(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスパイプと；
一端に信号光が入力される入力ポートを有し、他端に出力ポートを有する中間部分が前記ガラスパイプ内に挿入された第１光ファイバと；
励起光が入力されるように適合した一端部を有し、前記ガラスパイプ内に挿入されて前記第１光ファイバに融着された第２光ファイバと；
一端に出力ポートを有し、他端が前記第１光ファイバの出力ポート側から前記ガラスパイプ内に挿入されて前記第１及び第２光ファイバに融着された第３光ファイバと；
融着された前記第１、第２及び第３光ファイバと前記ガラスパイプ間に充填され、該第１、第２及び第３光ファイバの融着延伸部分のクラッド外周全体を覆うように、前記ガラスパイプと前記第１、第２及び第３光ファイバに共に融着された希土類ドープ光増幅媒質とを具備し；
前記第１、第２及び第３光ファイバはそれぞれコア及びクラッド中に光増幅用の希土類元素を含まないことを特徴とする光増幅カプラ。
【請求項２】
前記希土類ドープ光増幅媒質はＥｒ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｔｍからなる群から選択された元素を含んでいる請求項１記載の光増幅カプラ。
【請求項３】
前記希土類ドープ光増幅媒質はＥｒを含んでおり、前記第１乃至第３光ファイバのクラッドの屈折率より低い屈折率を有している請求項１記載の光増幅カプラ。
【請求項４】
前記希土類ドープ光増幅媒質はＢを含んでいる請求項３記載の光増幅カプラ。
【請求項５】
前記希土類ドープ光増幅媒体はＡｌをさらに含んでいる請求項４記載の光増幅カプラ。
【請求項６】
前記ガラスパイプと前記希土類ドープ光増幅媒質との間にＦをドープしたガラス膜を更に含んでいる請求項４記載の光増幅カプラ。
【請求項７】
前記第３光ファイバは複数本の光ファイバから構成され、前記第２光ファイバが前記第１光ファイバ及び前記複数本の第３光ファイバの中心に配置されている請求項１記載の光増幅カプラ。
【請求項８】
前記第１光ファイバ及び前記第３光ファイバの各出力ポートはＡＳＥ光及び励起光残留成分を除去するための光フィルタを有している請求項１記載の光増幅カプラ。
【請求項９】
前記第２光ファイバの前記一端部に励起光を入力する励起光源と；
前記第１及び第３光ファイバの出力ポートのうちの１つの出力ポートからの光を受光する光検知器と；
前記励起光源と前記光検知器に接続され、前記光検知器で検出した光パワーが一定となるように制御する制御手段とを更に具備した請求項１記載の光増幅カプラ。
【請求項１０】
前記複数の出力ポートのうちの１つの出力ポートからの光を受光する光検知器と；
前記光検知器に接続され光検知器の出力電流によって異常をモニタして、異常時にアラーム信号を出力するアラーム発生手段とを更に具備した請求項１記載の光増幅カプラ。
【請求項１１】
ガラスパイプと；
一端に入力ポートを有し、他端に出力ポートを有する前記ガラスパイプ内に挿入されて互いに融着された少なくとも３本の光ファイバと；
前記少なくとも３本の光ファイバと前記ガラスパイプ間に充填され、該光ファイバの融着延伸部分のクラッド外周全体を覆うように、前記光ファイバと前記ガラスパイプに共に融着された希土類ドープ光増幅媒質とを具備し；
前記少なくとも３本の光ファイバはそれぞれコア及びクラッド中に光増幅用の希土類元素を含まず、
前記少なくとも３本の光ファイバの内の１つの光ファイバの入力ポートに増幅される信号光を入力し、前記少なくとも３本の光ファイバの内の信号光が入力される光ファイバ以外の少なくとも１つの光ファイバの入力ポートに励起光を入力するようにしたことを特徴とする光増幅カプラ。
【請求項１２】
光増幅カプラの製造方法であって、
少なくとも３本の光ファイバの被覆をそれぞれ部分的に除去し；
前記少なくとも３本の光ファイバを被覆の除去された部分が石英ガラスパイプ内に位置するように、該石英ガラスパイプ内に挿入し；
前記石英ガラスパイプ内に希土類元素をドープしたアルキルシリケートガラス液を充填し；
加熱して前記アルキルシリケートガラス液をガラス化し；
