(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面積が第１の面積である第１の光導波路部と、
断面積が第１の面積よりも小さな第２の面積であるとともに、光の進行方向に沿って、屈折率が周期的に変化させ、Ｂｒａｇｇ波長を有し、Ｂｒａｇｇ波長の導波光をブラッグ反射させるための回折格子形成部を有する第２の光導波路部と、
断面が前記第１の光導波路部の前記進行方向に垂直な断面と略同一の形状である第３の光導波路部と、
前記第１の光導波路部と前記第２の光導波路部とを光学的に結合するとともに、前記第１の光導波路部から前記第２の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に減少する第１のテーパ状光導波路部と、
前記第２の光導波路部と前記第３の光導波路部とを光学的に結合するとともに、前記第２の光導波路部から前記第３の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に増加する第２のテーパ状光導波路部と、
を備えることを特徴とする光導波路型回折格子。
【請求項２】
前記第１の光導波路部、前記第２の光導波路部、前記第３の光導波路部、前記第１のテーパ状光導波路部、および、前記第２のテーパ状光導波路部は、同一基板上に形成された平面型光導波路であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子。
【請求項３】
前記第１の光導波路部、前記第２の光導波路部、前記第３の光導波路部、前記第１のテーパ状光導波路部、および、前記第２のテーパ状光導波路部は、ファイバ型光導波路であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子。
【請求項４】
前記第１のテーパ状光導波路部および前記第２のテーパ状光導波路部の前記進行方向の長さは、前記第１の光導波路部の前記進行方向に垂直な断面の外径の５０倍以上である、ことを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子。
【請求項５】
前記回折格子形成部における、屈折率変化の周期は、略同一および、前記進行方向に沿って単調かつ連続的に変化しているのいずれか一方である、ことを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子。
【請求項６】
前記回折格子形成部のブラッグ波長は、１５３３nm以上、かつ、１５４０nm以下である、ことを特徴とする請求項５記載の光導波路型回折格子。
【請求項７】
信号光を入力し、増幅して出力する光ファイバ増幅器であって、
入力した信号光と同一波長の光を増幅して出力するとともに、前記信号光の波長よりも短波長のピーク波長を有するＡＳＥ光を発生する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの信号光出力端より、信号光の進行方向側の光路中に配置された光導波路型回折格子とを備え、
前記光導波路型回折格子は、
断面積が第１の面積である第１の光導波路部と、
断面積が第１の面積よりも小さな第２の面積であるとともに、光の進行方向に沿って、屈折率が周期的に変化する回折格子形成部を有し、前記回折格子形成部でのＢｒａｇｇ波長が、信号光の波長よりも短く、かつ、ＡＳＥ光の前記ピーク波長よりも長い第２の光導波路部と、
断面が前記第１の光導波路部の前記進行方向に垂直な断面と略同一の形状である第３の光導波路部と、
前記第１の光導波路部と前記第２の光導波路部とを光学的に結合するとともに、前記第１の光導波路部から前記第２の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に減少する第１のテーパ状光導波路部と、
前記第２の光導波路部と前記第３の光導波路部とを光学的に結合するとともに、前記第２の光導波路部から前記第３の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に増加する第２のテーパ状光導波路部と、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記光導波路型回折格子における、屈折率変化の周期は前記進行方向に沿って単調かつ連続的に変化し、
前記屈折率変化の周期が長い側が、前記光導波路型回折格子から見て信号光の進行方向の上流側および下流側の前記光導波路型回折格子に向かっての反射率のより小さい側に向いている、
