部に希土類元素が添加され、信号光と励起光とが入力される。そして、励起光がコア部を通過する際にコア部に添加された希土類元素が励起され、そのとき誘導放出光が放出され、コア部を伝播する信号光が増幅される。
【０００３】
この信号増幅用光ファイバに信号光と励起光とを供給するために、光ファイバカプラが用いられる。この様な光ファイバカプラとして、信号光を伝送する光ファイバと励起光を伝送する光ファイバとが融着延伸され、融着延伸部が形成された光ファイバカプラが知られている。このような光ファイバカプラにおいては、融着延伸部において、信号光を伝播する光ファイバに励起光が入力され、信号光と励起光とが同じ光ファイバから出力される。
【０００４】
下記特許文献１には、このような光ファイバカプラ及びそれを用いた光ファイバ増幅器の一例が記載されている。この光ファイバ増幅器に用いられる光ファイバカプラは、コア及びクラッドを有するシングルモードファイバと、コア及びクラッドを有するマルチモードファイバとが捩り合わされて融着延伸され、融着延伸部が形成されている。そして、シングルモードファイバにおいてシングルモード光として伝播される信号光、及び、マルチモードファイバにおいてマルチモード光として伝播される励起光は、光ファイバカプラに入力されると、それぞれシングルモード光及びマルチモード光として伝播され、光ファイバカプラから増幅用光ファイバに入力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９８０２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の光ファイバカプラにおいては、シングルモードファイバとマルチモードファイバとが捩り合わされて融着延伸されている。このため、融着延伸部において、シングルモードファイバのコアとクラッドとの界面に損傷が生じたり、シングルモードファイバのコアとマルチモードファイバのコアやクラッドとが融着されたりする場合がある。これら場合、シングルモードファイバのコアからシングルモード光として伝播される信号光の損失が起き易い。このため、信号光を光ファイバカプラのシングルモードファイバから入力しても、増幅用光ファイバに信号光があまり入力されないという問題がある。
【０００７】
さらに、上記特許文献１に記載の光ファイバカプラにおいては、光ファイバカプラに入力された励起光は、マルチモード光として伝播され、融着延伸部からシングルモードファイバを経由して出力され増幅用光ファイバに入力される。しかし、マルチモード光は、シングルモードファイバに対する結合が非常に弱いため、励起光は、シングルモードファイバに殆ど入力されない。このため、励起光を光ファイバカプラのマルチモードファイバから入力しても、増幅用光ファイバに励起光があまり入力されないという問題がある。
【０００８】
このため特許文献１に記載の光ファイバ増幅器は、増幅用光ファイバから出力の高い信号光が得られず、光増幅効率が悪いという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、光増幅効率の高い光ファイバ増幅器を実現できる光ファイバカプラ、及び、これを用いた光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明者らは、第１コア部と、第１コア部を被覆する第１クラッド部と、第１クラッド部を被覆する第１樹脂クラッド部を有する第１光ファイバと、第２コア部と、第２コア部を被覆する第２樹脂クラッド部とを有する第２光ファイバとにより、融着延伸部を形成した光ファイバカプラを検討した。第１光ファイバの第１コア部は、第１波長の光をシングルモード光として伝播が可能であり、第１光ファイバの第１コア部及び第１クラッド部により第２波長の光をマルチモード光として伝播が可能なものである。また、第２光ファイバの第２コア部は、第２波長の光をマルチモード光として伝播が可能なものである。さらに融着延伸部は、第１光ファイバと第２光ファイバとを捩らずに、第１光ファイバの長手方向と第２光ファイバの長手方向とが同一方向となるように並べて、第１光ファイバの一部において第１クラッド部を露出させ、前記第２光ファイバにおいて前記第２コア部を露出させて、第１光ファイバの第１クラッド部と第２光ファイバの第２コア部とを融着させてなるものである。
【００１１】
このように構成することで、上記特許文献１に記載の光ファイバカプラにおける、シングルモードファイバとマルチモードファイバとの捩り合わせをなくした。その結果、融着延伸部における第１光ファイバの第１コア部と第１クラッド部との界面への損傷が抑制され、上記課題は解決できると思えた。
【００１２】