前記石英ガラスパイプ及び前記アルキルシリケートガラスと共に前記少なくとも３本の光ファイバを加熱延伸することにより、前記少なくとも３本の光ファイバ同士、前記アルキルシリケートガラス及び前記石英ガラスパイプを互いに融着し、前記少なくとも３本の光ファイバの融着延伸部分のクラッド外周全体を融着された希土類ドープアルキルシリケートガラスで覆う各ステップを備え、
前記少なくとも３本の光ファイバはそれぞれコア及びクラッド中に光増幅用の希土類元素を含まないことを特徴とする光増幅カプラの製造方法。
【請求項１３】
前記石英ガラスパイプの内面にＦをドープした石英ガラス膜を形成するステップを更に具備した請求項１２記載の光増幅カプラの製造方法。
【請求項１４】
少なくとも３本の光ファイバの前記被覆除去部をエッチングにより細径化するステップを更に具備した請求項１２記載の光増幅カプラの製造方法。
【請求項１５】
光増幅カプラの製造方法であって、
少なくとも３本の光ファイバの被覆をそれぞれ部分的に除去し；
前記少なくとも３本の光ファイバを被覆の除去された部分で融着して延伸し；
該融着延伸された少なくとも３本の光ファイバを融着延伸部分で一対の半割り石英ガラスパイプで挟み；
前記一対の半割り石英ガラスパイプ内に希土類元素をドープしたアルキルシリケートガラス液を充填し；
加熱して前記アルキルシリケートガラス液をガラス化し；
前記一対の半割り石英ガラスパイプ及び前記アルキルシリケートガラスと共に前記融着されている少なくとも３本の光ファイバを加熱延伸することにより、前記融着されている少なくとも３本の光ファイバと前記アルキルシリケートガラスと前記一対の半割り石英ガラスパイプとを互いに融着し、前記少なくとも３本の光ファイバの融着延伸部分のクラッド外周全体を融着された希土類ドープアルキルシリケートガラスで覆う各ステップを備え、
前記少なくとも３本の光ファイバはそれぞれコア及びクラッド中に光増幅用の希土類元素を含まないことを特徴とする光増幅カプラの製造方法。
【請求項１６】
前記一対の半割り石英ガラスパイプの内面にＦをドープした石英ガラス膜を形成するステップを更に具備した請求項１５記載の光増幅カプラの製造方法。
【請求項１７】
少なくとも３本の光ファイバの前記被覆除去部をエッチングにより細径化するステップを更に具備した請求項１５記載の光増幅カプラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号光を増幅するのと同時に複数に分岐する光増幅カプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光加入者系システムにおいては、ＣＡＴＶ等の信号光を多数に分配して各加入者まで伝送することが多くなっている。その際、信号光を分配することによって信号光強度が小さくなるため、光増幅器によってまず信号光を増幅した後、多分岐カプラを用いて信号光を分配している。
【０００３】
光信号を直接増幅する光増幅器はいくつかのタイプが知られているが、そのうち希土類ドープファイバと励起光を組み合わせた光ファイバ増幅器は、偏波依存性がないこと、低雑音であること、伝送路との結合損失が小さいといった優れた特徴を有しているため、現在盛んに用いられている。光ファイバ増幅器によると、光ファイバ伝送システムにおける伝送中継距離の飛躍的増大、光信号の多数への分配が可能となる。
【０００４】
図１を参照すると、従来の信号光の分配システムの概略図が示されている。光ファイバ２の入力ポート３には信号光が入力され、信号光は光ファイバ２中を伝搬して光合波器（光マルチプレクサ）６に入力される。一方、励起用レーザダイオード４からの励起光も光合波器６に入力され、光合波器６で信号光と励起光とが合波される。
【０００５】
合波された信号光と励起光はコア中にＥｒをドープされたＥｒドープファイバ８中を伝搬し、よく知られた原理により信号光がＥｒドープファイバに沿って増幅される。
【０００６】
増幅された信号光は光フィルタ１０でアンプリファイド・スポンテイニヤス・エミッション光（ＡＳＥ光）及び励起光の残留成分を除去された後、分岐カプラ１２により多数に分岐され、分岐された各信号光は光ファイバ１４ａ〜１４ｅを伝搬する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の光信号分配システムは、光信号をまずＥｒドープファイバで増幅した後、分岐カプラを使用して信号光を多数に分配している。