ことを特徴とする請求項７記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の波長範囲の光を選択的に透過する波長フィルタとして使用される光導波路型回折格子と、この光導波路型回折格子素子を使用した光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の高度化などの光利用の進展に伴い、様々な透過特性を有し、所定の波長を選択的に透過する波長フイルタが必要とされている。こうした光学部品は、効率的な光の伝送や他の光学部品との光学的な結合の観点から、導波路型であることが好ましい。
【０００３】
光導波路型の波長フィルタとしては、光ファイバや平面型光導波路の一部で、光の進行方向に沿って屈折率を周期的（周期が同一、および、周期が僅かに変化するの双方を含む）に変化させ、回折格子を形成した光導波路型回折格子が知られている。
【０００４】
一方、導波路型の光増幅器である、希土類添加の増幅用光ファイバを使用した光増幅器では、増幅用光ファイバ中を信号光が進行すると誘導放射によって増幅されるが、同時にノイズ光であるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光が発生する。例えば、Ｅｒ添加の増幅用光ファイバと、波長が１．４８μｍの励起光とを使用した場合、１．５５μｍ帯の信号光を増幅すると、１．５３１μｍをピーク波長としたＡＳＥ光が発生する。
【０００５】
こうしたＡＳＥ光の除去に光導波路型回折格子を利用した波長フィルタを使用することが提案されている（「M.Kakui et al. : OFC'96 Technical Digest, WF3, pp118-119」（以後、従来例１と呼ぶ）、米国特許番号：第５，３６７，５８９号（以後、従来例２と呼ぶ）など）。
【０００６】
従来例１では、Ｅｒ添加の増幅用光ファイバから出力され、光アイソレータを介した光を、光の進行方向での屈折率の変化の周期が徐々に変化する、いわゆるチャープをかけた光導波路型回折格子を経由することによって、１．５３μｍ帯のＡＳＥ光を除去している。
【０００７】
従来例２では、光の進行方向での屈折率の変化の周期が数１００μｍである、Ｅｒ添加の増幅用光ファイバの下流側に配置された光導波路型回折格子を経由させることで、１．５３μｍ帯のＡＳＥ光を除去している。
【０００８】
また、一部に回折格子が形成された光導波路型回折格子の透過特性を変化させつつ、遮断される波長の光の一部を反射光としない技術が「T.Komukai et al., ECOC '95, Proc., Mo.A.3.3, 1995」に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光導波路型回折格子を使用した光ファイバ増幅器は上記のように構成されるので、以下のような問題点があった。
【００１０】
従来例１では、光導波路型回折格子のＢｒａｇｇ波長を１．５３μｍ帯に設定し、非透過波長帯域の長波長側および短波長側での透過率の変化を急俊なものとしている。ところで、Ｂｒａｇｇ波長が１．５３μｍ帯に設定された光導波路型回折格子の１．５３μｍ帯の波長の光の非透過特性は、光導波路型回折格子の１．５３μｍ帯の波長の光に対する１００％に近い反射率を有するという反射特性に由来している。すらわち、従来例１で採用した光導波路型回折格子で非透過であった１．５３μｍ帯の波長の光は、この光導波路型回折格子で反射され、入射光と逆方向に進行する。
【００１１】
したがって、光アイソレータのような方向非可逆性の光部品を介さずに、増幅用光ファイバと光導波路型回折格子を光学的に接続すると、増幅用光ファイバで発生するＡＳＥ光と同一の波長の光が、増幅用光ファイバに再入射することになる。
【００１２】
ＡＳＥ光の波長の光の入射により、増幅用光ファイバでは誘導放射が発生し、入射光と同一の波長の光が増幅されるとともに、一部が光導波路型回折格子に入射して反射される。
【００１３】
こうして、増幅用光ファイバと光導波路型回折格子との間で、１．５３μｍ帯の波長の光の発振が発生する。こうした発振が発生すると、増幅用光ファイバに供給されている励起エネルギの大部分は、ＡＳＥに由来する１．５３μｍ帯の波長の光の増幅に消費され、信号光の増幅を効率的に行なうことができなくなる。
【００１４】
すなわち、従来例１で使用するような波長フィルタとしての光導波路型回折格子は、従来例１のように方向非可逆性の光部品を介した直後に配置しなければならないという、光部品の配置上の制約がある。
【００１５】
従来例２では、光導波路型回折格子が、従来例１の光導波路型回折格子の屈折率変化の周期の数１００倍の周期で屈折率が変化するので、従来例１のような発振の問題は発生しない。しかし、屈折率変化の周期が長いので、光の波長変化に対する透過率の変化が緩やかであり、１．５３μｍ帯の波長の光の遮断を目的としても、波長が１５４０ｎｍ以上の光に対しても無視できない遮断の効果を奏してしまう。したがって、信号光の波長帯域として使用できる波長範囲が狭まることになる。
