(57)【要約】【課題】波長変換器において用いるのに好適な光増幅用光ファイバ、および、この光増幅用光ファイバを含む波長変換器を提供する。【解決手段】光増幅用光ファイバ１０は、光導波領域に希土類元素（例えば、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、等）が添加された光ファイバであり、所定波長の励起光が入射することにより希土類元素が励起され、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に所定波長の放出光を発生する。光増幅用光ファイバ１０は、その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長λｐと、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長λｍａｘとの間に、零分散波長λ０を有する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波領域に希土類元素が添加されており、
その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長と、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長との間に、零分散波長を有する、
ことを特徴とする光増幅用光ファイバ。
【請求項２】
前記放出光の波長においてモードフィールド径ＭＦＤとカットオフ波長λｃとの比（ＭＦＤ／λｃ）が６．８以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項３】
前記放出光の波長においてモードフィールド径が９μｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項４】
前記希土類元素がＥｒであり、Ｅｒ添加濃度が５０ｗｔｐｐｍ以上であり、波長１．５３μｍにおける吸収ピークが３０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項５】
前記希土類元素がＥｒであり、Ｅｒ添加濃度が５０ｗｔｐｐｍ以上であり、波長１．５３μｍにおける吸収ピークが８ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用光ファイバ。
【請求項６】
請求項１記載の光増幅用光ファイバと、この光増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給手段と、を備え、
前記光増幅用光ファイバに第１波長の光を入射し、この第１波長と異なる第２波長の光を前記光増幅用光ファイバより出力する、
ことを特徴とする波長変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバ、および、この光増幅用光ファイバを含む波長変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて、光ファイバ伝送路を伝搬する間に信号光が被る損失を補償する為に、その信号光を光増幅する光増幅器が用いられる。この光増幅器として、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバを光増幅媒体として用いた希土類元素添加光ファイバ増幅器が用いられる。希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、所定波長の励起光が入射することにより希土類元素が励起され、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に所定波長の放出光を発生するものであり、誘導放出現象を利用して信号光を光増幅することができる。
【０００３】
この光ファイバ増幅器の１種であるＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、希土類元素としてＥｒ元素が添加された光増幅用光ファイバ（ＥＤＦ：　Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ）を光増幅媒体として用いたものである。このＥＤＦＡでは、波長９８０ｎｍ帯または１４８０ｎｍ帯の励起光をＥＤＦに供給することで、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）またはＬバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）に含まれる波長の信号光を光増幅することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、上記のように光ファイバ増幅器の光増幅媒体として用いられ得るだけでなく、波長変換器においても用いられ得る。