しかし、このように構成した光ファイバカプラでも、未だシングルモード光として伝播される第１波長の光が第１コア部から漏えいすることによる損失が大きい場合や、マルチモード光として伝播される第２波長の光の第２光ファイバから第１光ファイバへの入力が小さい場合があることが本発明者らの研究により明らかになった。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねて、本発明をするに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の光ファイバカプラは、第１コア部と、前記第１コア部を被覆する第１クラッド部とを有し、前記第１コア部により、第１波長の光をシングルモード光として伝播可能であり、かつ、前記第１コア部と前記第１クラッド部とにより、前記第１波長の光と異なる波長の第２波長の光をマルチモード光として伝播可能である第１光ファイバと、第２コア部を有し、前記第２コア部により、前記第２波長の光をマルチモード光として伝播可能である第２光ファイバと、前記第１光ファイバの長手方向と前記第２光ファイバの長手方向とが同一方向となるように並べられて前記第１光ファイバの前記第１クラッド部と前記第２光ファイバの前記第２コア部とを融着させることで形成された融着延伸部と、を備えており、前記融着延伸部の長さをＸｍｍとして、前記融着延伸部の最小幅をＹμｍとした場合に、Ｘ及びＹが、
６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）
という関係式を満たすことを特徴とするものである。
【００１４】
このような光ファイバカプラにおいて、第１光ファイバの第１コア部によりシングルモード光として伝播される第１波長の光を第１光ファイバに入力し、第２光ファイバの第２コア部によりマルチモード光として伝播される第１波長の光と異なる波長の第２波長の光を第２光ファイバに入力する。このとき、融着延伸部は、第１光ファイバの長手方向と第２光ファイバの長手方向とが同一方向となるように並べられて、第１光ファイバの第１クラッド部と第２光ファイバの第２コア部とが融着延伸され、融着延伸部が形成されている。この融着延伸部の長さをＸｍｍとして、融着延伸部の最小幅をＹμｍとした場合に、Ｘ及びＹは、
６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ
という関係式を満たしていることで、第１光ファイバによりシングルモード光として伝播される第１波長の光は、融着延伸部において第１コア部から漏えいすることによる損失が２０％より小さく抑制される。従って、光ファイバカプラから出力される第１波長の光の出力を高くすることができる。上記関係式を満たしている場合に、第１光ファイバによりシングルモード光として伝播される第１波長の光の第１コア部から漏えいすることによる損失が抑制できる理由は明らかではないが、本発明者らは、上記関係式を満たしている光ファイバカプラにおいては、第１光ファイバのコア部と第１クラッド部との界面の融着延伸による損傷が殆ど生じないためであると考えている。
【００１５】
さらに、融着延伸部において、Ｘ及びＹは、
Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）
という関係式を満たしていることで、第２光ファイバのコア部によりマルチモード光として伝播される第２波長の光が融着延伸部に入力されるとき、第２波長の光を４０％より大きい割合で第１光ファイバの第１クラッド部に入力することができる。従って、光ファイバカプラの第１光ファイバから出力される第２波長の光の出力を高くすることができる。
【００１６】
なお、このような第１波長の光としては、光通信に用いられる信号光が挙げられ、第２波長の光としては、光通信に用いられる光ファイバ増幅器において、信号光を増幅するための励起光が挙げられる。
【００１７】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、励起光により信号光を増幅する光ファイバ増幅器であって、前記の光ファイバカプラと、前記第１波長の光が信号光として入力される入力端を有し、前記入力端から入力される前記信号光を前記光ファイバカプラの前記第１光ファイバにおける一端側から前記第１コア部に入力する入力部と、前記第２波長の光が励起光として出力される励起光源を有し、前記励起光源から出力される前記励起光を、前記融着延伸部を基準とした前記光ファイバカプラの前記第２光ファイバにおける前記第１光ファイバの前記一端側と同じ側から前記第２コア部に入力する励起光源部と、前記光ファイバカプラの前記第１光ファイバにおける他端側から出力される前記信号光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起される少なくとも１種類の希土類元素が添加されるコア部、及び、前記コア部を被覆するクラッド部を有する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバから出力される信号光が出力される出力部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