【００１６】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、長波長側には急俊な遮断特性を有するとともに、短波長側には緩やかな遮断特性を有するとともに、遮断する波長の光の反射を低減した光導波路型回折格子を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、信号光を効率的に増幅するとともに、ＡＳＥ光を効率的に除去して出力する光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の光導波路型回折格子は、（ａ）断面積が第１の面積である第１の光導波路部と、（ｂ）断面積が第１の面積よりも小さな第２の面積であるとともに、進行方向に沿って、屈折率が周期的に変化し、Ｂｒａｇｇ波長の導波光をブラッグ反射させるための回折格子形成部を有する第２の光導波路部と、（ｃ）断面が前記第１の光導波路部の前記進行方向に垂直な断面と略同一の形状である第３の光導波路部と、（ｄ）第１の光導波路部と第２の光導波路部とを光学的に結合するとともに、第１の光導波路部から第２の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に減少すると第１のテーパ状光導波路部と、（ｅ）第２の光導波路部と第３の光導波路部とを光学的に結合するとともに、第２の光導波路部から第３の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に増加すると第２のテーパ状光導波路部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、（i）第１の光導波路部、第２の光導波路部、第３の光導波路部、第１のテーパ状光導波路部、および、前記第２のテーパ状光導波路部を、同一基板上に形成された平面型光導波路とすることがも可能であるし、（ii）第１の光導波路部、第２の光導波路部、第３の光導波路部、第１のテーパ状光導波路部、および、第２のテーパ状光導波路部をファイバ型光導波路とすることも可能である。
【００２０】
なお、光導波路部とは、コアとクラッドとによる導波構造の内、主に光が存在するコアを指す。
【００２１】
請求項１の光導波路型回折格子では、光が、第１の光導波路部および第１のテーパ状光導波路部を順次介して、第２の光導波路部に入射する。第２の光導波路には回折格子形成部が存在するとともに、第２の光導波路部の断面積は、第１の光導波路部の断面積よりも小さく設定されている。
【００２２】
したがって、回折格子形成部を進行する光は、回折格子形成部における屈折率の周期的変化に応じたモードフィールド径の周期的な変化によって、屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側で、放射モードと結合し、光導波路部からの漏れが発生する。
【００２３】
こうした光の漏れは、回折格子形成部の存在だけによっても発生するが、第２の光導波路部の第１の光導波路よりも断面積が小さく設定されているので、導波路部への光の閉じ込めの度合いは低減されており、断面積が第１の光導波路と略同一に設定されている場合よりも、放射モードとの結合度が強まり、漏れ光強度が高くなる。
【００２４】
この結果、回折格子形成部における屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側の遮断特性が向上する。すなわち、非透過光の波長幅が屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側に広がることになる。一方、漏れ光は反射光ではないので、光の進行方向とは逆方向に光導波路部を進行することもない。
【００２５】
回折格子形成部を透過した光は、第２のテーパ状光導波路部および第３の光導波路部を順次介して出力される。
【００２６】
なお、請求項１の光導波路型回折格子の光導波路部は、平面型光導波路およびファイバ型光導波路のいずれでも実現可能であるが、平面型光導波路を採用すると、エッチング時のマスクパターンの操作で実現可能なので、簡易に請求項１の光導波路型回折格子を製造できる。
【００２７】
請求項４の光導波路型回折格子は、請求項１の光導波路型回折格子において、第１のテーパ状光導波路および第２のテーパ状光導波路の進行方向の長さは、第１の光導波路部の進行方向に垂直な断面の外径の５０倍以上であることを特徴とする。
【００２８】
屈折率が同一で、断面積が変化する光導波路を光が進行すると、光の進行にともない光にとってのモードフィールド径が変化するので、モード変換による損失が発生する。こうした損失は、モードフィールド径の変化率が大きい程、大きくなる。
【００２９】
請求項４の光導波路型回折格子では、第１のテーパ状光導波路および第２のテーパ状光導波路の光の進行方向の長さを、第１の光導波路部の断面の外径の５０倍以上として、モードフィールド径の変化率を小さくしたので、モード変化による光損失が充分に低減される。
