(57)【要約】【課題】曲げ変形といった光増幅装置の設計の自由度や小型化の障害となる加工を光ファイバに与えることなく雑音を抑制する。【解決手段】光ファイバ２のコア７の特性として、コア７の細径化に連れてモードフィールド径ＭＦＤが細径化する第１のコア径範囲Ａ１１〜３と、第１のコア径範囲Ａ１１〜３より小さいコア径範囲であってコア７の細径化に連れてモードフィールド径ＭＦＤが太径化する第２のコア径範囲Ａ２１〜３とが存在することに着目し、コア７の径を、第２のコア径範囲Ａ２１〜３に設定する。【選択図】　図１
2004047820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅媒体となる光ファイバを備えた光増幅装置であって、
前記光ファイバのコアの特性として、コアの細径化に連れてモードフィールド径が細径化する第１のコア径範囲と、前記第１のコア径範囲より小さいコア径範囲であってコアの細径化に連れて前記モードフィールド径が太径化する第２のコア径範囲とが存在することに着目し、
前記コアの径を、前記第２のコア径範囲に設定することを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅装置において、
前記第１のコア径範囲と前記第２のコア径範囲との間の閾値となる前記コアの径をｘとし、前記モードフィールド径をｙとすると、前記閾値ｘは、
ｘ≦０．６ｙ
の式により設定されることを特徴とする光増幅装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光増幅装置において、
前記光ファイバに気泡を混入させることを特徴とする光増幅装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の光増幅装置において、
赤外線領域の光を吸収する機能を付与する添加物を前記光ファイバに添加することを特徴とする光増幅装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光増幅装置において、
前記添加物はＢ２Ｏ５であることを特徴とする光増幅装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光増幅装置において、
前記添加物はＰ２Ｏ５であることを特徴とする光増幅装置。
【請求項７】
増幅媒体となる光ファイバを備えた光増幅装置であって、
前記光ファイバに気泡を混入することを特徴とする光増幅装置。
【請求項８】
増幅媒体となる光ファイバを備えた光増幅装置であって、
赤外線領域の光を吸収する機能を付与する添加物を前記光ファイバに添加することを特徴とする光増幅装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光増幅装置において、
前記添加物はＢ２Ｏ５であることを特徴とする光増幅装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光増幅装置において、
前記添加物はＰ２Ｏ５であることを特徴とする光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅媒体となる光ファイバを備えた光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から光増幅装置として、増幅媒体となる希土類添加光ファイバを備えたものや、ラマン増幅用光ファイバを備えたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの光増幅装置においては、図４に示すように、信号光（例えば１５５０ｎｍ）αより長波長側の帯域（例えば、１６００〜１７００ｎｍ）において誘導ラマン散乱が生じて信号光のエネルギーが消費される結果、信号光αより長波長側帯域において不要な雑音成分βが発生していた。
【０００４】
このような雑音成分βの発生を防止するために、従来から、次のような試みがなされている。すなわち、増幅媒体となる光ファイバには、曲げ変形を受けることにより誘導ラマン散乱が抑制されるという特性がある。しかも、誘導ラマン散乱の発生を抑制できる帯域は曲げ変形時の曲率半径に依存し、曲率半径を最適に設定することにより、所望帯域において誘導ラマン散乱を防止することができる。このような光ファイバの特性を利用し、光ファイバを適度の曲率半径で曲げることにより、信号光より長波長側の帯域において誘導ラマン散乱により生じる雑音成分を抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、光ファイバには、曲げ変形時の曲率半径が小さくなるほど誘導ラマン散乱を抑制可能な帯域が短波長側に移行し、逆に曲率半径が大きくなるほど誘導ラマン散乱を抑制可能な帯域が長波長側に移行するという特徴がある。ここで雑音光として排除の対象となっているのは上述したように信号光より長波長側に位置する帯域の光である。そのため、このような長波長帯域の雑音光を排除するためには、比較的大きな曲率半径でもって光ファイバに曲げ変形を与える必要がある。しかしながら、このような制限の基で光ファイバに曲げ変形を付与することは、光増幅装置を設計するうえでの自由度を奪うことになるとともに、装置の小型化の障害にもなる。