【０００８】
分岐カプラとしては、複数の光ファイバを融着した融着型カプラや導波路型カプラが用いられているが、増幅器と分岐カプラは既存のものを組合わせて使用しているため低コスト化及び低スペース化を困難にしている要因となっている。
【０００９】
更に、信号光と励起光とを合波する合波器を設ける必要があり、複数の光ファイバをスプライシング結合する構成と光プリズムにより光結合する構成が必要である。また、光増幅器においては、雑音となるＡＳＥ光を除去するためのフィルタを個別に結合して組立なければならない。
【００１０】
よって本発明の目的は、信号光を増幅するのと同時に多数に分配することのできる光増幅カプラを提供することである。
本発明の他の目的は、光増幅カプラの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの側面によると、ガラスパイプと；一端に信号光が入力される入力ポートを有し、他端に出力ポートを有する中間部分が前記ガラスパイプ内に挿入された第１光ファイバと；励起光が入力されるように適合した一端部を有し、前記ガラスパイプ内に挿入されて前記第１光ファイバに融着された第２光ファイバと；一端に出力ポートを有し、他端が前記第１光ファイバの出力ポート側から前記ガラスパイプ内に挿入されて前記第１及び第２光ファイバに融着された第３光ファイバと；融着された前記第１、第２及び第３光ファイバと前記ガラスパイプ間に充填され、該第１、第２及び第３光ファイバの融着延伸部分のクラッド外周全体を覆うように、前記ガラスパイプと前記第１、第２及び第３光ファイバに共に融着された希土類ドープ光増幅媒質とを具備し；前記第１、第２及び第３光ファイバはそれぞれコア及びクラッド中に光増幅用の希土類元素を含まないことを特徴とする光増幅カプラが提供される。
【００１４】
好ましくは、希土類ドープ光増幅媒質はＥｒとＢを含んでおり、第１乃至第３光ファイバのクラッドの屈折率より低い屈折率を有している。更に好ましくは、ガラスパイプと希土類ドープ光増幅媒質との間にＦをドープしたガラス膜が形成されている。
【００１５】
第３光ファイバは複数の光ファイバから構成され、第２光ファイバが第１光ファイバ及び複数の第３光ファイバの中心に配置されている。更に、各光ファイバの出力ポートにはＡＳＥ光及び励起光の残留成分を除去するための光フィルタが設けられている。
【００１６】
本発明の他の側面によると、光増幅カプラの製造方法であって、少なくとも３本の光ファイバの被覆をそれぞれ部分的に除去し；前記少なくとも３本の光ファイバを被覆の除去された部分が石英ガラスパイプ内に位置するように、該石英ガラスパイプ内に挿入し；前記石英ガラスパイプ内に希土類元素をドープしたアルキルシリケートガラス液を充填し；加熱して前記アルキルシリケートガラス液をガラス化し；前記石英ガラスパイプ及び前記アルキルシリケートガラスと共に前記少なくとも３本の光ファイバを加熱延伸することにより、前記少なくとも３本の光ファイバ同士、前記アルキルシリケートガラス及び前記石英ガラスパイプを互いに融着し、前記少なくとも３本の光ファイバの融着延伸部分のクラッド外周全体を融着された希土類ドープアルキルシリケートガラスで覆う各ステップを備え、前記少なくとも３本の光ファイバはそれぞれコア及びクラッド中に光増幅用の希土類元素を含まないことを特徴とする光増幅カプラの製造方法が提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２乃至図７を参照して、本発明第１実施形態の光増幅カプラについて説明する。本実施形態は５本のシングルモード光ファイバを互いに融着した、信号光を５分岐する場合の実施形態である。尚、本明細書の説明において、各光ファイバは原則としてシングルモード光ファイバを指すものとする。
【００１９】
図２は第１実施形態の光増幅カプラ２４の側面図を示している。信号光伝搬用の光ファイバ１６と励起光伝搬用の光ファイバ２０は中間部分の被覆が除去されており、その被覆が除去された部分が石英ガラスパイプ２６内に位置するように、光ファイバ１６，２０が石英ガラスパイプ２６を通されている。