【００３０】
請求項１の光導波路型回折格子において、回折格子形成部における、屈折率変化の周期を、（i）略同一とすることも可能であるし、また、（ii）進行方向に沿って単調かつ連続的に変化させることも可能である。
【００３１】
なお、現状で一般的な、Ｅｒ添加の増幅用光ファイバと、波長が１．４８μｍの励起光とを使用し、１．５５μｍ帯の信号光を増幅する場合に、１．５３１μｍをピーク波長としたＡＳＥ光を有効に遮断し、かつ、最も発振が発生しやすい１．５３１μｍの光の反射を避けつつ、１．５４μｍ以上の波長範囲を信号光の波長帯域とするには、回折格子形成部のブラッグ波長を１５３３ｎｍから１５４０ｎｍまでの範囲内とすることが好ましい。
【００３２】
請求項７の光ファイバ増幅器は、信号光を入力し、増幅して出力する光ファイバ増幅器であって、（ａ）入力した信号光と同一の波長の光を増幅して出力するとともに、信号光の波長よりも短波長のピーク波長を有するＡＳＥ光を発生する増幅用光ファイバと、（ｂ）増幅用光ファイバの信号光の出力端より、信号光の進行方向側の光路中に配置された光導波路型回折格子とを備え、光導波路型回折格子が、（i）断面積が第１の面積である第１の光導波路部と、（ii）第１の面積よりも小さな第２の面積であるとともに、進行方向に沿って、屈折率が周期的に変化する回折格子形成部を有し、回折格子形成部でのＢｒａｇｇ波長が、信号光の波長より短く、かつ、ＡＳＥ光のピーク波長よりも長い第２の光導波路部と、（iii）断面が第１の光導波路部の進行方向に垂直な断面と略同一の形状である第３の光導波路部と、（iv）第１の光導波路部と第２の光導波路部とを光学的に結合するとともに、第１の光導波路部から第２の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に減少すると第１のテーパ状光導波路部と、（v）第２の光導波路部と第３の光導波路部とを光学的に結合するとともに、第２の光導波路部から第３の光導波路部へ向かって、断面積が徐々に増加すると第２のテーパ状光導波路部とを備えることを特徴とする。
【００３３】
請求項７の光ファイバ増幅器では、増幅用光ファイバを介することで、増幅された信号光を含むとともに、信号光の波長よりも短波長のピーク波長を有するＡＳＥ光を含む光が、Ｂｒａｇｇ波長が信号光の波長より短く、かつ、ＡＳＥ光のピーク波長よりも長い回折格子が形成された請求項１の光導波路型回折格子に入射する。
【００３４】
波長フィルタとしての光導波路型回折格子では、入射光がＢｒａｇｇ波長より短波長側で放射モードと結合し、回折格子形成部における屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側の遮断特性が向上する。すなわち、非透過光の波長幅が屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側に広がることになる。この結果、ＡＳＥ光のピーク波長の光は、反射光ではなく漏れ光として遮断される。漏れ光は反射光ではないので、光の進行方向とは逆方向に光導波路部を進行しない。
【００３５】
すなわち、ＡＳＥ光のピーク波長の光を含むノイズ光のＢｒａｇｇ波長より短波長成分は反射されないので、増幅用光ファイバと光導波路型回折格子との間に、光アイソレータのような方向非可逆性の光部品を介さなくても、発振が有効に抑制されている。
【００３６】
したがって、増幅用光ファイバと光導波路型回折格子との間に、光アイソレータのような方向非可逆性の光部品を介さない構成としても、請求項７の光ファイバ増幅器では、光増幅率を確保しつつ、有効にＡＳＥ光を遮断した光増幅結果を出力する。
【００３７】
請求項８の光ファイバ増幅器は、請求項７の光ファイバ増幅器において、（i）光導波路型回折格子における、屈折率変化の周期は信号光の進行方向に沿って単調かつ連続的に変化し、（ii）屈折率変化の周期の長い側が、光導波路型回折格子から見て信号光の進行方向の上流側および下流側の光導波路型回折格子に向かっての反射率のより小さい側に向いていることを特徴とする。
【００３８】
光導波路型回折格子における放射モードとの結合は、Ｂｒａｇｇ波長よりも短波長側で発生する。したがって、光導波路型回折格子における屈折率変化の周期は信号光の進行方向に沿って単調かつ連続的に変化する場合には、回折格子形成部の各位置で、その位置におけるＢｒａｇｇ波長よりも短波長側で放射モードと結合し、漏れ光を生じさせる。すなわち、回折格子形成部を進行する光は、各位置でその位置におけるＢｒａｇｇ波長よりも短波長側の光が遮断され、その位置から先へ進行する光では、その位置におけるＢｒａｇｇ波長よりも短波長側の光の強度が低減する。
【００３９】
