(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバ同士の一部を融着し延伸してなる光ファイバカプラにおいて、融着延伸部の一方側が通常の光ファイバからなり、他方側は希土類添加ファイバからなり、融着延伸部は希土類添加ファイバ側にあり、その近傍に両ファイバの接続部があることを特徴とする光ファイバカプラ。
【請求項２】
上記融着延伸部と両ファイバの接合部との距離が５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバカプラ。
【請求項３】
光ファイバと希土類添加ファイバの端面を融着延伸したものを複数用意し、それぞれの融着延伸部の位置を揃えて並列に配設した後、希土類添加ファイバ側を加熱融着延伸する工程からなる請求項１記載の光ファイバカプラの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の光ファイバカプラを用い、通常の光ファイバ側から信号光及び励起光を入力合波し、希土類添加ファイバ側から増幅信号を出力するようにしたことを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
上記出力側の希土類添加ファイバの端部に光アイソレータを接続したことを特徴とする請求項４記載の光増幅器。
【請求項６】
上記入力側の光ファイバを励起光源と直接接続したことを特徴とする請求項４記載の光増幅器。
【請求項７】
希土類添加ファイバの両端に請求項１記載の光ファイバカプラを設け、一方側から信号光を、他方側から励起光を入力するようにしたことを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で用いられる光ファイバカップラ及びそれを用いた光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムにおいて、入射した光をそのまま増幅する光ファイバ増幅器が用いられる。
【０００３】
例えば、図７に示したように合波器（ＷＤＭ）７の一方側にスプライス部９を介して励起光源６を接合するとともに、もう一本の光ファイバを信号光入力部とし、合波器（ＷＤＭ）７の他方側にスプライス部９を介してＥｒ，Ｎｄに代表される希土類添加ファイバ４を融着接続し、出力部においては、スプライス部９を介してインライン型光アイソレータ８のような受動部品と融着接続し構成される。
【０００４】
合波器７は、信号光より波長の短い励起光源６からの光を伝搬する伝搬用ファイバで構成される。その一方と希土類添加ファイバ４がスプライス部９で融着接続されており、希土類添加ファイバ４の出力側がインライン型光アイソレータ８のシングルモードファイバ１とスプライス部９で接続されている。
【０００５】
この光増幅器では、合波器７で信号光と励起光を合波し、両方の光が希土類添加ファイバ４に入射し、希土類添加ファイバ４内にて励起光により、希土類イオンが励起され、反転分布状態が形成され、信号光が増幅される。増幅された信号光成分の出力光は、インライン型光アイソレータ８により、方向付けされて出力されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光増幅器では、各構成部品をスプライス部９で融着接続して構成する為、融着によるスプライス接続等に手間がかかり、また接続による損失も発生し、利得、雑音特性など増幅特性上好ましくなかった。
【０００７】
即ち従来の構成では、信号光と励起光が合波器７で合波してから、共に希土類添加ファイバ４に入射する為、それぞれの光ファイバの異なるモードフィールド径を調整し、接続する事が困難であった。又、光回路実装の際、スプライス部９を収納するスペースも必要とし、光回路部分の実装スペースを増大させるという不都合もあった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの課題を解決するためのものであり、複数の光ファイバ同士の一部を融着し延伸してなる光ファイバカプラにおいて、融着延伸部の一方側が通常の光ファイバからなり、他方側は希土類添加ファイバからなり、融着延伸部は希土類添加ファイバ側にあり、その近傍に両ファイバの接続部があることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は上記光ファイバカップラを用いて光増幅器を構成することによって、スプライス部のない簡単な構造の光増幅器を得るようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１は、本発明によるファイバカップラの実施例を示した図であり、図２は本発明によるファイバカップラの基板実装図であり、図３は本発明によるカップラ概念説明図であり、図４は本発明によるカップラを使用した光ファイバ増幅器の一実施例を説明した図である。
【００１１】
図１において、１は光ファイバ、２は融着接続部、３は融着延伸部、４は希土類添加ファイバである。端面側ファイバの保護被覆を剥がしたシングルモード型の光ファイバ１と、同様に被覆を剥がした希土類添加ファイバ４とを用意し、図１（ｂ）に示すようにそれらの端面同士を融着接続したものを複数本用意する。融着接続は、シングルモード型の光ファイバ１と希土類添加ファイバ４の軸芯を合わせ、複数回加熱して融着する。
