(57)【要約】【課題】  伝送能力を維持しつつ、従来よりも大幅に小型化した光増幅器を提供する。【解決手段】  Ｅｒ2Ｏ3を含有するＢｉ2Ｏ3系の光増幅ガラスをコアとする光増幅用光ファイバの一方の端部に、信号光と光増幅ガラス中のＥｒを励起するための励起光とを合波して入射させ、他方の端部から増幅された信号光を出射する光増幅器であって、光増幅用光ファイバの一方の端部側に、所定距離離間して、信号光を光増幅用光ファイバに導くための入力側光ファイバが配置されるとともに、入力側光ファイバと光増幅用光ファイバとの間に、励起光を出射するための励起光光源および合波器が配置され、光増幅用光ファイバの他方の端部側に、所定距離離間して、増幅された光信号を外部に出力するための出力側光ファイバが配置され、かつ、信号光、励起光および増幅された信号光が、それぞれ、空間ビーム光で伝搬する光増幅器。【選択図】  図１
2006054332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｅｒ2Ｏ3を含有するＢｉ2Ｏ3系の光増幅ガラスをコアとする光増幅用光ファイバの一方の端部に、信号光と光増幅ガラス中のＥｒを励起するための励起光とを合波して入射させ、他方の端部から増幅された信号光を出射する光増幅器であって、
光増幅用光ファイバの一方の端部側に、所定距離離間して、信号光を光増幅用光ファイバに導くための入力側光ファイバが配置されるとともに、入力側光ファイバと光増幅用光ファイバとの間に、励起光を出射するための励起光光源および合波器が配置され、
光増幅用光ファイバの他方の端部側に、所定距離離間して、増幅された光信号を外部に出力するための出力側光ファイバが配置され、かつ、
信号光、励起光および増幅された信号光が、それぞれ、空間ビーム光で伝搬することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
入力側光ファイバの光増幅用光ファイバ側端部および光増幅用光ファイバの出力側光ファイバ側端部に、アイソレータが配置されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
光増幅用光ファイバと出力側光ファイバとの間に、増幅された信号光を分波してその一部を受光するフォトディテクタが配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の光増幅器。
【請求項４】
空間ビーム光が透過するレンズが配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光増幅器。
【請求項５】
光増幅ガラスが、モル％表示で、Ｂｉ2Ｏ3を２０〜８０％、Ｂ2Ｏ3を０〜１０％、ＳｉＯ2を５〜７０％、Ｉｎ2Ｏ3を０〜２０％、（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3）を０〜４５％、ＷＯ3を０〜３０％、Ｔａ2Ｏ5を０〜３０％、ＴｅＯ2を０〜３０％、ＴｉＯ2を０〜３０％、ＳｎＯ2を０〜３０％、ＣｅＯ2を０〜２％、（Ｙ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3＋Ｙｂ2Ｏ3）を０〜１５％、Ｅｒ2Ｏ3を０．１〜４％含有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１５３０〜１６３０ｎｍの波長の光の増幅に好適な光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信サービスの多様化に対応できる光通信方式として、波長多重のチャネル数を増加させて伝送容量の拡大を図る波長多重光通信方式（ＷＤＭ）が提案されている。このＷＤＭでは、Ｃバンド（波長：１５３０〜１５６０ｎｍ）またはＬバンド（波長：１５７０〜１６２０ｎｍ）の光が用いられているが、これら波長域の光を使用するには光増幅器が必須であり、種々の構成のものが開発、提案されている。例えば、コアが石英ガラスであるＥｒ添加石英系ガラスファイバを光増幅用光ファイバに用いた光増幅器が一般的である。
【０００３】
しかし、Ｅｒ添加石英系ガラスファイバを用いた光増幅器では、前記波長域の光に対しては、ファイバ長が数ｍ〜５０ｍであるときに最も利得が得られることが知られており、光増幅器とするには直径２〜２０ｃｍ程度に巻いて組み込む必要があり、装置の小型化の妨げになっている。また、Ｅｒ添加フッ化物ガラスファイバを用いた光増幅器も提案されているが、空気中の水分により劣化することが知られており、信頼性保証のために外気と遮断できる気密容器に収納しなければならず、コスト増を招いている。
【０００４】