請求項８の光ファイバ増幅器では、屈折率変化の周期の長い側が、光導波路型回折格子から見て信号光の進行方向の上流側および下流側の光導波路型回折格子に向かっての反射率のより小さい側に向いている。したがって、反射してきた光の内の最も長波長のＢｒａｇｇ波長の光が反射されるとともに、このＢｒａｇｇ波長よりも短波長側で放射モードと結合して漏れ光となる。すなわち、最も長波長のＢｒａｇｇ波長よりも短波長の光は強度が低減されて、導波路内を進行することになる。
【００４０】
この結果、最も長波長のＢｒａｇｇ波長よりも短波長の光は、Ｂｒａｇｇ波長が一致する位置に到達したときには、反射光の入射時よりも強度が低減されている。したがって、波長がＢｒａｇｇ波長に一致して反射される光の光量は、波長が短くなるほど、反射光の入射時よりも大きく低減される。すなわち、光導波路型回折格子の全体としての反射特性は、波長が短くなるほど反射率が低減することになる。
【００４１】
したがって、請求項８の光ファイバ増幅器では、ＡＳＥ光の波長の光の波長は効率良く低減されることにより、ＡＳＥ光の波長範囲の波長の光について発振が有効に抑止されるので、光増幅率を確保しつつ、有効にＡＳＥ光を遮断した光増幅結果を出力する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の光導波路型回折格子および光ファイバ増幅器の実施の形態を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４３】
（光導波路型回折格子の第１実施形態）
図１は、本発明の光導波路型回折格子の第１実施形態の構成図である。図１（ａ）は、本実施形態の光導波路型回折格子１００の全体図を、図１（ｂ）は本実施形態の光導波路型回折格子１００の光導波路部１００の平面図を示す。
【００４４】
図１（ａ）に示すように、この光導波路型回折格子１００は、（ａ）基板１３０と、（ｂ）基板１３０状に形成されたクラッド部１２０と、（ｃ）クラッド部１２０内に形成された光導波路部（コア部）１１０とを備える。
【００４５】
図１（ｂ）に示すように、光導波路部１１０は、（i）断面積が面積Ｓ１（＝ａｄ）である光導波路部１１１と、（ii）断面積が面積Ｓ１よりも小さな面積Ｓ２（＝ｂｄ）であるとともに、進行方向に沿って、屈折率が周期的に変化する回折格子形成部を有する光導波路部１１２と、（iii）断面が光導波路部１１１の前記進行方向に垂直な断面と略同一の形状である光導波路部１１３と、（iv）光導波路部１１１との境界面が面積Ｓ１を有するとともに、光導波路部１１２との境界面が面積Ｓ２を有するテーパ状光導波路部１１４と、（v）光導波路部１１２との境界面が面積Ｓ２を有するとともに、光導波路部１１３との境界面が面積Ｓ１を有するテーパ状光導波路部１１５とを備える。
【００４６】
本実施形態の光導波路型回折格子１００は、光導波路部１１０の形成にあたってのエッチング工程でのマスクパターンを操作することによって、容易に製造可能である。
【００４７】
本実施形態の光導波路型回折格子１００では、光が、光導波路部１１１およびテーパ状光導波路部１１４を順次介して、光導波路部１１２に入射する。なお、光導波路部１１１およびテーパ状光導波路部１１４中の進行によるモード変換に伴う光損失を低減するため、テーパ状光導波路部１１４の長さｃは光導波路部１１１の幅ａよりも５０倍以上の長さであることが好ましい。更に、テーパ状光導波路部１１４の長さｃは光導波路部１１１の幅ａよりも１００倍以上の長さであることがより好ましい。
【００４８】
光導波路１１２には回折格子形成部が存在するとともに、光導波路部１１２の断面積Ｓ２は、光導波路部１１１の断面積Ｓ１よりも小さく設定されている。
【００４９】
したがって、回折格子形成部を進行する光は、回折格子形成部における屈折率の周期的変化に応じたモードフィールド径の周期的な変化によって、屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側で、放射モードと結合し、光導波路部１１２からの漏れが発生する。
【００５０】
こうした光の漏れは、回折格子形成部の存在だけによっても発生するが、光導波路部１１２の断面積Ｓ２は小さく設定されているので、光導波路部１１２への光の閉じ込めの度合いは低減されており、光の進行方向に垂直な断面積が面積Ｓ１に設定されている場合よりも、放射モードとの結合度が強まり、漏れ光強度が高くなる。
【００５１】
この結果、回折格子形成部における屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側の遮断特性が向上する。すなわち、非透過光の波長幅が屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側に広がることになる。一方、漏れ光は反射光ではないので、光の進行方向とは逆方向に光導波路部１１２および光導波路部１１１を進行することもない。