このような光ファイバ増幅器においては、励起光源から出力され、光ファイバカプラの第２光ファイバに入力される励起光は、光ファイバカプラにおいてマルチモード光として伝播されて第２光ファイバから第１光ファイバに入力される。この際、光ファイバカプラの融着延伸部に入力される励起光のうち４０％より大きな割合の励起光が、第２光ファイバから第１光ファイバに入力される。また、入力部の入力端から入力され光ファイバカプラに伝播される信号光は、光ファイバカプラおいてシングルモード光として伝播される。このとき融着延伸部において、信号光の第１コア部から漏えいすることによる損失が２０％以内に抑制される。このため、光ファイバカプラから出力値の高い信号光と励起光とが出力される。この出力値の高い励起光が増幅用光ファイバに入力されるため、励起光による希土類元素の励起により放出される誘導放出光の強度が高くなる。さらに出力値の高い信号光が、増幅用光ファイバに入力されるため、誘導放出光によって非常に大きい信号光を得ることができる。従って、出力値の高い信号光を出力部から出力することができる。つまり、入力部から入力される信号光の強度に対して、出力の高い信号光を出力部から出力することができる。よって、このような光ファイバ増幅器は、効率よく信号光の増幅を行うことができる。
【００１９】
さらに、前記光ファイバ増幅器において、前記第１光ファイバのコア部は希土類元素が添加され、前記増幅用光ファイバと前記第１光ファイバとが同じ構成であり、前記増幅用光ファイバは、前記第１光ファイバを延長させてなる延長部分であることが好適である。このような構成にすれば、光ファイバカプラと増幅用光ファイバとの間に接合部がないため、接合部による光の損失を抑制することができる。このため、信号光及び励起光の損失をより少なくすることができる。よって、より高い効率で信号光を増幅することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光増幅効率の高い光ファイバ増幅器を実現できる光ファイバカプラ、及び、これを用いた光ファイバ増幅器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の係る光ファイバカプラを示す平面図である。
【図２】第１光ファイバの断面図及び屈折率分布を示す図である。
【図３】第２光ファイバの断面図及び屈折率分布を示す図である。
【図４】本発明に係る光ファイバ増幅器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて詳細に説明する。
【００２３】
（光ファイバカプラ）  図１は、本発明の係る光ファイバカプラ１００を示す平面図である。また、図２は、図１に示す光ファイバカプラ１００に用いられる第１光ファイバの断面図、及び、第１光ファイバの屈折率分布を示す図である。また、図３は、図１に示す光ファイバカプラ１００に用いられる第２光ファイバの断面図、及び、第２光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【００２４】
図１に示すように、光ファイバカプラ１００は、第１波長の光をシングルモード光として伝播可能であり、第１波長の光と異なる波長の第２波長の光をマルチモード光として伝播が可能な第１光ファイバ１０と、第２波長の光をマルチモード光として伝播が可能な第２光ファイバ２０と、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とが融着延伸されることで形成され、第２光ファイバ２０によりマルチモード光として伝播される励起光を第１光ファイバに入力するための融着延伸部１１０とを備えている。
【００２５】
まず、第１光ファイバ、第２光ファイバについて説明する。
【００２６】
図２の（Ａ）に示すように、第１光ファイバ１０は、第１光ファイバ１０の中心に設けられた第１コア部１１と、第１コア部１１を被覆する第１クラッド部１３と、第１クラッド部１３を被覆する第１樹脂クラッド部１５とを有している。
【００２７】
第１コア部１１の直径は、特に制限されるものではないが、第１波長の光をシングルモード光として伝播可能とするため９００〜１７００ｎｍであり、特に第１波長をλ１とした場合にλ１＞０．０９×（第１コア部１１の直径）であることが好ましい。なお、第１波長の光が光通信に用いられる信号光である場合、第１波長λ１は、一般に波長が１２００〜１６５０ｎｍである。