このような背景から、本出願人は先に、光増幅用光ファイバとして、波長が１５００〜１５９０ｎｍ、強度が０．００１ｍＷである信号光について９ｄＢ以上の利得が得られる、長さ６ｃｍの樹脂コートガラスファイバを提案している（特許文献１参照）。この樹脂コートガラスファイバでは、ボビン状に巻く必要がなく、光増幅器の小型化に適したものである。
【特許文献１】特開２００１−１０２６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光増幅器は、上記の光増幅用光ファイバ以外にも、光信号を光増幅用光ファイバに導くための入力側光ファイバ、信号光を励起するための励起光を供給するための励起光光源、信号光と励起光とを合波して光増幅用光ファイバに入射させるための合波器、増幅された信号光を外部に取り出すための出力側光ファイバ、その他にも、信号光の反射を防ぐアイソレータや信号光パワーの安定化のためのフィードバック回路を構成する信号光モニター用フォトディテクタなどを備えており、これら各部品は伝送用石英系光ファイバで連結されている。しかし、伝送用石英系光ファイバも、ある長さで使用され、筐体内にループ状にとりまわして（曲げて）巻いた状態（典型的な曲げ半径は２０ｍｍ）で光増幅器に組み込まれる。そのため、光増幅用光ファイバを短くできても、伝送用石英系光ファイバをまげてループ状にとりまわすため、装置全体としての小型化には限界がある。
【０００６】
光増幅器は、メトロ用途や補償用などにも利用されてきており、その小型化の要求が最近益々高まっている。そこで、本発明は、伝送能力を維持しつつ、従来よりも大幅に小型化した光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】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、Ｅｒ2Ｏ3を含有するＢｉ2Ｏ3系の光増幅ガラスをコアとする光増幅用光ファイバを用い、更に信号光、励起光および増幅された信号光を、入力部と出力部以外には伝送用石英系光ファイバを用いることなく、空間を伝搬させることにより大幅な小型化を実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は下記に示す光増幅器を提供する。
（１）Ｅｒ2Ｏ3を含有するＢｉ2Ｏ3系の光増幅ガラスをコアとする光増幅用光ファイバの一方の端部に、信号光と光増幅ガラス中のＥｒを励起するための励起光とを合波して入射させ、他方の端部から増幅された信号光を出射する光増幅器であって、
光増幅用光ファイバの一方の端部側に、所定距離離間して、信号光を光増幅用光ファイバに導くための入力側光ファイバが配置されるとともに、入力側光ファイバと光増幅用光ファイバとの間に、励起光を出射するための励起光光源および合波器が配置され、
光増幅用光ファイバの他方の端部側に、所定距離離間して、増幅された光信号を外部に出力するための出力側光ファイバが配置され、かつ、
信号光、励起光および増幅された信号光が、それぞれ、空間ビーム光で伝搬することを特徴とする光増幅器。
（２）入力側光ファイバの光増幅用光ファイバ側端部および光増幅用光ファイバの出力側光ファイバ側端部に、アイソレータが配置されていることを特徴とする上記（１）記載の光増幅器。
（３）光増幅用光ファイバと出力側光ファイバとの間に、増幅された信号光を分波してその一部を受光するフォトディテクタが配置されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の光増幅器。
（４）空間ビーム光が透過するレンズが配置されていることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の光増幅器。
（５）光増幅ガラスが、モル％表示で、Ｂｉ2Ｏ3を２０〜８０％、Ｂ2Ｏ3を０〜１０％ＳｉＯ2を５〜７０％、Ｉｎ2Ｏ3を０〜２０％、（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3）を０〜４５％、ＷＯ3を０〜３０％、Ｔａ2Ｏ5を０〜３０％、ＴｅＯ2を０〜３０％、ＴｉＯ2を０〜３０％、ＳｎＯ2を０〜３０％、ＣｅＯ2を０〜２％、（Ｙ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3＋Ｙｂ2Ｏ3）を０〜１５％、Ｅｒ2Ｏ3を０．１〜４％含有することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の光増幅器。ここで、例えばＩｎ2Ｏ3を０〜２０％含有するとは、Ｉｎ2Ｏ3は必須ではないが、２０％まで含有してもよいという意味である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光増幅器は、特定の光増幅ガラスをコアに用いることにより、光増幅用光ファイバを短くでき、直線状に配置することができるとともに、信号光、励起光および増幅された信号光を、入力部と出力部以外には伝送用石英系光ファイバを用いることなく、空間を伝搬させるため、従来のように伝送用光ファイバを用いる構成と比べて大幅に小型化できる。