(57)【要約】【課題】モードフィールド径の異なる増幅用ファイバと接続用ファイバの光結合についてよりコストが安く、安定した特性を持つ光増幅ファイバを提供すること。【解決手段】光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバ１１と、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバ２１と、コアのないコアレスファイバ３１と、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバ４１とを、この順で一列に接続して成る光増幅ファイバとする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、コアのないコアレスファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする光増幅ファイバ。
【請求項２】
光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、コアのない第１のコアレスファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、コアのない第２のコアレスファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする光増幅ファイバ。
【請求項３】
光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、ステップインデックス型マルチモードファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする光増幅ファイバ。
【請求項４】
光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、第１のステップインデックス型マルチモードファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、第２のステップインデックス型マルチモードファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする光増幅ファイバ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の光増幅ファイバであって、ステップインデックス型マルチモードファイバの軟化温度が、前記マルチモードファイバの軟化温度にほぼ等しいことを特徴とする光増幅ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を増幅する作用を有する光ファイバ（以後、増幅用ファイバと称する）と、この増幅用ファイバに光信号及び励起光を入出力可能な光ファイバ（以後、接続用ファイバと称する）とを備えた光増幅ファイバに関し、両者の光結合の効率が高く、かつ、組み立てが簡便である光増幅ファイバに関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
一般に、光ファイバ増幅器に用いられる増幅用ファイバは、エルビウムをはじめとする希土類イオンのような活性イオンを添加して光増幅作用を付与させている。特に、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ）は、石英ガラス系光ファイバの最低損失波長帯である１．５μｍ帯に光増幅作用が現れることから、長距離大容量の幹線系光ファイバ通信システムに広く用いられている。
【０００３】
この増幅用ファイバは、増幅効率を高めるため、通常、活性イオンが添加されているコア領域に、励起光と信号光とを集中させるような構造を有している。すなわち、コア−クラッド間の比屈折率差を大きくし、コア直径を小さくすることによって、モードフィールド径を小さくして光を狭い領域に閉じ込めている。一方、接続用ファイバ（光入出力用ファイバ）は、通常の光ファイバが用いられる。そのため、増幅用ファイバと直接接続するとモードフィールド径が大きく異なるため、接続損失が大きくなってしまう。
【０００４】
従来、この種のモードフィールドの異なる増幅用ファイバと接続用ファイバとの光結合に関する技術課題に対しては、コア拡大ファイバを使って、光増幅器ファイバのものと等しいモードフィールド径を有するコア拡大ファイバの一端を増幅用ファイバに融着接続し、接続用ファイバと等しいモードフィールド径を有するコア拡大ファイバのもう一端を、接続用ファイバに融着接続する方法で対処してきた。しかしながら、コア拡大ファイバの作製コストが高く、ばらつきが大きいため、均一的なものも得られにくいという難点があった。
【０００５】
本発明の目的は、モードフィールド径の異なる増幅用ファイバと接続用ファイバの光結合についてよりコストが安く、安定した特性を持つ光増幅ファイバを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光増幅ファイバは、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、コアのないコアレスファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする。
【０００７】
また、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、コアのない第１のコアレスファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、コアのない第２のコアレスファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする光増幅ファイバとする。
【０００８】