【０００６】
したがって、本発明の主たる目的は、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域での雑音を抑制することである。
【０００７】
さらには、曲げ変形といった光増幅装置の設計の自由度や小型化の障害となる加工を光ファイバに与えることなく、上記雑音を抑制することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するためには、本発明は増幅媒体となる光ファイバを備えた光増幅装置において次の構成を有している。
【０００９】
すなわち、前記光ファイバのコアの特性として、コアの細径化に連れてモードフィールド径が細径化する第１のコア径範囲と、前記第１のコア径範囲より小さいコア径範囲であってコアの細径化に連れて前記モードフィールド径が太径化する第２のコア径範囲とが存在することに着目し、前記コアの径を、前記第２のコア径範囲に設定している。
【００１０】
これにより、本発明では次の作用効果を発揮する。すなわち、本発明の構成（コア径に比してモードフィールド径を相対的に大きくする構成）を採用すると、光ファイバの伝送光が伝搬モードから放射モードに移行しやすくなる。放射モードとなった光においては短波長帯域に比べて長波長帯域での損失が増大する。そのため、長波長帯域における損失が増大する分、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域での雑音は抑制されることになる。
【００１１】
なお、本発明において設定するコア径の具体的な寸法としては、次の寸法が設定可能である。すなわち、前記第１のコア径範囲と前記第２のコア径範囲との間の閾値となる前記コアの径をｘとし、前記モードフィールド径をｙとすると、前記閾値ｘは、ｘ≦０．６ｙの式により設定される。
【００１２】
なお、前記光ファイバに気泡を混入させるのが好ましい。そうすれば、気泡が存在している光ファイバの部分には、気泡の存在により微小な曲り変形が生じていると見なすことができる。そのため、このような微小な曲り変形に起因するマイクロベンディング損失により長波長帯域における損失がさらに増大し、その分、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域での雑音はさらに抑制されることになる。
【００１３】
なお、赤外線領域の光を吸収する機能を付与する添加物を前記光ファイバに添加するのが好ましい。そうすれば、赤外線領域の光の吸収が生じる分、長波長帯域における損失が増大し、その分さらに誘導ラマン散乱に起因する長波長領域での雑音は抑制されることになる。
【００１４】
この場合、前記添加物としてはＢ２Ｏ５やＰ２Ｏ５を用いることができる。
【００１５】
なお、前記光ファイバに気泡を混入することだけでも、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域の雑音を抑制する効果を発揮することができる。また、赤外線領域の光を吸収する機能を付与する添加物を前記光ファイバに添加するだけでも、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域の雑音を抑制する効果を発揮することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の光増幅装置の構成を示す図である。図２は、増幅用光ファイバの構成を示す断面図である。
【００１７】
この光増幅装置１は、高出力パルス光源やラマン増幅器に組み込まれるものであって、増幅用光ファイバ２と、ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂと、励起光源４Ａ，４Ｂと、入力端側伝送用光ファイバ５と出力端側伝送用光ファイバ６とを備えている。
【００１８】
信号光は、入力端側伝送用光ファイバ５から入力されて出力端側伝送用光ファイバ６から出力されるようになっている。
【００１９】
入力端側伝送用光ファイバ５と出力端側伝送用光ファイバ６との間には、信号光を増幅する増幅用光ファイバ２が介装されて接続されている。増幅用光ファイバ２は希土類添加光ファイバやラマン増幅用光ファイバから構成されている。希土類添加光ファイバは高出力パルス光源等に組み込まれる光増幅装置において用いられ、具体的な例としてはエルビウム添加光ファイバが挙げられる。ラマン増幅用光ファイバはラマン増幅器において用いられる。
【００２０】
ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂは増幅用光ファイバ２の少なくとも一端（本実施形態では両端）に設けられている。ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂは、増幅用光ファイバ２と入出力端側伝送用光ファイバ５，６との間に設けられている。ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂには、励起光源４Ａ，４Ｂが接続されている。ＷＤＭ合波器３Ａ，３Ｂは、励起光源４Ａ，４Ｂから出力される励起光を増幅用光ファイバ２に導入している。
【００２１】
増幅用光ファイバ２は、図２に示すように、コア７とクラッド８とを備えている。このように構成された増幅用光ファイバ２において、コア７とクラッド８との境界（界面）をその径方向に前後するようにモードフィールド径ＭＦＤが設定されている。なお、図２では、その一例として、コア７とクラッド８との境界（界面）の径方向外側にモードフィールド径ＭＦＤが設定されている。
【００２２】
以下、コア径Ｄｃとモードフィールド径ＭＦＤとカットオフ波長λｃとの間の関係を図３を参照して説明する。
【００２３】
図３はコア径Ｄｃを変動させた場合におけるモードフィールド径ＭＦＤの変化とカットオフ波長λｃの変化とを算定した結果を示している。図中、横軸はカットオフ波長λｃを示し、縦軸はコア径Ｄｃとモードフィールド径ＭＦＤとを示している。また、算定は、比屈折率差Δ＝０．３％、Δ＝０．５％、Δ＝０．７％のエルビウム添加光ファイバにおいてそれぞれ実施している。これらの算定においては、コア径Ｄｃを、２．２〜９．０μｍ（Δ＝０．７％），２．５〜１０．５μｍ（Δ＝０．５％），３．５〜１３．５μｍ（Δ＝０．３％）と変動させた状態におけるカットオフ波長λｃの変化と、モードフィールド径ＭＦＤの変化とを算定している。
【００２４】
図３より明らかなように、カットオフ波長λｃは、コア径Ｄｃの細径化に比例して短波長側に移行しているのが理解される。一方、モードフィールド径ＭＦＤは、太径側のコア径範囲では、コア径Ｄｃが細径化するに連れて細径化するものの、細径側のコア径範囲では、逆に、コア径Ｄｃが細径化するに連れて太径化しているのが理解される。
【００２５】
このことからわかるように、カットオフ波長λｃはコア径Ｄｃの細径化に比例して短波長側に移行するという特性を有している。これに対して、モードフィールド径ＭＦＤは、コア径Ｄｃの細径化に連れて細径化するものの、コア径Ｄｃが所定の閾値を超えてさらに細径化すると逆に太径化するという特性を有している。このように、コア径Ｄｃには、細径化に連れてモードフィールド径ＭＦＤが細径化する第１のコア径範囲Ａ１１〜３と、第１のコア径範囲Ａ１１〜３より小さいコア径範囲であって細径化に連れてモードフィールド径ＭＦＤが太径化する第２のコア径範囲Ａ２１〜３とが存在する。
【００２６】
上述した第２のコア径範囲Ａ２１〜３においては、コア径Ｄｃの細径化に連れてモードフィールド径ＭＦＤが大きくなって増幅用光ファイバ２の光閉じ込め力が徐々に弱くなる。そのため、コア径Ｄｃが第２のコア径範囲Ａ２１〜３に設定された増幅用光ファイバ２を伝送する光は放射モードに移行しやすくなる。放射モードとなった光においては短波長帯域に比べて長波長帯域での損失が増大する。これにより、長波長帯域における損失が増大する分だけ、増幅用光ファイバ２において誘導ラマン散乱に起因して生じる長波長領域での雑音は抑制されることになる。そこで、本実施形態では、コア径Ｄｃを第２のコア径範囲Ａ２１〜３に設定することで、増幅用光ファイバ２において誘導ラマン散乱に起因して生じる長波長領域での雑音を抑制している。ここでいう、長波長領域とは例えば次の波長範囲をいう。すなわち、図４に示すように、光増幅装置１において増幅する信号光αを１５５０ｎｍとした場合における長波長範囲とは、不要な雑音成分βが発生する１６００〜１７００ｎｍの波長範囲をいう。
【００２７】
第１のコア径範囲Ａ１１〜３と第２のコア径範囲Ａ２１〜３との間の閾値ｘは具体的にはモードフィールド径ＭＦＤ（＝ｙ）により、次の（１）式により規定される。
ｘ＝０．６ｙ　…（１）
以下、図３のデータを参照して上記（１）式を検証する。比屈折率差Δ＝０．３％の場合の第１のコア径範囲Ａ１１と第２のコア径範囲Ａ２１との間の閾値ｘ１（コア径Ｄｃ）はおよそ７μｍとなる。このときのモードフィールド径ＭＦＤをｙ１とすると、ｙ１は１２μｍとなる。これらｘ１，ｙ１は、ｘ１（＝７μｍ）≦０．６ｙ１（＝７．２μｍ）となり、上記（１）式を満足する。
【００２８】
比屈折率差Δ＝０．５％の場合の第１のコア径範囲Ａ１２と第２のコア径範囲Ａ２２との間の閾値ｘ２（コア径Ｄｃ）はおよそ５．２μｍとなる。このときのモードフィールド径ＭＦＤをｙ２とすると、ｙ２は９μｍとなる。これらｘ２，ｙ２は、ｘ２（＝５．２μｍ）≦０．６ｙ１（＝５．４μｍ）となり、上記（１）式を満足する。
【００２９】