【００２８】
また、第１クラッド部１３の外径は、特に制限されるものではないが、例えば１００〜１２５μｍである。なお、第２波長の光が、光通信に用いられる光ファイバ増幅器において、上記の信号光を増幅するための励起光である場合、第２波長λ２は、一般に波長が９００〜１０００ｎｍである。
【００２９】
第１光ファイバの第１コア部１１の材料としては、石英（ＳｉＯ２）に、アルミニウム（Ａｌ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を上げる金属元素が添加さているものが挙げられる。また、第１クラッド部１３の材料としては、石英にフッ素（Ｆ）が添加されているものが挙げられる。さらに、第１樹脂クラッド部１４の材料としては、透明樹脂が挙げられ、例えば、アクリル系の紫外線硬化型樹脂が挙げられる。
【００３０】
また、図２の（Ｂ）に示すように、第１コア部１１の屈折率は、第１波長の光をシングルモード光として伝播が可能なように、第１クラッド部１３の屈折率よりも高くなっている。ここで、第１コア部１１と第１クラッド部１３との屈折率差は、０．２％以上であることが、シングルモード光の伝播の観点から好ましい。さらに、第１樹脂クラッド部１５の屈折率は、第１クラッド部１３の屈折率よりも大幅に低くされている。
【００３１】
第２光ファイバ２０は、図３の（Ａ）に示すように、第２コア部２１と、第２コア部２１を被覆する第２樹脂クラッド部２５とを有している。
【００３２】
第２コア部２１の直径は、特に制限されるものではないが、例えば１００〜１２５μｍである。
【００３３】
また、図３の（Ｂ）に示すように、第２コア部２１の屈折率は、第２波長の光をマルチモード光として伝播が可能なように、第２樹脂クラッド部２５の屈折率より大幅に高くされている。さらに、第２コア部２１の屈折率は、第１光ファイバ１０の第１クラッド部１３の屈折率と同じであるか、第１クラッド部１３の屈折率よりも低く、屈折率差の範囲が０．５％より小さくされることが、マルチモード光の結合の観点から好ましい。
【００３４】
第２光ファイバの第２コア部２１の材料としては、石英（ＳｉＯ２）に、屈折率を高める材料として、アルミニウム（Ａｌ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を上げる金属元素や、屈折率を下げるフッ素（Ｆ）が添加されているものが挙げられる。さらに、第２樹脂クラッド部２５の材料としては、透明樹脂が挙げられ、例えば、アクリル系の紫外線硬化型樹脂が挙げられる。
【００３５】
次に、融着延伸部１１０の説明をする。
【００３６】
図１に示すように、融着延伸部１１０は、前述のように第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とが融着延伸されることで形成されている。具体的には、融着延伸部１１０は、第１光ファイバ１０の第１樹脂クラッド部１５の一部、及び、第２光ファイバ２０の第２樹脂クラッド部２５の一部が除去されて、第１光ファイバ１０の長手方向と第２光ファイバ２０の長手方向とが同一方向となるように並べられて、第１光ファイバ１０の第１クラッド部１３と、第２光ファイバ２０の第２コア部２１とが融着延伸され形成されている。
【００３７】
融着延伸部１１０の長手方向に沿って、第１光ファイバ１０の一端側が入力端１０ａとされ、他端側が出力端１０ｂとされる。また、融着延伸部１１０の長手方向に沿って、融着延伸部１１０を基準として、第２光ファイバ２０における第１光ファイバ１０の入力端１０ａと同じ側が、第２光ファイバ２０の入力端２０ａとなり、第２光ファイバ２０における第１光ファイバ１０の出力端１０ｂと同じ側が、第２光ファイバ２０の出力端２０ｂとなる。
【００３８】
なお、本実施形態において、融着延伸部１１０は、融着延伸部１１０の長手方向の中心部１１２における幅が最も小さく形成されている。そして、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とが分岐する融着延伸部の端部における幅が最も大きく形成されている。
【００３９】
また、融着延伸部１１０は、融着延伸部１１０の長さをＸｍｍとして、さらに、融着延伸部の最も小さい幅をＹμｍとした場合に、Ｘ及びＹは、
６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）
という関係式を満たしている。
【００４０】
次に光ファイバカプラ１００の作用について説明する。
【００４１】