また、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、ステップインデックス型マルチモードファイバと、前記増幅用ファイバに光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする光増幅ファイバとする。
【０００９】
また、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバと、第１のステップインデックス型マルチモードファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、第２のステップインデックス型マルチモードファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成ることを特徴とする光増幅ファイバとする。
【００１０】
さらに、上記光増幅ファイバであって、ステップインデックス型マルチモードファイバの軟化温度が、前記マルチモードファイバの軟化温度にほぼ等しいことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる光増幅ファイバの実施形態について、模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の光増幅ファイバの一例を構成する模式図を示す。図１において１１はエルビウム添加石英ファイバであり、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバ、２１は２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバであるＧＩ（グレーデッドインデックス）ファイバ、３１はコアレスファイバ、４１は標準的なシングルモードファイバであり、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバを示す。つまり、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバ１１と、２乗型屈折率分布を有するＧＩファイバ２１と、コアのないコアレスファイバ３１と、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバ４１とを、この順で一列に接続して成る。
【００１３】
このような構成において、その原理を以下に説明する。増幅用ファイバ１１のコア屈折率をｎ１、増幅用ファイバ１１を伝搬する光の波長をλ１、ＧＩファイバ２１のコア中心部屈折率をｎ０、ＧＩファイバ２１を伝搬する光の波長をλ０、コアレスファイバ３１の屈折率をｎ３、コアレスファイバ３１を伝搬する光の波長をλ３、接続用ファイバ４１のコア屈折率をｎ２、接続用ファイバ４１を伝搬する光の波長をλ４、ＧＩファイバ２１の長さをｄ０、コアレスファイバ３１の長さをｄ３、増幅用ファイバ１１のＧＩファイバ２１と接している端面から、接続用ファイバ４１のコアレスファイバ３１と接している端面までの光線マトリクスをＭ１、行列式の要素をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたときに、式（１）〜（３）を満足するように構成する。ここで、式（２）、（３）は伝搬する光ビームがガウシアンビームであるための条件式である。なお通常、増幅用ファイバは、比屈折率差が１〜２％のものが多く、モードフィールド径は５μｍ以下である。これに対して光入出力用の接続用ファイバは、比屈折率差が０．３％程度で、モードフィールド径は１０μｍ程度である。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
以上の関係式のパラメータを設定することにより、増幅用ファイバ１１と接続用ファイバ４１の間では、最大の結合効率、つまり、最少の接続損失が得られる。
【００１６】
また、図３に示すように、コアレスファイバ３１のかわりにＳＩ（ステップインデックス型マルチモード）ファイバ５１を使用すれば、ＧＩファイバ２１とＳＩファイバ５１の軟化温度をほぼ等しくすることができる。ここで、ほぼ等しいというのは、ＧＩファイバ２１の軟化温度をｔ１、ＳＩファイバ５１の軟化温度をｔ２とすれば、｜ｔ１−ｔ２｜≦５０℃のことを意味する。ＧＩファイバ２１とＳＩファイバ５１の軟化温度をほぼ等しくすることによって、ＧＩファイバ２１とＳＩファイバ５１の融着接続歩留を高め、信頼性の高い光増幅ファイバを作製することができる。
【００１７】
一例として、図６（ａ）に示す構成のＧＩファイバと図６（ｂ）に示す構成のＳＩファイバを作製すれば、軟化温度が約１５００℃のＧＩファイバ２１とＳＩファイバ５１は出来上がる。
【００１８】
さらに、図２及び図４に示すような光増幅ファイバ（図２の光増幅ファイバは、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバ１１と、コアのない第１のコアレスファイバ３２と、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバ２１と、コアのない第２のコアレスファイバ３１と、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバ４１とを、この順で一列に接続して成る。また、図４の光増幅ファイバは、光信号を増幅する作用を有する増幅用ファイバ１１と、第１のステップインデックス型マルチモードファイバ５２と、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバ２１と、第２のステップインデックス型マルチモードファイバ５１と、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバ４１とを、この順で一列に接続して成る。）を構成すれば、より柔軟に各種ファイバのパラメータを設定することが可能な光増幅ファイバとすることができ、図２の光増幅ファイバによれば、マルチモードファイバとコアレスファイバとの長さを自由に変更でき、汎用性の優れた光増幅ファイバを提供できる。また、図４の光増幅ファイバによれば、２乗型屈折率分布を有するＧＩファイバ２１とＳＩファイバ５１の長さを自由に変更でき、汎用性の優れた光増幅ファイバを提供できる上、光増幅ファイバを作製するときの歩留を限りなく１００％に近いレベルに向上させることができる。