しかし、光ファイバ増幅器において好適に用いられる光増幅用光ファイバは、波長変換器において用いるには不適切である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、波長変換器において用いるのに好適な光増幅用光ファイバ、および、この光増幅用光ファイバを含む波長変換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、光導波領域に希土類元素が添加されており、その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長と、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長との間に、零分散波長を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る波長変換器は、上記の本発明に係る光増幅用光ファイバと、この光増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給手段と、を備え、光増幅用光ファイバに第１波長の光を入射し、この第１波長と異なる第２波長の光を光増幅用光ファイバより出力することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、その添加された希土類元素が励起光により励起される。第１波長の光が光増幅用光ファイバへ入射すると、光増幅用光ファイバにおいて誘導放出が発生し、また、光増幅用光ファイバの零波長分散が上記範囲内であることに因り、非線形光学現象の一種である四光波混合または非縮退型四光波混合が発生する。このことから、入力した第１波長の光とは異なる第２波長の光が光増幅用光ファイバで発生し、この第２波長の光が光増幅用光ファイバより出力される。
【０００９】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、放出光の波長においてモードフィールド径ＭＦＤとカットオフ波長λｃとの比（ＭＦＤ／λｃ）が６．８以下であるのが好適である。また、放出光の波長においてモードフィールド径が９μｍ未満であるのが好適である。この場合には、この光増幅用光ファイバは、曲げ特性が良好であり、小径にコイル状に巻かれてモジュール化されても曲げ損失が小さく、波長変換効率が優れる。
【００１０】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、希土類元素がＥｒであり、Ｅｒ添加濃度が５０ｗｔｐｐｍ以上であり、波長１．５３μｍにおける吸収ピークが３０ｄＢ／ｍ以下であるのが好適である。この場合には、第１波長および第２波長がＬバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能である。
【００１１】
本発明に係る光増幅用光ファイバは、希土類元素がＥｒであり、Ｅｒ添加濃度が５０ｗｔｐｐｍ以上であり、波長１．５３μｍにおける吸収ピークが８ｄＢ／ｍ以下であるのが好適である。この場合には、第１波長および第２波長がＣバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明におい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。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る波長変換器１の構成図である。この図に示される波長変換器１は、光増幅用光ファイバ１０、光カプラ２０、励起光源３０および光フィルタ４０を備え、光源５０とともに用いられる。光増幅用光ファイバ１０は、光導波領域に希土類元素（例えば、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、等）が添加された光ファイバであり、所定波長の励起光が入射することにより希土類元素が励起され、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に所定波長の放出光を発生する。光増幅用光ファイバ１０は、その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長と、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長との間に、零分散波長を有する。
【００１４】
励起光源３０は、光増幅用光ファイバ１０に添加された希土類元素を励起する波長λｐの励起光を出力するものであり、例えば、半導体レーザ光源が好適に用いられる。光源５０は、第１波長λ１の光を出力する。この第１波長λ１は、光増幅用光ファイバ１０に添加された希土類元素が励起準位から下準位に緩和する際に発生する放出光の波長に近い。光カプラ２０は、励起光源３０より出力される励起光と、光源５０より出力される光とを入力して、これらを合波して光増幅用光ファイバ１０へ出力する。光フィルタ４０は、光増幅用光ファイバ１０で新たに発生した第２波長λ２の光を選択的に透過して出力する。
【００１５】