第１光ファイバ１０の第１コア部１１をシングルモード光として伝播される第１波長の光を第１光ファイバ１０に入力すると、第１光ファイバ１０の第１コア部１１により第１波長の光がシングルモード光として伝播される。一方、第２光ファイバ２０の第２コア部２１をマルチモード光として伝播される第２波長の光を第２光ファイバ２０に入力すると、第２光ファイバ２０により第２波長の光がマルチモード光として伝播される。
【００４２】
このとき、この融着延伸部１１０は、第１光ファイバ１０の長手方向と第２光ファイバ２０の長手方向とが同一方向となるように並べられて、第１光ファイバ１０の第１クラッド部１３と第２光ファイバ２０の第２コア部２１とが融着延伸され形成されている。この融着延伸部の長さをＸｍｍとして、融着延伸部の最小幅をＹμｍとした場合に、Ｘ及びＹは、
６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ
という関係式を満たしていることで、第１光ファイバ１０の第１コア部１１をシングルモード光として伝播する第１波長の光は、コア部１１から漏えいすることによる損失が２０％よりも小さく抑制される。従って、光ファイバカプラ１００から出力の高い信号光を出力することができる。
【００４３】
この関係式を満たしている場合、シングルモード光として伝播する第１波長の光の第１コア部１１から漏えいすることによる損失が２０％より小さな理由は定かではないが、第１光ファイバ１０の第１コア部１１と第１クラッド部１３との界面が融着延伸による損傷が殆ど生じずに、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とが融着されているためであると本発明者らは考えている。
【００４４】
また、融着延伸部１１０において、Ｘ及びＹは、
Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）
という関係式をも満たしていることで、第２光ファイバ２０をマルチモード光として伝播する第２波長の光のうち４０％より大きな割合の第２波長の光が、第１光ファイバ１０へ入力される。従って、光ファイバカプラ１００から出力する第２波長の光の出力値が高くされる。なお、融着延伸部１１０に入力する第２波長の光のうち、第１光ファイバ１０に入力されない第２波長の光は、第２光ファイバ２０の出力端２０ｂから出力し、意図しない反射等により光源を損傷することが防止される。
【００４５】
また、仮に光ファイバカプラ１００の融着延伸部１１０において、第１波長の光の第１コア部１１から漏えいすることによる損失が大きい場合、第１コア部１１から漏えいした第１波長の光がクラッド部をマルチモード光として伝播し光源に向かって反射され、光源を損傷する等の不具合が生じる場合がある。しかし、本実施形態の光ファイバカプラ１００においては、融着延伸部１１０をシングルモード光として伝播する第１波長の光の第１コア部１１からの漏えいによる損失が２０％より小さいため、これらの不具合が生じることを防止できる。
【００４６】
（光ファイバ増幅器）  次に、本発明の光ファイバ増幅器について説明する。
【００４７】
図４は、本発明に係る光ファイバ増幅器を示す図である。
【００４８】
図４に示す様に、光ファイバ増幅器１は、光ファイバカプラ１００と、第１波長の光が信号光として入力され光ファイバカプラ１００に信号光を伝播する入力部５８と、第２波長の光が励起光として出力され励起光を光ファイバカプラ１００に伝播する励起光源部５３と、光ファイバカプラ１００から出力された信号光を増幅する増幅用光ファイバ５５と、増幅用光ファイバ５５からの信号光を出力するための出力部５７とを主な構成要素として備えている。
【００４９】
入力部５１は、図示しない信号光を出力する光源に接続され、光源からの信号光が入力される入力端５１ａと、入力端５１ａから入力された信号光を光ファイバカプラ１００の第１光ファイバ１０の入力端１０ａに伝播する信号光伝播用の光ファイバ５１ｂから構成されている。
【００５０】
励起光源部５３は、入力部５１から入力され伝播された信号光を増幅するための励起光を出力する励起光源５３ａと、励起光源５３ａから出力される励起光を、光ファイバカプラ１００の入力端２０ａへ伝播する励起光伝播用の光ファイバ５３ｂとから構成されている。
【００５１】
光ファイバカプラ１００は、信号光伝播用の光ファイバ５１ｂから伝播された信号光をシングルモード光として伝播し、さらに、励起光伝播用の光ファイバ５３ｂから伝播された励起光をマルチモード光として伝播して、信号光及び励起光を第１光ファイバの出力端１０ｂから出力する。
【００５２】