【００１９】
また、図７に示す光ファイバ増幅器において、光ファイバモジュール１の入出力部Ｆ１，Ｆ２に、本実施形態の各種光増幅ファイバを用いることができる。なお、図中、４１ａ、４１ｂはシングルモードファイバ、６１，６２は光コネクタ、７１はＷＤＭカプラ、８１は励起光源、９１は光アイソレータである。
【００２０】
かくして、本実施形態によれば、外径が同じでモードフィールド径の異なる増幅用ファイバと接続用ファイバとを接続する場合、ＧＩファイバとコアレスファイバ（あるいはＳＩファイバ）を用いて極めて高い結合効率が得られ、組み立ても融着接続のため、極めて容易である。低価格で高性能な光増幅ファイバモジュールを作製できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の光増幅ファイバによれば、増幅用ファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、コアのないコアレスファイバと、接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成るので、外径が同じでモードフィールド径の異なる増幅用ファイバと接続用ファイバとを光接続する場合、マルチモードファイバとコアレスファイバ（あるいはステップインデックス型マルチモードファイバ）を用いて極めて高い結合効率が得られ、組み立ても融着接続のため、極めて容易な光増幅ファイバを提供できる。
【００２２】
また、請求項２の光増幅ファイバによれば、増幅用ファイバと、コアのない第１のコアレスファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、コアのない第２のコアレスファイバと、接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成るので、マルチモードファイバとコアレスファイバとの長さを自由に変更でき、汎用性の優れた光増幅ファイバを提供できる。
【００２３】
また、請求項３の光増幅ファイバによれば、増幅用ファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、ステップインデックス型マルチモードファイバと、接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成るので、ステップインデックス型マルチモードファイバと２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバとの接続が容易に行なえ、作製が容易な光増幅ファイバを提供できる。
【００２４】
さらに、請求項４の光増幅ファイバによれば、増幅用ファイバと、第１のステップインデックス型マルチモードファイバと、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバと、第２のステップインデックス型マルチモードファイバと、光信号及び励起光を入出力可能な接続用ファイバとを、この順で一列に接続して成るので、２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバとステップインデックス型マルチモードファイバとの長さを自由に変更でき、汎用性の優れた光増幅ファイバを提供できる上、作製が容易な光増幅ファイバを提供できる。
【００２５】
さらに、請求項３，４の光増幅ファイバにおいて、ステップインデックス型マルチモードファイバの軟化温度が、マルチモードファイバの軟化温度にほぼ等しいものとしたので、ファイバどうしの融着が容易となり、光増幅ファイバを作製する歩留を限りなく１００％に近いレベルに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｅｒ添加ファイバ、ＧＩファイバ、コアレスファイバ、シングルモードファイバを順に接続した光増幅ファイバの断面図である。
【図２】Ｅｒ添加ファイバ、コアレスファイバ、ＧＩファイバ、コアレスファイバ、シングルモードファイバを順に接続した光増幅ファイバの断面図である。
【図３】Ｅｒ添加ファイバ、ＧＩファイバ、ＳＩファイバ、シングルモードファイバを順に接続した光増幅ファイバの断面図である。
【図４】Ｅｒ添加ファイバ、ＳＩファイバ、ＧＩファイバ、ＳＩファイバ、シングルモードファイバを順に接続した光増幅ファイバの断面図である。
【図５】従来の光増幅ファイバの断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明で使用するＧＩファイバ、ＳＩファイバの構成例を示す屈折率分布図である。
【図７】光ファイバ増幅器の概略構成図である。
【符号の説明】
１：光ファイバモジュール
１１、１０１：Ｅｒ添加石英ファイバ（増幅用ファイバ）
２１：２乗型屈折率分布を有するマルチモードファイバ（ＧＩファイバ）
３１：コアレスファイバ
５１：ステップインデックス型マルチモードファイバ（ＳＩファイバ）
４１、４１ａ、４１ｂ、１２１：シングルモードファイバ（接続用ファイバ）
１１１：コア拡大ファイバ
６１、６２：光コネクタ
７１：ＷＤＭカプラ
８１：励起光源
９１：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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