【００２０】
光ファイバ１６の入力ポート１８には信号光が入力されるように適合しており、光ファイバ２０の一端には励起用レーザダイオード２２が接続されている。ここでは、光ファイバ２０の出力ポートも信号光の分岐出力として使用しているが、励起光はパワーが強いので出力ポートとして用いない方が良い。出力ポートとして用いる場合は、励起光の波長をカットするフィルタを備えておく事が必要である。
【００２１】
石英ガラスパイプ２６の右側からは、先端部分の被覆を除去した３本の光ファイバ２８，３０，３２が挿入され、後で詳細に説明するように石英ガラスパイプ２６と共にこれらの光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２を加熱延伸することにより、これら５本の光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２は互いに融着されている。各光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２の右端は出力ポート３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにそれぞれ接続されている。
【００２２】
以下、本実施形態の光増幅カプラ２４の製造方法について詳細に説明する。まず、内径約１０ｍｍの石英ガラスパイプ２６内面にＣＶＤ法によりＦをドープした石英ガラス膜３６を形成し、更にその内面にＢ2 Ｏ3 をドープしたガラススートを堆積させ、Ｅｒ塩化物・エタノール液を含浸後加熱してガラス化し、石英ガラス膜３８を形成した。
【００２３】
その石英ガラスパイプ２６を約１５００°Ｃ〜１６００°Ｃで加熱しながら延伸して、内径が約６００μｍになるまで細径化した。このとき石英ガラスパイプ２６の外径は約２ｍｍであった。
【００２４】
中間部の被覆を除去した信号光用光ファイバ１６及び励起光用光ファイバ２０を、被覆除去部が石英ガラスパイプ２６内に位置するように石英ガラスパイプ２６内を通過させ、石英ガラスパイプ２６の一方の端から先端部分の被覆を除去した３本の光ファイバ２８，３０，３２を被覆除去部が石英ガラスパイプ２６内に位置するように挿入した。石英ガラスパイプ２６中への光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２の挿入状態が図３に示されており、その断面図が図４に示されている。
【００２５】
外部からガスバーナーで石英ガラスパイプ２６を約１５００°Ｃ〜１６００°Ｃに加熱しながら、石英ガラスパイプ２６の両端部を反対方向に引っ張って石英ガラスパイプ２６を延伸してパイプ内径を収縮させてファイバ１６，２０，２８，３０，３２に密着させる。
【００２６】
更に、加熱しながら石英ガラスパイプ２６と共に互いに融着した光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２を細く延伸してカップリングさせることによって、光増幅カプラ２４を製造した。
【００２７】
加熱延伸後の図２のＡ−Ａ線断面図が図５に示されている。各光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２は互いに融着されて、その周りがＥｒドープ石英ガラス３８で覆われている。
【００２８】
ＥｒとＢ2 Ｏ3 をドープしたガラス膜３８は、光ファイバのクラッドの屈折率より０．５％低い屈折率を有しており、Ｅｒ濃度は約３０００ｐｐｍである。また、Ｆをドープしたガラス膜３６は、光ファイバのクラッドの屈折率より１％低い屈折率を有している。
【００２９】
信号光伝搬用の光ファイバ１６の入力ポート１８から波長１．５５μｍの信号光を入射させ、励起用レーザダイオード２２を駆動して励起光伝搬用の光ファイバ２０に波長１．４８μｍの励起光を入射させた。
【００３０】