増幅用光ファイバ５５は、希土類元素が添加されるコア部と、コア部を被覆するクラッド部と、クラッド部を被覆する樹脂クラッド部とを有している。光ファイバカプラ１００の第１光ファイバ１０の出力端１０ｂから出力される信号光は、増幅用光ファイバのコア部を伝播し、また、第１光ファイバ１０の出力端１０ｂから出力される励起光は、増幅用光ファイバのクラッド部と樹脂クラッド部との界面の内側を伝播する。そして、励起光が、コア部を通過するとき、コア部に添加された希土類元素が励起光により励起されて誘導放出光を放射し、この誘導放出光により信号光が増幅される。増幅された信号光は、出力部５７から外部へ出力される。
【００５３】
また、励起光放出用の光ファイバ５６は、光ファイバカプラ１００で伝播される励起光のうち第１光ファイバ１０に入力されず、光ファイバカプラ１００における第２光ファイバ２０の出力端２０ｂから放出される励起光を増幅器の外部に放出する。
【００５４】
本実施形態の光ファイバ増幅器１によれば、励起光源部５３から出力された第２波長の励起光は、光ファイバカプラ１００において、マルチモード光として伝播されて第２光ファイバ２０から第１光ファイバ１０に入力される。この際、光ファイバカプラ１００の融着延伸部１１０に入力される励起光のうち４０％より大きな割合の励起光が、第２光ファイバ２０から第１光ファイバ１０に入力される。また、光ファイバカプラ１００の融着延伸部１１０において、第１波長の信号光がシングルモード光として伝播され、このとき信号光の損失が２０％以内に抑制される。このため、光ファイバカプラ１００から出力値の高い信号光と励起光とが出力される。この出力値の高い励起光が増幅用光ファイバに入力されるため、励起光による希土類元素の励起により放出される誘導放出光の強度が高くなる。さらに出力値の高い信号光が、増幅用光ファイバに入力されるため、誘導放出光によって非常に大きい信号光を得ることができる。従って、出力の高い信号光を出力部５７から出力することができる。つまり、入力端５０から入力される信号光の入力値に対して、出力値の高い信号光を出力部５７から出力することができる。別言すれば、光ファイバ増幅器１は、効率よく信号光の増幅を行うことができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではない。
【００５６】
例えば、第１光ファイバ１０のコア部１１に希土類元素が添加され、増幅用光ファイバ５５と第１光ファイバ１０とが同じ構成とされても良い。この場合、増幅用光ファイバ５５は、第１光ファイバ１０を延長させてなる延長部分により構成されても良い。このようにすることで、光ファイバカプラ１００の第１光ファイバ１０と増幅用光ファイバ５５との間に接合部が生じないため、光の損失が抑制される。このため、信号光及び励起光の損失をより少なくすることができる。よって、より高い効率で信号光を増幅することができる。
【００５７】
さらに、上記に加えて、信号光伝播用の光ファイバ５１ｂが、増幅用光ファイバ５５と同じ構成とされても良い。この場合、信号光伝播用の光ファイバ５１ｂは、第１光ファイバ１０を増幅用光ファイバ５５とは逆側に延長した延長部分により構成されても良い。この場合、入力端から出力端まで、接合部が生じないようにすることができ、信号光の損失をさらに低減することができる。さらに、この場合、入力端から出力端まで接合部のない１本の光ファイバで構成することができるため、光ファイバ増幅器１を安価に製造することができる。
【００５８】
また、第１光ファイバ１０と増幅用光ファイバ５５とが同じ構成では無い場合において、第１光ファイバ１０と信号光伝播用の光ファイバ５１ｂとが同じ構成とされて、第１光ファイバ１０を延長してなる延長部分が信号光伝播用の光ファイバ５１ｂとされても良い。
【００５９】
また、本実施形態において、第２光ファイバ２０と励起光伝播用の光ファイバ５３ｂとが同じ構成とされても良い。この場合、第２光ファイバ２０を延長させてなる延長部分が励起光伝播用の光ファイバ５３ｂとされても良い。このようにすることで、第２光ファイバ２０と励起光伝播用の光ファイバ５３ｂとの間に接合部が生じないようにすることができ、励起光の損失が抑制される。このため、より強度の強い励起光を光ファイバカプラ１００に入力することができる。よって、より高い効率で信号光を増幅することができる。
【００６０】
さらに、上記に加えて、励起光放出用の光ファイバ５６が第２光ファイバと、同じ構成とされても良い。この場合、第２光ファイバ２０を励起光伝播用の光ファイバ５３ｂとは逆に延長させてなる延長部分を励起光放出用の光ファイバ５６として構成しても良い。こうすることで、第２光ファイバ２０と励起光放出用の光ファイバ５６と励起光伝播用の光ファイバ５３ｂとを接合部のない１本の光ファイバで構成することができるため、光ファイバ増幅器１を安価に製造することができる。
【００６１】