また、光増幅用光ファイバは直線状であり、ボビン状に巻かれた伝送用光ファイバを備えないため、これらファイバが曲げによる応力によって破断するおそれもなく、信頼性も高くなる。また、外形が棒状となるので、光通信装置への光増幅器の組み込み密度を高くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の光増幅器の一例を模式的に示す構成図である。図示されるように、光増幅用光ファイバ７が筐体１０のほぼ中心位置に配置され、その一方の端部側（図中左側）には、所定距離（一般的なレンズ結合ではそれぞれのレンズの焦点距離の和ないしその和の２倍が適当とされ、２０ｍｍ前後で１ｍｍ以上２５ｍｍ以下が典型的）離間して、信号光を光増幅用光ファイバ７に導くための入力側光ファイバ１が配置され、他方の端部（図中右側）には、所定距離（典型的には１〜５０ｍｍ）離間して、増幅された光信号を外部に出力するための出力側光ファイバ１１が配置されている。入力側光ファイバ１および出力側光ファイバ１１は制限がなく、例えば、伝送用石英系光ファイバとすることができ、それぞれの端部には固定用のフェルール９が装着されている。また、光増幅用光ファイバ７の両端にも、固定用のフェルール９，９が装着される。
【００１２】
信号光は入力側光ファイバ１から出射され、入力側光ファイバ１と光増幅用光ファイバ７との間の空間を伝搬して光増幅用光ファイバ７に入射するが、その途中で、アイソレータ３１を通過後、合波器６により励起光光源４からの励起光と合波される。励起光は、光増幅ガラス中のＥｒを励起するための光であり、波長が９５０〜１０２０ｎｍあるいは１４００〜１５３５ｎｍのレーザ光が使用される。Ｃバンドの光の増幅には、通常、波長が９５０〜１０２０ｎｍの励起光が使用されるが、これに制限されない。また、光増幅用光ファイバ７で増幅された信号光は、光増幅用光ファイバ７と出力側光ファイバ１１との間の空間を伝播して出力側光ファイバ１１に入射する。これら信号光、励起光および増幅された信号光の空間中の伝搬を良好に行なうために、入力側光ファイバ１の出射側端部、励起光光源４、光増幅用光ファイバ７の入射側および出射側の各端部、出力側光ファイバ１１の入射側端部に、それぞれコリメートレンズ２１，２２，２３，２４，２６が配置されている。
【００１３】
また、信号光パワーの安定化のためのフィードバック回路として、光増幅用光ファイバ７と出力側光ファイバ１１との間に分波器８を挿入し、光増幅用光ファイバ７から出射した信号光の一部をフォトディテクタ５に送る構成とすることもできる。尚、符号２５はコリメートレンズであり、３２はアイソレータである。
【００１４】
上記において、光増幅用光ファイバ７は、Ｅｒ2Ｏ3を含有するＢｉ2Ｏ3系の光増幅ガラスをコアとするもので、ファイバ形状の他、導波管とすることもできる。尚、クラッドはガラスである。また、光増幅ガラスは、モル％表示で、Ｂｉ2Ｏ3を２０〜８０％、Ｂ2Ｏ3を０〜１０％、ＳｉＯ2を５〜７０％、Ｉｎ2Ｏ3を０〜２０％、（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3）を０〜４５％、ＷＯ3を０〜３０％、Ｔａ2Ｏ5を０〜３０％、ＴｅＯ2を０〜３０％、ＴｉＯ2を０〜３０％、ＳｎＯ2を０〜３０％、ＣｅＯ2を０〜２％、（Ｙ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3＋Ｙｂ2Ｏ3）を０〜１５％、Ｅｒ2Ｏ3を０．１〜４％含有することが好ましく、特にＢｉ2Ｏ3を２０〜８０％、（ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3）を１５〜６０％、（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3）を８〜３０％、（Ｙ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3）を０．１〜１５％、ＧｅＯ2を０〜２％、Ｅｒ2Ｏ3を０．１〜４％含有することが好ましい。このような光増幅用光ファイバ７は、１５３０〜１６３０ｎｍの波長の光、特にＣバンドの光に対し、短いファイバ長でも必要な利得を確保でき、図示のように直線状に設置できる。具体的には、強度０．１ｍＷのＣバンドの光に対し、ファイバ長１５ｃｍ以下でも１ｃｍ当たり１ｄＢ以上の利得が得られ、本発明においてはファイバ長を５ｃｍ以下とすることもできる。
【００１５】
また、光増幅用光ファイバ７において、コア（即ち、光増幅用ガラス）の屈折率ｎ１とクラッドの屈折率ｎ２とが、下記の関係を満たすことが好ましい。尚、光増幅用ガラスの屈折率ｎ１は１．８〜２．２である。