【００５２】
回折格子形成部を透過した光は、テーパ状光導波路部１１５および光導波路部１１３を順次介して出力される。
【００５３】
光導波路部１１２の回折格子形成部における屈折率変化の周期は、（i）略同一とすることも可能であるし、また、（ii）進行方向に沿って単調かつ連続的に変化させることも可能である。
【００５４】
図２は、屈折率変化の周期が略同一の場合の光導波路型回折格子１００の透過特性および反射特性の説明図である。図２（ａ）は透過率の波長依存性を示すグラフであり、図２（ｂ）は反射率の波長依存性を示すグラフである。なお、回折格子形成部でのＢｒａｇｇ波長はλ0に設定した。
【００５５】
図２（ａ）に示すように、光導波路型回折格子１００の透過率は、波長λ0では略０の透過率となるとともに、波長λ0より長波長側で急俊に変化し、一方、波長λ0より短波長側では、放射モードとの結合の結果、緩やかに変化することが確認される。
【００５６】
図２（ｂ）に示すように、光導波路型回折格子１００の反射率は、波長λ0では略１の反射率となるとともに、波長λ0より長波長側および短波長側で急俊に変化することが確認される。
【００５７】
すなわち、波長λ0付近での光の遮断は、反射によるものであり、波長λ0より短波長側での遮断は、放射モードとの結合によるものであることが確認される。
【００５８】
図３は、光導波路部１１２の回折格子形成部における屈折率変化の周期が、光の進行方向に沿って単調かつ連続的に変化する場合の光導波路型回折格子１００の透過特性および反射特性の説明図である。図３（ａ）は透過率の波長依存性を示すグラフであり、図３（ｂ）および図３（ｃ）は反射率の波長依存性を示すグラフである。なお、回折格子形成部でのＢｒａｇｇ波長はλ1〜λ2（λ1＜λ2）で連続的に変化するように設定した。
【００５９】
図３（ａ）に示すように、光導波路型回折格子１００の透過率は、波長λ1〜λ2では略０の透過率となるとともに、波長λ2より長波長側で急俊に変化し、一方、波長λ1より短波長側では、放射モードとの結合の結果、緩やかに変化することが確認される。
【００６０】
図３（ｂ）は、回折格子形成部のＢｒａｇｇ波長の短波長側（すなわち、Ｂｒａｇｇ波長がλ1の側）から光を入射した場合における、反射率の波長依存性を示すグラフである。図３（ｂ）に示すように、光導波路型回折格子１００の反射率は、波長λ1〜λ2では略１の反射率となるとともに、波長λ2より長波長側、および、波長λ1より短波長側で急俊に変化する。光の回折格子形成部における放射モードとの結合は、各位置におけるＢｒａｇｇ波長より短波長で発生するので、進行方向に存在するより長波長のＢｒａｇｇ波長に一致する波長の光は放射モードと結合せず、入射時の強度で進行する。したがって、波長λ1〜λ2では略１の反射率となっている。
【００６１】
図３（ｃ）は、回折格子形成部のＢｒａｇｇ波長の長波長側（すなわち、Ｂｒａｇｇ波長がλ2の側）から光を入射した場合における、反射率の波長依存性を示すグラフである。図３（ｃ）に示すように、光導波路型回折格子１００の反射率は、波長λ2では略１の反射率となるとともに、波長λ2より長波長側で急俊に変化するとともに、波長λ2より短波長側で緩やかに変化する。光の回折格子形成部における放射モードとの結合は、各位置におけるＢｒａｇｇ波長より短波長で発生するので、進行方向に存在するより長波長のＢｒａｇｇ波長に一致する波長の光が放射モードと結合し、進行にしたがって強度が減少する。したがって、波長λ2より短波長側では反射率が緩やかに変化する。
【００６２】
（光導波路型回折格子の第２実施形態）
図４は、本発明の光導波路型回折格子の第１実施形態の構成図である。図４（ａ）は、本実施形態の光導波路型回折格子２００の全体図を、図４（ｂ）は本実施形態の光導波路型回折格子２００の光導波路部２１０の構成を示す。
【００６３】
図４（ａ）に示すように、この光導波路型回折格子２００は、（ａ）光を導波すると光導波路部（コア部）２１０、（ｂ）光導波路部２１０の周囲に形成されたクラッド部２２０とを備える。
【００６４】
図４（ｂ）に示すように、光導波路部２１０は、（i）断面積が面積Ｓ１（＝πａ2）である光導波路部２１１と、（ii）断面積が面積Ｓ１よりも小さな面積Ｓ２（＝πｂ2）であるとともに、進行方向に沿って、屈折率が周期的に変化する回折格子形成部を有する光導波路部２１２と、（iii）断面が光導波路部２１１の前記進行方向に垂直な断面と略同一の形状である光導波路部２１３と、（iv）光導波路部２１１との境界面が面積Ｓ１を有するとともに、光導波路部２１２との境界面が面積Ｓ２を有するテーパ状光導波路部２１４と、（v）光導波路部２１２との境界面が面積Ｓ２を有するとともに、光導波路部２１３との境界面が面積Ｓ１を有するテーパ状光導波路部２１５とを備える。
【００６５】