【００１２】
これにより、加熱した部分のコア内の屈折率を増大させている添加物が拡散し、接続部の各モードフィールド径が拡大して接続損失を低減することができる。
【００１３】
次に、融着接続した各ファイバーの融着接続部２の部分の位置を合わせ、整列し、加熱融着延伸する。このように、融着接続部２の部分の位置を合わせるのは、延伸時に相対する結合部を構成するファイバ間の各伝搬定数を一致させる為である。そうしないと、ファイバ間において完全結合せず、合波器として機能しない。
【００１４】
このようにして、図１（ａ）  に示すような光ファイバカップラを作製する。即ち、融着延伸部３の一方側は通常の光ファイバ１からなり、他方側は希土類添加ファイバ４からなり、融着延伸部３は、希土類添加ファイバ４側にあり、その近傍に融着接続部２が存在する光ファイバカップラを得る事ができる。
【００１５】
なお、加熱融着による融着延伸部３は、希土類添加ファイバ４側の融着接続部２の近傍で良い。また、融着延伸部３とシングルモードファイバとの融着接続部２との距離は、５〜１０ｍｍ程度とする。即ち、そうした長さに設定しないと、希土類添加ファイバに入射した信号光成分が励起光と結合する前に減衰してしまうからである。
【００１６】
上記の加熱融着延伸後、所定の工程により、図２に示したように基板５上に固定用部材により実装固定し、光ファイバカップラとして完成する。
【００１７】
ここで、重要な事は、本来、モードフィールド径の異なるファイバー同士の融着接続の場合、モードフィールド径の違いにより、接続部にて放射損失が生じるが、本発明によればこの接続損失を少なくできる点である。
【００１８】
例えば、信号光のシングルモードファイバでのモードフィールド径と信号光の希土類添加ファイバでのモードフィールド径、励起光のシングルモードファイバでのモードフィールド径と希土類添加ファイバでのモードフィールド径はそれぞれ異なっている。しかし本発明では、図３に示したように、モードフィールド径の異なるファイバを各融着接続し、それから延伸する事により、ファイバ内導波光のエバネセントフィールドが共に大きく増大し、信号光側、励起光側のファイバと希土類添加ファイバ側との接続部モードフィールド径の相対的なサイズの差を減らす事ができる。
【００１９】
即ち、図３に示したようにファイバを延伸すると、内部の導波光を閉じこめているコア部が細くなり、導波光のエバネセントフィールドが増大し、シングルモードファイバ、希土類添加ファイバ側共にモードフィールド径が拡大する。本発明は、信号光側のファイバ、励起光側のファイバと希土類添加ファイバのモードフィールド径をそれぞれ適正に事前に調整する事ができ、それにより各接続損失が減少するのである。
【００２０】
また、本発明では融着延伸部３は希土類添加ファイバ４で形成することによって、接続損失を減らしている。即ち、シングルモード型の光ファイバ１側に融着延伸部（合波用ＷＤＭ）３を設けると、希土類添加ファイバ４の端一カ所に信号光と励起光が共に入射する構造となり、接続時にそれぞれの波長に合わせたモードフィールド径の適切な整合による接続が困難となり、その分損失が増えるのである。通常、励起光源は、信号光と波長が異なり、合波用ＷＤＭは励起光源の伝送波長に合わせたファイバが使用される。即ち、信号光を伝送するシングルモードファイバと異なるモードフィールド径を有するファイバで構成されている。
【００２１】
これに対し、本発明の場合は、希土類添加ファイバ４側に結合部があるので、信号光用ファイバと希土類添加ファイバ、励起光源用ファイバと希土類添加ファイバ個別に適切な融着接続を行う事ができる。
【００２２】
本発明では、先ず伝送用の光ファイバ１と希土類添加ファイバ４とを融着接続する時に接続損失を調整し、その後、励起光用の光ファイバ１と希土類添加ファイバ４を同様に加熱融着接続する。その後延伸する際、融着延伸部３が近い為、各融着接続部２のモードフィールド径が共に更に拡大する事により、それぞれ損失を低減する事ができる。
【００２３】
次に本発明による光ファイバカップラを光増幅器に応用した場合の実施例について説明をする。
【００２４】
図４は、本発明による光ファイバカップラを合波器７として用いた光ファイバ増幅器であり、合波器７の一方側（図面の左側）はシングルモード型の光ファイバからなり、その一方に励起光源６を直結し、他方は信号光を入力するようになっている。
【００２５】
また、合波器７の他方側（図面の右側）は、希土類添加ファイバ４となっており、この端部にインライン型光アイソレータ８等の光学素子が実装されている。このように、本発明の光ファイバカップラを合波器７として用いれば、合波器７自体で光ファイバ１と希土類添加ファイバ４を接続してあり、しかも光アイソレータ８を直結することにより、図７に示す従来例に比べて合計スプライス部９を２箇所減らすことができる。
【００２６】
通常、希土類添加ファイバ４とシングルモード型の光ファイバ１とのスプライスによる接続により、１カ所当たり０．１〜０．２ｄＢ程度、２カ所で最大０．４ｄＢの損失が生じるが、本発明では上述したようにスプライス部９を減らすことにより、損失の合計を０．１ｄＢ以下に押さえる事ができる。それにより、ゲイン特性及び雑音特性等の増幅特性が向上する。
【００２７】