０．０００５≦（ｎ１−ｎ２）／ｎ１≦０．１
【００１６】
尚、光増幅用光ファイバ７におけるコア径は１〜１０μｍ、クラッド径は１００〜２００μｍが適応である。
【００１７】
上記の各光部品は、光軸を調整し、剛性の高い光学系ベースである筐体１０に固定される。固定方法は、ＹＡＧレーザ光による溶接が一般的であるが、低融点半田や有機系接着剤（特にエポキシ系接着）を用いてもよい。
【００１８】
本発明の光増幅器は、種々の変更が可能である。例えば、図２に示すように、光増幅用光ファイバ７の出射側において、コリメートレンズ２４とアイソレータ３２との間に、第２の励起光光源４２を挿入し、励起光（典型的には、入力側光ファイバ１と光増幅用光ファイバ７との間に設けた励起光光源４からの励起光と同一または同程度の波長の励起光）を、合波器６２を通じて光増幅用光ファイバ７に入射させる。この２次励起を付加することにより、信号光の増幅率がより高まる。尚、符号２７はコリメートレンズである。また、その他の構成は図１に示した光増幅器と同様であり、同一符号を付し説明は省略するが、ここでは、フォトディテクタ５とコリメートレンズ２５とを一体化したボールレンズ付きフォトディテクタ５ａを使用している。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
光増幅用光ファイバとして、モル％表示で、Ｂｉ2Ｏ3：４２．３％、Ｂ2Ｏ3：４．９％、ＳｉＯ2：２８．９％、Ａｌ2Ｏ3：３．５％、Ｇａ2Ｏ3：１７．６％、Ｌａ2Ｏ3：１．４％、ＣｅＯ2：０．２％、Ｅｒ2Ｏ3：１．０％含有するコアと、Ｂｉ2Ｏ3：４２．９％、Ｂ2Ｏ3：５．０％、ＳｉＯ2：２９．３％、Ａｌ2Ｏ3：７．１％、Ｇａ2Ｏ3：１４．３％、Ｌａ2Ｏ3：１．４％、ＣｅＯ2：０．２％含有するクラッドとからなるＥｒ添加Ｂｉ2Ｏ3系ガラス（コア径：５．１μｍ、クラッド径１２５μｍ、吸収最大値：２．８ｄＢ／ｃｍ）を、５．５ｃｍに切断し、その両端にフェルールを装着したものを用意した。
【００２１】
そして、図２に示す構成の光増幅器を作製した。尚、入力側光ファイバ１および出力側光ファイバ１１としてコーニング社製「ＳＭＦ２８」を用いた。また、入力側光ファイバ１または出力側光ファイバ１１の端部に配置されるコリメートレンズ２１，２６には日本板硝子社製「セルフォックマイクロレンズ」を用い、その他のコリメートレンズ２２，２３，２４，２７にはアルプス社製非球面レンズを用いた。また、アイソレータ３１．３２としてＦＤＫ社製フリースペース型アイソレータ「ＹＤ−１１０２−１５５」を用いた。また、励起光光源４１，４２としてアルプス社製の９８０ｎｍノンクーラーＣＡＮタイプレーザーダイオードを用いた。また、合波器６，６２として日本真空光学社製薄膜多層膜フィルタを用いた。また、分波器８として日本真空光学社製薄膜多層膜フィルタを用いた。また、フォトディテクタ５として京セミ社製ボールレンズ付きＣＡＮタイプフォトディテクタ「ＫＰＤＥ００８−５６Ｂ」を用いた。更に、入力側光・出力側光ファイバの端面、コリメートレンズの両面、アイソレータの両面、励起光光源のＣＡＮの窓、フォトディテクタのボールレンズ、光増幅用光ファイバの両端面に無反射コーティングを施し、端面での反射による挿入損失の増加を防いでいる。
【００２２】
そして、励起光光源４１，４２のパワーを共に１４０ｍＷとし、入力側光ファイバ１に０．１ｍＷのパワーの信号光（波長は表１に示す通り）を１波長ずつ入力し、出力側光ファイバ１１からの出射光の強度を測定した。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2006054332.tif 000003
【００２４】
表１から、光通信に一般的に使用されるＣバンドの信号光に対し、良好な増幅を実施できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光増幅器の一例を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の光増幅器の他の例を模式的に示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：入力側光ファイバ
４，４２：励起光光源
５：フォトディテクタ
５ａ：ボールレンズ付きフォトディテクタ
６，６２：合波器
７：光増幅用光ファイバ
８：分波器
９：フェルール
１０：筐体
１１：出力側光ファイバ
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７：コリメートレンズ
３１，３２：アイソレータ
【図１】
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【図２】
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