本実施形態の光導波路型回折格子２００は、光導波路部２１０の形成にあたって、複数の光ファイバを接合したり、１つの光ファイバを加熱して延伸したりした後、紫外光の干渉縞を照射することによって容易に製造可能である。
【００６６】
本実施形態の光導波路型回折格子２００では第１実施形態と同様に、、光が、光導波路部２１１およびテーパ状光導波路部２１４を順次介して、光導波路部２１２に入射する。なお、第１実施形態と同様に、光導波路部２１１およびテーパ状光導波路部２１４中の進行によるモード変換に伴う光損失を低減するため、テーパ状光導波路部２１４の長さｃは光導波路部１１１の幅ａよりも５０倍以上の長さであることが好ましい。更に、テーパ状光導波路部１１４の長さｃは光導波路部１１１の幅ａよりも１００倍以上の長さであることがより好ましい。
【００６７】
第１実施形態と同様に、光導波路２１２には回折格子形成部が存在するとともに、光導波路部２１２の断面積Ｓ２は、光導波路部２１１の断面積Ｓ１よりも小さく設定されている。
【００６８】
したがって、回折格子形成部を進行する光は、回折格子形成部における屈折率の周期的変化に応じたモードフィールド径の周期的な変化によって、屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側で、放射モードと結合し、光導波路部２１２からの漏れが発生する。
【００６９】
こうした光の漏れは、回折格子形成部の存在だけによっても発生するが、光導波路部２１２の断面積Ｓ２は小さく設定されているので、光導波路部１１２への光の閉じ込めの度合いは低減されており、光の進行方向に垂直な断面積が面積Ｓ１に設定されている場合よりも、放射モードとの結合度が強まり、漏れ光強度が高くなる。
【００７０】
この結果、第１実施形態と同様に、回折格子形成部における屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側の遮断特性が向上する。すなわち、非透過光の波長幅が屈折率の変化周期に応じたＢｒａｇｇ波長より短波長側に広がることになる。一方、漏れ光は反射光ではないので、光の進行方向とは逆方向に光導波路部２１２および光導波路部２１１を進行することもない。
【００７１】
回折格子形成部を透過した光は、テーパ状光導波路部２１５および光導波路部２１３を順次介して出力される。
【００７２】
光導波路部２１２の回折格子形成部における屈折率変化の周期は、第１実施形態と同様に、（i）略同一とすることも可能であるし、また、（ii）光の進行方向に沿って単調かつ連続的に変化させることも可能である。
【００７３】
そして、屈折率変化の周期が略同一の場合には図２と同様の特性で、屈折率変化の周期が光の進行方向に沿って単調かつ連続的に変化する場合には、図３と同様の特性で、光を遮断しまたは反射する。
【００７４】
（光ファイバ増幅器の実施形態）
図５は、本発明の光ファイバ増幅器の実施形態の構成図である。図５に示すように、この装置は、（ａ）信号光を第１の端子から入力して第２の端子から出力するとともに、第２の端子から入力した光を第１の端子からは出力しない光アイソレータ３３１と、（ｂ）光アイソレータ３３１の第２の端子から出力された信号光を入力し、増幅して出力する光増幅部３１０と、（ｃ）光増幅部３１０から出力された光を第１の端子から入力して第２の端子から出力するとともに、第２の端子から入力した光を第１の端子からは出力しない光アイソレータ３３２と、（ｄ）光アイソレータ３３２から出力された光を入力し、光増幅部３１０で発生したＡＳＥ光の一部を除去して出力する、波長フィルタとしての光導波路型回折格子１００と、（ｅ）光導波路型回折格子１００から出力された信号光を入力し、増幅して出力する光増幅部３２０と、（ｆ）光増幅部３２０から出力された光を第１の端子から入力して第２の端子から出力するとともに、第２の端子から入力した光を第１の端子からは出力しない光アイソレータ３３３とを備える。
【００７５】
光増幅部３１０は、（i）エルビウムが添加された増幅用光ファイバ３１１と、（ii）増幅用光ファイバ３１１へ供給する励起光を発生する励起部３１２と、（iii）増幅用光ファイバ３１１の出力光を透過するとともに、励起光を増幅用光ファイバ３１１へ導く光カプラ３１３とを備える。
【００７６】
光増幅部３２０は、（i）エルビウムが添加された増幅用光ファイバ３２１と、（ii）増幅用光ファイバ３２１へ供給する励起光を発生する励起部３２２と、（iii）光導波路型回折格子１００を介した光を増幅用ファイバ３２１へ導くとともに、励起光を増幅用光ファイバ３２１へ導く光カプラ３２３とを備える。
【００７７】
光導波路型回折格子１００は、回折格子形成部における屈折率変化の周期が、光の進行方向に沿って単調かつ連続的に変化するものを採用するとともに、光アイソレータ３３２側を短波長側に、光増幅部３２０側を長波長側に設定した。なお、光導波路型回折格子１００のＢｒａｇｇ波長は、１５３３ｎｍから１５４０ｎｍの範囲で変化することとした。