比屈折率差Δ＝０．７％の場合の第１のコア径範囲Ａ１３と第２のコア径範囲Ａ２３との間の閾値ｘ３（コア径Ｄｃ）はおよそ４．２μｍとなる。このときのモードフィールド径ＭＦＤをｙ３とすると、ｙ３は７．５μｍとなる。これらｘ３，ｙ３は、ｘ３（＝４．２μｍ）≦０．６ｙ３（＝４．５μｍ）となり、上記（１）式を満足する。
【００３０】
このように、閾値ｘ１〜３は、上記（１）式により規定されることが理解される。したがって、コア径Ｄｃを上記（１）式により規定される閾値ｘ１〜３より小さい値に設定することで、誘導ラマン散乱に起因して生じる長波長領域での雑音は抑制される。
【００３１】
なお、本実施形態においては、増幅用光ファイバ２として気泡が混入されたものが用いられている。これにより、誘導ラマン散乱に起因して生じる長波長領域での雑音はさらに効率よく抑制されている。これは、次のような理由によっている。すなわち、気泡が存在している増幅用光ファイバ２の部分には、気泡の存在により微小な曲り変形が生じていると見なすことができる。そのため、このような微小な曲り変形に起因するマイクロベンディング損失により長波長帯域における損失がさらに増大し、その分、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域での雑音はさらに抑制されることになる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、増幅用光ファイバ２として、赤外線領域の光を吸収する機能を付与する添加物が添加されたものが用いられている。これにより、赤外線領域の光の吸収が生じる分、長波長帯域における損失が増大し、その分さらに誘導ラマン散乱に起因する長波長領域での雑音が抑制されている。添加物としてはＢ２Ｏ５やＰ２Ｏ５を用いることができる。Ｂ２Ｏ５やＰ２Ｏ５を増幅用光ファイバ２に添加した場合には、Ｂ−ＯやＰ−Ｏの分子振動による赤外線帯域の吸収が生じるために、長波長帯域における損失が増大して長波長領域での雑音が抑制される。
【００３３】
また、Ｂ２Ｏ５が添加される場合には、コア７の屈折率を下げる効果も期待できる。Ｐ２Ｏ５をが添加される場合には、コア７の屈折率を上げる効果も期待できる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態は、コア７の細径化を主構成としたうえで、さらに、増幅用光ファイバ２に気泡を混入することや赤外線領域の光を吸収する機能を付与する添加物（Ｂ２Ｏ５，Ｐ２Ｏ５）を増幅用光ファイバ２に添加することを、副次的な構成とした実施の形態であった。
【００３５】
しかしながら、コア７の細径化を図ることなく、増幅用光ファイバ２に気泡を混入することだけでも、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域の雑音を抑制する効果を発揮することができる。また、コア７の細径化を図ることなく、赤外線領域の光を吸収する機能を付与する添加物（Ｂ２Ｏ５，Ｐ２Ｏ５）を増幅用光ファイバ２に添加するだけでも、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域の雑音を抑制する効果を発揮することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、長波長帯域における損失を増大させて、誘導ラマン散乱に起因する長波長領域での雑音を抑制することが可能となる。
【００３７】
これにより、本発明の光増幅装置を高出力パルス光源に適用すれば、誘導ラマン散乱に起因する不要な長波長帯域へのエネルギー変換を抑制することが可能となり、それにより、高出力化が図れる。
【００３８】
また、本発明の光増幅装置をラマン増幅器に適用すれば、ラマン増幅器において二次ストークス（三次或いはそれ以上）の帯域光の損失を増加させることができ、その分だけ、一次ストークス光の増幅効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光増幅装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態の光増幅装置を構成する増幅用光ファイバの断面図である。
【図３】コア径とモードフィールド径とカットオフ波長との関係を示す図である。
【図４】光増幅装置による信号光の増幅状態を示す波長特性図である。
【符号の説明】
１　光増幅装置　　　２　増幅用光ファイバ
３Ａ，３Ｂ　ＷＤＭ合波器　　４Ａ，Ｂ　励起光源
５　入力端側伝送用光ファイバ　６　出力端側伝送用光ファイバ
７　コア　　　　８　クラッド
ＭＦＤ　モードフィールド径　Ｄｃ　コア径
Ａ１１〜３　第１のコア径範囲　Ａ２１〜３　第２のコア径範囲
λｃ　カットオフ波長
【図１】
2004047820.tif 000003
【図２】
2004047820.tif 000004
【図３】
2004047820.tif 000005
【図４】
2004047820.tif 000006