そして、他の３本の光ファイバ２８，３０，３２の出力光のパワーをフォトダイオードでモニタしながら、出力パワーが同じになるまで延伸した。石英ガラスパイプ２６内における各ファイバの配列として、励起光を均一に分配するために、図５に示すように励起光伝搬用光ファイバ２０を中心に配置するのが望ましい。
【００３１】
加熱延伸後の光増幅カプラ２４の寸法は概略以下の通りである。カップリング部での各光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２の直径は約１０μｍ、Ｆドープガラス膜３６の内径は約５０〜１００μｍ、石英ガラスパイプ２６の外径は約２００μｍ〜３００μｍ。また、石英ガラスパイプ２６の長さは約７０ｍｍ〜約１００ｍｍである。
【００３２】
このようにして製造した光増幅カプラ２４では、石英ガラスパイプ２６内のファイバが細径化されるにつれてコア内の伝搬光がファイバ外部にはみ出し、隣接するファイバ間で次々にカップリングする。
【００３３】
その結果、延伸量に対応して伝搬光が均等配分されるモード状態となり、特定の延伸量において信号光がほぼ均等に分配される（参考；１９９０  ＶＯＬ２９，ＮＯ３，ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ  Ｐ３７１）。
【００３４】
図６に光増幅カプラ２４内の光パワー分布を示す。図６に示されるように、信号光４２と励起光４０は増幅媒質部分、即ちＥｒドープ石英ガラス３８まで広がっているため、Ｅｒドープガラス３８内で増幅作用が起こり、信号光が増幅される。尚、Ｅｒドープガラス３８にＡｌをドープすることにより、光増幅カプラ２４の広帯域化を図ることができる。
【００３５】
Ｅｒドープガラス３８内を通る光の割合を高くして増幅効率の向上を図る目的で、被覆除去部のファイバ径をふっ酸によりエッチングし、予め４０μｍ程度まで細径化し、細径化した光ファイバ１６，２０，２８，３０，３２を石英ガラスパイプ２６内に挿入するのが望ましい。
【００３６】
図２に示した第１実施形態は前方励起型光増幅カプラである。励起光伝搬用の光ファイバ２０を図２と反対方向から石英ガラスパイプ２６内に挿入し、信号光と励起光とを反対方向に伝搬させる後方励起型光増幅カプラでも同様な作用効果を得ることができる。
【００３７】
図２に示されるように、励起光伝搬用の光ファイバ２０には波長１．４８μｍの励起光を出力する励起用レーザダイオード２２がスプライシングによって接続されている。
【００３８】
各出力ポート３４ａ〜３４ｅは、図７に示すような構造を有している。セラミック製のフェルール４４の中心細孔内に被覆を除去したベアファイバ１６ａが挿入され接着剤により固定されている。
【００３９】
フェルール４４の外側には樹脂製のホルダ４６が設けられている。フェルール４４に斜めの溝を形成し、この溝中にＡＳＥ光及び励起光残留成分を除去するための透過域半値幅５ｎｍの光フィルタ４８がはめ込まれている。
【００４０】
本実施形態の光増幅カプラ２４においては、励起レーザダイオード２２を３０ｍＷで駆動することによって、−１０ｄＢｍの信号光入力に対して各出力ポート３４ａ〜３４ｅに約＋２〜＋３ｄＢｍの出力光を得ることができた。
【００４１】
次に図８を参照して、本発明第２実施形態の光増幅カプラの製造方法を説明する。上述した第１実施形態と同様に、まず石英ガラスパイプ２６の内面にＦドープ石英ガラス膜３６を形成する。
【００４２】
次いで、石英ガラスパイプ２６内にＥｒとＢ2 Ｏ3 をドープしたアルキルシリケートガラス液５０を充填し、約２００°Ｃ〜３００°Ｃに加熱してアルキルシリケートガラス液をガラス化する。次いで、第１実施形態と同様に加熱延伸して第１実施形態と同様な光増幅カプラを得ることができた。
【００４３】
尚、第２実施形態の製造方法においても、光ファイバの被覆除去部はふっ酸によりエッチングして、予め約４０μｍ程度に細径化しておくことが望ましい。アルキルシリケートガラス液５０内にＡｌをドープすることにより、光増幅カプラの広帯域化を図ることができる。
【００４４】
図９を参照して、本発明第３実施形態の光増幅カプラの製造方法を説明する。まず、中間部の被覆を除去した５本の光ファイバを加熱延伸して互いに融着させる。
【００４５】