励起光源３０より出力された励起光は、光カプラ２０を経て光増幅用光ファイバ１０へ供給される。励起光が供給された光増幅用光ファイバ１０では、添加されている希土類元素が励起される。このとき、光源５０より出力された第１波長λ１の光が光カプラ２０を経て光増幅用光ファイバ１０へ入射すると、光増幅用光ファイバ１０において誘導放出が発生し、また、光増幅用光ファイバ１０の零波長分散が上記範囲内であることに因り、非線形光学現象の一種である四光波混合または非縮退型四光波混合が発生する。このことから、光増幅用光ファイバ１０では、光源５０より出力された第１波長λ１の光とは異なる第２波長λ２の光が発生し、この第２波長λ２の光が光フィルタ４０を透過して外部へ出力される。この光フィルタ４０より出力される第２波長λ２の光は、光源５０より出力された第１波長λ１の光と同一の情報を担っている。すなわち、この波長変換器１は、光源５０より出力される信号光の波長を変換するものである。
【００１６】
なお、図１では、励起光源３０より出力された励起光は光増幅用光ファイバ１０に対して順方向より供給されるが、光増幅用光ファイバ１０に対して逆方向より励起光が供給されてもよいし、また、光増幅用光ファイバ１０に対して順方向および逆方向の双方向より励起光が供給されてもよい。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ１０の波長分散特性を示す図である。この図に示されるように、光増幅用光ファイバ１０は、その添加された希土類元素を励起し得る励起光の波長λｐと、その励起された希土類元素が下準位に緩和する際に発生する放出光の最長波長λｍａｘとの間に、零分散波長λ０を有する。光増幅用光ファイバ１０に添加される希土類元素がＥｒである場合、励起光波長λｐは１４８０ｎｍ帯または９８０ｎｍ帯であり、放出光最長波長λｍａｘは１６１５ｎｍである。
【００１８】
また、光増幅用光ファイバ１０に添加される希土類元素がＴｍである場合、励起光波長λｐは０．８μｍ帯，１．０５μｍ帯，１．２μｍ帯または１．４μｍ帯であり、放出光最長波長λｍａｘは１５１０ｎｍである。光増幅用光ファイバ１０に添加される希土類元素がＰｒである場合、励起光波長λｐは１．０４μｍ帯であり、放出光最長波長λｍａｘは１３１０ｎｍである。光増幅用光ファイバ１０に添加される希土類元素がＮｄである場合、励起光波長λｐは０．８μｍ帯であり、放出光最長波長λｍａｘは１３１０ｎｍである。
【００１９】
また、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ１０は、放出光の波長においてモードフィールド径ＭＦＤとカットオフ波長λｃとの比（ＭＦＤ／λｃ）が６．８以下であるのが好適であり、また、波長１５５０ｎｍにおいてモードフィールド径が９μｍ未満であるのが好適である。この場合には、この光増幅用光ファイバ１０は、曲げ特性が良好であり、小径にコイル状に巻かれてモジュール化されても曲げ損失が小さく、波長変換効率が優れる。
【００２０】
また、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ１０は、添加される希土類元素がＥｒであり、Ｅｒ添加濃度が５０ｗｔｐｐｍ以上であるのが好適である。また、Ｅｒに加えてＡｌが共添加され、Ａｌ添加濃度が１ｗｔ％以上であるのが好適であり、また、Ａｌ添加濃度が３ｗｔ％以上であるのが更に好適である。このようにすることで、濃度消光が抑制され得る。また、波長１．５３μｍにおける吸収ピークが３０ｄＢ／ｍ以下であれば、第１波長λ１および第２波長λ２がＬバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能であり、より四光波混合または非縮退型四光波混合を発生させ易い構造とすることができる。また、波長１．５３μｍにおける吸収ピークが８ｄＢ／ｍ以下であれば、第１波長λ１および第２波長λ２がＣバンドに属する場合に、濃度消光が抑制され、長尺化可能であり、より四光波混合または非縮退型四光波混合を発生させ易い構造とすることができる。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る光増幅用光ファイバ１０の実効カットオフ波長と曲げ損失との関係を示すグラフである。ここでは、光増幅用光ファイバ１０は、ステップインデックス型の屈折率プロファイルを有し、コア領域にＥｒが添加されたものであり、クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差Δｎが０．５％または０．７％である。曲げ損失は、長さ６７ｍの光ファイバ増幅器１０を巻き径３５ｍｍφで巻いたときの波長１５５０ｎｍでの値である。また、実効カットオフ波長は、ＩＴＵ−Ｔの規定に拠るものであり、曲げ半径１４０ｍｍおよび３０ｍｍそれぞれで１回巻いたときの伝送特性の差に基づくものである。この図から判るように、実効カットオフ波長が長いほど、また、比屈折率差Δｎが大きいほど、曲げ損失は小さい。曲げ損失は０．０５ｄＢ以下であるのが好適であり、そのためには、実効カットオフ波長は、１．０３μｍ以上であるのが好適であり、１．１０μｍ以上であれば更に好適である。
【００２２】