又、光回路構成時に融着スプライス工程が不要であり、しかも、スプライス部の保護チューブスペースも不要である。
【００２８】
さらに、合波器７の励起光入力側ファイバに励起光源６として励起用光モジュールを直接接続してあることにより、励起光の損失が減り、増幅特性を更に向上することができる。これにより、励起光の損失低減を図り、スプライス工程及びスプライス部分をなくす事ができる。
【００２９】
次に、本発明による光増幅器の動作を図４に基づいて説明する。信号光は、合波器７の左側から入射し、励起光と合波される。その際、結合部は、合波器７の希土類添加ファイバ４側にあり、信号光は、シングルモード型の光ファイバ１から希土類添加ファイバ４の接続部をモードフィールド径を拡大しながら透過して希土類添加ファイバ４に入射し、励起光との結合部に伝搬する。そこで、結合部を構成するもう一方の希土類添加ファイバ４からの励起光と結合する。
【００３０】
即ち、希土類添加ファイバ４には信号光成分のみ入射し、信号光と励起光との結合は、希土類添加ファイバ４内で行われる。そうする事により、信号光の伝搬用シングルモードファイバと希土類添加ファイバでのモードフィールド径、励起光源の伝搬用シングルモードファイバと希土類添加ファイバのそれぞれのモードフィールド径を適正に調整した接続が可能となり、低損失な光結合が実現できる。
【００３１】
その後、励起光により希土類添加ファイバ４内の希土類元素イオンが励起され、反転分布が形成され、信号光成分を増幅し、インライン型光アイソレータ８素子に入射、順方向成分のみ出射する。
【００３２】
この時、上述したように、接続部が少なく、かつ融着接続部のモードフィールド径の整合性が良いことから、光回路全体が低損失となり、ゲイン特性、雑音特性などの増幅特性が向上する。
【００３３】
尚、上記実施形態では、前方励起方式の光増幅器について記したが、本発明は、前方励起と反対方向の希土類添加ファイバ端側から信号光を入射する後方励起方式、希土類添加ファイバの両側にカップラを構成する双方向励起方式に適用できる。
【００３４】
双方向励起方式の実施形態については、図５に示すような構成となる。この場合、図４に示す光増幅器に対して、希土類添加ファイバ４のさらに出力側端部にもう一つの合波器７’を備え、この合波器７’の他方端に後方励起用の励起光源６’と、光アイソレータ８をそれぞれ接続したものである。
【００３５】
前方励起側の動作については、前述した通りの動作である。後方励起側の合波器７’からは、後方励起用の励起光源６’からの励起光が希土類添加ファイバ４に入射する。後方からの励起光により希土類イオンを高エネルギー準位に励起、反転分布状態とし、信号光成分を増幅する。このようにして前方及び後方励起により増幅された信号光がインライン型光アイソレータ８を通過して出力される。
【００３６】
【実施例】
本発明の実施例として、図４に示す光増幅器を作製し、図７に示す従来例と特性を比較した。その結果を図６に示すように、動作信号光波長領域において、本発明による光増幅器は利得が高く、雑音指数が低い点、従来の光増幅器よりも優れていることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば以下のような優れた効果がある。
【００３８】
（１）希土類添加ファイバとシングルモード型の光ファイバとを融着接続により接続し、その希土類添加ファイバ側端近傍部分で加熱融着延伸して光ファイバカップラを構成するため、別途スプライス部を形成する必要がなくなる。そのため、スプライス工程が不要となって工程を簡素化し、しかもスプライス部のスペースも不要になるため小型で低価格とする事ができる。
【００３９】
（２）信号光のシングルモードファイバと希土類添加ファイバの融着接続部でのモードフィールド径、励起光のシングルモードファイバと希土類添加ファイバの融着接続部でのモードフィールド径をそれぞれ個別に整合できるので、トータルな損失を減少する事ができる。
【００４０】
（３）希土類添加ファイバのもう片側端にも更に同じ光ファイバカップラを構成する事により、双方向励起用光回路も小型に構成可能である。
【００４１】
（４）希土類添加ファイバ片側端に光アイソレータを直接接続実装する事により、光回路実装時にスプライス部を廃し、損失も低減する事ができ、増幅特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による光ファイバカップラの平面図、（ｂ）はその製造工程を示す図である。
【図２】本発明による光ファイバカップラを基板に実装した状態の平面図である。
【図３】本発明による光ファイバカップラの概念説明図である。
【図４】本発明による光ファイバカップラを使用した光増幅器を示す図である。
【図５】本発明による光ファイバカップラを用いた双方向励起の光増幅器を示す図である。
【図６】本発明の光増幅器と従来例による利得、雑音特性の比較を示すグラフである。
【図７】従来の光増幅器を示す図である。
【符号の説明】
１：光ファイバ
２：融着接続部
３：融着延伸部
４：希土類添加ファイバ
５：基板
６：励起光源
７：合波器
８：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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