また、第２光ファイバ２０において、コア部２１の中心にシングルモード光が伝播可能なシングルモード用のコア部が設けられていても良い。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【００６３】
（実施例１〜２１）  まず、実施例１〜２１に対して同じ、第１光ファイバ、第２光ファイバを準備した。第１光ファイバの第１コア部は、直径を１０μｍとし、ゲルマニウムを２．７ｍｏｌ％添加した。第１クラッド部は、外径を１２５μｍとし、ドーパントを添加していない石英ガラスを用いた。こうして、第１コア部の屈折率を第１クラッド部の屈折率よりも０．２５％高くした。第１樹脂クラッド部は、紫外線硬化樹脂を用いて、外径を１５０μｍとして、第１クラッド部より屈折率を３％低くした。また、第２光ファイバの第２コア部は、直径を１２５μｍとし、ドーパントを添加していない石英ガラスを用いた。第２樹脂クラッド部は、紫外線硬化樹脂を用いて、外径を１５０μｍとして、第２コア部より屈折率を３％低くした。
【００６４】
次に、実施例１〜２１について、各第１光ファイバの第１樹脂クラッド部の一部及び第２光ファイバの第２樹脂クラッド部の一部をそれぞれ除去し、第１光ファイバの第１樹脂クラッド部が除去された部分と第２光ファイバの第２樹脂クラッド部が除去された部分とを酸水素バーナーを用いて融着延伸して光ファイバカプラを作成した。このときの融着延伸部の長さＸ及び最小幅Ｙを表１に示す値とした。各実施例において、表１に示すＸ及びＹは、
６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）
を満たしている。
【表１】
2010169891.tif 000003
【００６５】
（比較例１〜１４）  融着延伸部の長さＸ及び最小幅Ｙを表２に示す値としたこと以外は、実施例１と同様の光ファイバカプラを作成した。比較例１〜９の光ファイバカプラは、
Ｙ＜２５０ｅｘｐ（−４／Ｘ）
を満たしておらず、比較例１０〜１４の光ファイバカプラは、
６１＋ｅｘｐ（Ｘ／７）＜Ｙ
を満たしていない。
【表２】
2010169891.tif 000004
【００６６】
次に、実施例１〜２１の光ファイバカプラの第１光ファイバの第１コア部に中心波長１０３２ｎｍで強度が１０ｍＷの信号光を入力し、第２光ファイバの第２コア部に中心波長９７５ｎｍで強度が４Ｗの励起光を入力した。このときの信号光は、第１光ファイバをシングルモード光として伝播する波長であり、励起光は、第２光ファイバと第１光ファイバをマルチモード光として伝播する波長である。
【００６７】
このときの融着延伸部における信号光の損失の比率、及び、励起光の第１光ファイバへの入力の比率を表１に示す。表１に示すように実施例１〜２１の光ファイバカプラは、信号光の損失が２０％以下に抑制され、励起光の第１光ファイバへの入力が４０％以上であることが確認された。よって実施例１〜２１の光ファイバカプラからの信号光及び励起光の出力が高いことが分かった。
【００６８】
次に各比較例の実施例１と同様に信号光及び励起光の入力をした。このときの融着延伸部における信号光の損失比率、及び、励起光の第１光ファイバへの入力の比率を表１に示す。表１に示すように比較例１〜９の光ファイバカプラは、励起光の第１光ファイバへの入力が４０％より小さくなり、比較例１０〜１４の光ファイバカプラは、信号光の損失が２０％より大きくなることが確認された。よって比較例１〜９の光ファイバカプラからの励起光の出力が低く、比較例１０〜１４の光ファイバカプラからの信号光の出力が低いことが分かった。
【００６９】
以上より、本発明の光ファイバカプラによれば、光ファイバカプラからの信号光と励起光の出力が高いことが分かった。従って、本発明の光ファイバカプラを用いることにより、高い増幅効率を有する光ファイバ増幅器を実現できるものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、光増幅効率の高い光ファイバ増幅器を実現できる光ファイバカプラ、及び、これを用いた光ファイバ増幅器が提供される。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・光ファイバ増幅器
１０・・・第１光ファイバ
１１・・・第１コア部
１３・・・第１クラッド部
１５・・・第１樹脂クラッド部
２０・・・第２光ファイバ
２１・・・第２コア部
２５・・・第２樹脂クラッド部
５１・・・入力部
５３・・・励起光源部
５５・・・増幅用光ファイバ
５７・・・出力部
１００・・・光ファイバカプラ
１１０・・・融着延伸部
【図１】
2010169891.tif 000005
【図２】
2010169891.tif 000006
【図３】
2010169891.tif 000007
【図４】
2010169891.tif 000008