次に、第１実施例について説明する。第１実施例では、光増幅用光ファイバ１０として３種類のＥＤＦ１、ＥＤＦ２およびＥＤＦ３を用意した。ＥＤＦ１は、零分散波長が１．３８μｍであり、波長１．５５μｍでのモードフィールド径が５．７４μｍであり、Ｅｒ添加濃度が９１２ｗｔｐｐｍであった。ＥＤＦ２は、零分散波長が１．５７μｍであり、波長１．５５μｍでのモードフィールド径が５．４６μｍであり、Ｅｒ添加濃度が１１４０ｗｔｐｐｍであった。また、ＥＤＦ３は、零分散波長が１．６５μｍであり、波長１．５５μｍでのモードフィールド径が７．８１μｍであり、Ｅｒ添加濃度が７９０ｗｔｐｐｍであった。
【００２３】
光源５０より光増幅用光ファイバ１０へ２波長の光が同時に入射し、その光の波長は１５７４．５ｎｍおよび１６０９．０ｎｍであり、各波長の光のパワーは０ｄＢｍであった。励起光源３０より出力される励起光は、波長が１４８０ｎｍであり、光増幅用光ファイバ１０に対し順方向および逆方向の双方より供給された。順方向より供給される励起光のパワーは３６０ｍＷであり、逆方向より供給される励起光のパワーは２７０ｍＷであった。
【００２４】
また、光フィルタ４０を用いることなく、光増幅用光ファイバ１０より出力される光のスペクトルを測定した。環境温度は２５℃であった。光増幅用光ファイバ１０より出力される１５７４．５ｎｍおよび１６０９．０ｎｍそれぞれのパワーは＋２２．３ｄＢｍであり、光増幅用光ファイバ１０より出力される全ての光のパワーは＋２５．３ｄＢｍであった。
【００２５】
図４は、第１実施例において光増幅用光ファイバ１０より出力された光のスペクトルを示す図である。この図から判るように、励起光波長（１４８０ｎｍ）と放出光波長との間に零分散波長を有しているＥＤＦ２において、非縮退型四光波混合が発生して、１５８３ｎｍ付近に出力パワーのピークが確認された。
【００２６】
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、光増幅用光ファイバ１０として２種類のＥＤＦ４およびＥＤＦ５を用意した。ＥＤＦ４は、零分散波長が１．３３μｍであり、波長１．５５μｍでのモードフィールド径が６．０１μｍであり、Ｅｒ添加濃度が１３３２ｗｔｐｐｍであった。また、ＥＤＦ５は、零分散波長が１．５３μｍであり、波長１．５５μｍでのモードフィールド径が５．４０μｍであり、Ｅｒ添加濃度が１１５３ｗｔｐｐｍであった。
【００２７】
光源５０より光増幅用光ファイバ１０へ１０波長の光が同時に入射し、その光の波長は１５７４．５ｎｍ〜１６０７．６ｎｍの範囲内であり、各波長の光のパワーは＋０．３ｄＢｍであった。励起光源３０より出力される励起光は、波長が１４８０ｎｍであり、光増幅用光ファイバ１０に対し順方向および逆方向の双方より供給された。順方向より供給される励起光のパワーは４００ｍＷであり、逆方向より供給される励起光のパワーは４００ｍＷであった。また、光フィルタ４０を用いることなく、光増幅用光ファイバ１０より出力される光のスペクトルを測定した。環境温度は２５℃であった。光増幅用光ファイバ１０より出力される全ての光のパワーは＋２６ｄＢｍであった。
【００２８】
図５は、第２実施例において光増幅用光ファイバ１０より出力された光のスペクトルを示す図である。同図（ａ）は、光増幅用光ファイバ１０としてＥＤＦ４を用いた場合の出力光スペクトルを示す。同図（ｂ）は、光増幅用光ファイバ１０としてＥＤＦ５を用いた場合の出力光スペクトルを示す。同図（ａ）と同図（ｂ）とを対比して判るように、励起光波長（１４８０ｎｍ）と放出光波長との間に零分散波長を有しているＥＤＦ５において、四光波混合が発生して、入力した１０波の光の波長間に新たな第２波長の光が発生した。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、光導波領域に希土類元素が添加された光増幅用光ファイバは、その添加された希土類元素が励起光により励起される。第１波長の光が光増幅用光ファイバへ入射すると、光増幅用光ファイバにおいて誘導放出が発生し、また、光増幅用光ファイバの零波長分散が上記範囲内であることに因り、非線形光学現象の一種である四光波混合または非縮退型四光波混合が発生する。このことから、入力した第１波長の光とは異なる第２波長の光が光増幅用光ファイバで発生し、この第２波長の光が光増幅用光ファイバより出力される。この光増幅用光ファイバは、波長変換器において好適に用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る波長変換器１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光増幅用光ファイバ１０の波長分散特性を示す図である。
【図３】本実施形態に係る光増幅用光ファイバ１０の実効カットオフ波長と曲げ損失との関係を示すグラフである。
【図４】第１実施例において光増幅用光ファイバ１０より出力された光のスペクトルを示す図である。
【図５】第２実施例において光増幅用光ファイバ１０より出力された光のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１…波長変換器、１０…光増幅用光ファイバ、２０…光カプラ、３０…励起光源、４０…光フィルタ、５０…光源。
【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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