内面にそれぞれＦをドープした石英ガラス膜５４ａ，５４ｂを有する一対の半割り石英ガラスパイプ５２ａ，５２ｂで光ファイバの融着部を囲み、合わされた一対の半割り石英ガラスパイプ５２ａ，５２ｂ内部にＥｒとＢ2 Ｏ3 をドープしたアルキルシリケートガラス液を充填する。
【００４６】
次いで、約２００°Ｃ〜３００°Ｃに加熱しながらアルキルシリケートガラス液をガラス化する。その後、第１実施形態と同様に加熱延伸すると、第１実施形態と同様な光増幅カプラを製造することができた。
【００４７】
本実施形態の製造方法では、石英ガラスパイプ内にファイバを挿入せずに一対の半割り石英ガラスパイプ５２ａ，５２ｂをファイバの融着部分に被せればよいので、被覆外径０．９ｍｍの太いファイバを用いることができ、取り扱い性を改善できた。
【００４８】
尚、本実施形態の製造方法においても、増幅効率の向上を図る目的で、各ファイバの被覆除去部をふっ酸でエッチングすることによって、予め４０μｍ程度まで細径化しておくのが望ましい。更に、第２実施形態と同様に、アルキルシリケートガラス液５０内にＡｌをドープすることにより、光増幅カプラの広帯域化を図ることができる。
【００４９】
図１０を参照すると、本発明第２実施形態の光増幅カプラ２４の概略図が示されている。図２に示した第１実施形態と実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。
【００５０】
本実施形態では、光ファイバ３２の出力光をモニタ用フォトダイオード５８で検出する。そして、フォトダイオード５８からの出力電流が一定となるように、励起レーザダイオード２２の駆動電流を制御するＬＤ駆動電流制御回路６０を設けたものである。この構成により、±０．２ｄＢの範囲内で出力光のパワーを制御することができた。
【００５１】
図１１を参照すると、本発明第３実施形態の光増幅カプラが示されている。本実施形態は、光ファイバ３２の出力光をフォトダイオード５８で検出し、フォトダイオード５８にアラーム発生回路６２を接続したものである。
【００５２】
本実施形態は、フォトダイオード５８からの出力電流によって異常をモニタし、異常検出時にアラーム発生回路６２がアラーム信号を出力する。検出する異常は、信号光が伝搬されてきていない、信号光のレベルが所定レベル以下等の異常を含んでいる。
【００５３】
尚、上述した各実施形態においては光増幅媒質としてＥｒをドープした実施形態について説明したが、光増幅媒質としてＮｄ，Ｐｒ，Ｔｍ等の他の希土類元素も採用可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、融着型カプラに分岐機能と同時に増幅機能を持たせることができ、しかもこれらの機能部分を一括製造できるため、安価な一体型光増幅カプラを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の構成を示す図である。
【図２】本発明第１実施形態の光増幅カプラの概略図である。
【図３】石英ガラスパイプ中への各光ファイバの挿入状態を示す図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】光増幅カプラ内の光パワー分布を示す図である。
【図７】出力ポートの縦断面図である。
【図８】本発明第２実施形態の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明第３実施形態の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明第２実施形態の光増幅カプラの概略図である。
【図１１】本発明第３実施形態の光増幅カプラの概略図である。
【符号の説明】
１６  信号光伝搬用光ファイバ
２０  励起光伝搬用光ファイバ
２２  励起レーザダイオード
２４  光増幅カプラ
２６  石英ガラスパイプ
２８，３０，３２  光ファイバ
３６  Ｆドープガラス膜
３８  Ｅｒドープガラス膜
４８  光フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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