【００７８】
なお、本実施形態での信号光は、波長が１５４０ｎｍよりも長い１．５５μｍ帯とした。
【００７９】
本実施形態の光ファイバ増幅器では、信号光が光アイソレータ３３１を介して光増幅部３１０に入力し、増幅されて出力される。図６は、光増幅部３１０から出力される光のスペクトルを示すグラフである。
【００８０】
図６に示すように、光増幅部３１０からは、１．５５μｍ帯の信号光の他に、１５３１ｎｍにピーク波長を有するＡＳＥ光を含んでいる。図６に示したスペクトルの光が、光増幅部３１０から出力され、光アイソレータ３３２を介して、光導波路型回折格子１００に入力する。
【００８１】
図７は、本実施形態の光導波路型回折格子１００の透過特性を示すグラフである。図７に示すように、光導波路型回折格子１００は、１５３３〜１５４０ｎｍの波長の光について、略０の透過率を示すとともに、１５３３ｎｍより短波長側の光についても遮断特性を有する。光導波路型回折格子１００を介することにより、図８に示すような、波長が１５４０ｎｍ以下のＡＳＥ光の成分が除去されたスペクトルの光が光増幅部３２０に入力する。そして、信号光が増幅されて、光アイソレータ３３３を介して出力される。
【００８２】
ところで、光導波路型回折格子１００にとって、上流側は光アイソレータ３３２が配置されているので、反射光は少なく発振の問題が生じる懸念はない。一方、下流側では、増幅用光ファイバ３２１でのレイリ散乱が原因となって発振の生じる可能性がある。
【００８３】
本実施形態の装置では、光導波路型回折格子１００の光増幅部３２０側がＢｒａｇｇ波長の長波長側となるように設定しているので、反射特性が図３（ｃ）と同様と成る。したがって、Ｂｒａｇｇ波長の短い部分と一致する波長の光の反射は、Ｂｒａｇｇ波長の長い位置での放射モードでの光の光導波路からの漏れによって、低減される。すなわち、効果的に発振が抑制されている。
【００８４】
以上のようにして、本実施形態の光ファイバ増幅器では、ＡＳＥ光を効率的に除去しつつ、ＡＳＥ光の波長での発振を抑制して、効率的に光増幅を実行する。
【００８５】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく変形が可能である。例えば、光ファイバ増幅器の実施形態では、光導波路型回折格子を平面型光導波路型としたが、ファイバ型光導波路型のものを採用しても同様の効果を奏する。また、Ｂｒａｇｇ波長の変化範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、遮断すべき波長と、反射としない波長に応じて都度設定することが可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の光導波路型回折格子によれば、光導波路の途中で光の進行方向での光導波路の断面積を減少させ、光の閉じ込めを低減するとともに、断面積の減少部分に、光の進行方向に沿って、屈折率を周期的に変化させて回折格子を形成したので、回折格子のＢｒａｇｇ波長よりも短波長側で効率的に放射モードとの結合が生じ、Ｂｒａｇｇ波長の長波長側で急俊であり、短波長側で緩やかな変化の遮断特性を実現することができるとともに、Ｂｒａｇｇ波長以外では反射しない波長フィルタを実現できる。
【００８７】
また、本発明の光ファイバ増幅器によれば、本発明の光導波路型回折格子をＡＳＥ光の遮断に使用するので、発振の発生が抑制されるとともに、効果的にＡＳＥ光を遮断して、効率的な光増幅を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路型回折格子の第１実施形態の構成図である。
【図２】屈折率変化の周期が略一定の場合の透過特性および反射特性のグラフである。
【図３】屈折率変化の周期が単調かつ連続的に変化する場合の透過特性および反射特性のグラフである。
【図４】本発明の光導波路型回折格子の第２実施形態の構成図である。
【図５】本発明の光ファイバ増幅器の実施形態の構成図である。
【図６】増幅用光ファイバから出力される光のスペクトルのグラフである。
【図７】図５の光導波路型回折格子の透過特性のグラフである。
【図８】光導波路型回折格子を介した光のスペクトルのグラフである。
【符号の説明】
１００，２００…光導波路型回折格子、１１０，２１０…光導波路部、１２０．２２０…クラッド部、１３０…基板、１１１，１１２，１１３，２１１，２１２，２１３…光導波路部、１１４，１１５，２１４，２１５…テーパ状光導波路部、３１０，３２０…光増幅部、３３１，３３２，３３３…光アイソレータ。
【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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