(57)【要約】【課題】励起光を効率良く希土類添加ダブルクラッド光ファイバに合波する。【解決手段】光合波器４は、信号光または増幅信号光を伝搬させる第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと、励起光を伝搬させる第２ダブルクラッド光ファイバとを備えている。第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂとは、その伝搬定数が互いにほぼ同一のものであって互いにその中途部が溶融延伸接合されることで、励起光を信号光または増幅信号光に合波するものである。光合波器４は、合波した信号光と励起光とを第１ダブルクラッド光ファイバ４ａまたは第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂを介して希土類添加ダブルクラッド光ファイバ２に供給する。【選択図】  図１
2004165350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される信号光を増幅して増幅信号光を出力する希土類添加ダブルクラッド光ファイバと、
前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバで前記信号光の誘導放出が生じる励起光を発生させる励起光源と、
前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバの信号光入力端、増幅信号光出力端、または両端に設けられて、前記信号光または前記増幅信号光を伝搬させるともに前記励起光源で生じさせた前記励起光を前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバに供給する光合波器と、
を有し、
前記光合波器は、前記信号光または前記増幅信号光を伝搬させる第１ダブルクラッド光ファイバと、前記励起光を伝搬させる第２ダブルクラッド光ファイバとを備え、
前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバと第１ダブルクラッド光ファイバと第２ダブルクラッド光ファイバとは、コア層と、前記コア層より屈折率の小さい材料から構成されて前記コア層の外周を覆って設けられた第１クラッド層と、前記第１クラッド層より屈折率の小さい材料から構成されて前記第１クラッド層の外側に設けられた第２クラッド層とを有しており、
前記第１ダブルクラッド光ファイバと前記第２ダブルクラッド光ファイバとは、その伝搬定数が互いにほぼ同一のものであって互いにその中途部が溶融延伸接合されることで、前記励起光を前記信号光または増幅信号光に合波するものである、
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅器において、
前記励起光と同等の特性を有するもう一つの励起光を発生させるもう一つの励起光源と、
前記光合波器と前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバとの間に、前記もう一つの励起光源で生じさせた前記もう一つの励起光を前記励起光に合波したうえで前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバに供給するもう一つの光合波器と、
をさらに有し、
前記もう一つの光合波器は、前記信号光と前記励起光とを、または前記増幅信号光と前記励起光とを伝搬させる第３ダブルクラッド光ファイバと、前記もう一つの励起光を伝搬させる第４ダブルクラッド光ファイバとを備え、
前記第３，第４ダブルクラッド光ファイバは、前記第１、第２ダブルクラッド光ファイバと同等の構成を備えており、かつ、これら第３，第４ダブルクラッド光ファイバは、その伝搬定数が互いにほぼ同一のものであって互いにその中途部が溶融延伸接合されることで、前記もう一つの励起光を前記信号光と前記励起光と合波する、または前記もう一つの励起光を前記増幅信号光と前記励起光とに合波するものである、
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
第１光を伝搬させる第１ダブルクラッド光ファイバと、第２光を伝搬させる第２ダブルクラッド光ファイバとを備え、
前記第１ダブルクラッド光ファイバと第２ダブルクラッド光ファイバとは、コア層と、前記コア層より屈折率の小さい材料から構成されて前記コア層の外周を覆って設けられた第１クラッド層と、前記第１クラッド層より屈折率の小さい材料から構成されて前記第１クラッド層の外側に設けられた第２クラッド層とを有するものであり、
かつ、これら第１，第２ダブルクラッド光ファイバは、その伝搬定数が互いにほぼ同一のものであって互いにその中途部が溶融延伸接合されることで、前記第１光を前記第２光に合波するものであり、合波した前記第１光と前記第２光とを前記第１ダブルクラッド光ファイバまたは前記第２ダブルクラッド光ファイバを介して出力するものである、
ことを特徴とする光合波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類添加ダブルクラッド光ファイバを有する光増幅器、および光増幅器に好適に用いることができる光合波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、１．５５μｍ帯（Ｃバンド領域）の信号光の増幅には、希土類としてエルビウムが添加されたシングルモード光ファイバが希土類添加光ファイバとして用いられている。このような構成の光増幅器では、希土類添加光ファイバにおいて１．５５μｍ帯の信号光に誘導放出が生じる励起光（例えば、０．９８μｍ帯光や１．４８μｍ帯光）を、希土類添加光ファイバに供給することで信号光を増幅している。
【０００３】
近年、光増幅器においては、高出力化やコストダウンの要望に応えるために、希土類添加ダブルクラッド光ファイバを用いてマルチモード高出力励起を図ることが検討されている。
【０００４】
このような構成を有する光増幅器においては、信号光と励起光とを合波させる光合波器として、以下のものを用いることが検討されている。この光合波器は、信号光を伝搬させるダブルクラッド光ファイバと、励起光を伝搬させるマルチモード光ファイバとを備えている。そして、これら光ファイバの被覆をそれぞれ取り除いてコア部やクラッド部（樹脂からなる部分もある）を構成する石英部を露出させたうえで、石英部同士を石英よりも高い屈折率を有するマッチングオイルを介在させた状態で密着させることで、信号光（ダブルクラッド光ファイバ）と励起光（マルチモード光ファイバ）とを合波する。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２７５４５１号公報全文および図１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような合波器の構成においては、マルチモード光ファイバを伝搬する励起光を十分効率良くダブルクラッド光ファイバに合波できないという課題があった。
【０００７】
したがって、本発明の主たる目的は、励起光を効率良く希土類添加ダブルクラッド光ファイバに合波することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、誠意研究した結果、マルチモード光ファイバを伝搬する励起光を効率良くダブルクラッド光ファイバに合波できない原因の一つが、両光を伝搬する光ファイバの伝搬定数の相違であることに思い至った。そこで、このような着眼点に基づいて、本発明は、希土類添加光ファイバとして、希土類添加ダブルクラッド光ファイバを用いる光ファイバ増幅器において、次にような構成を有している。
【０００９】
すなわち、本発明の光増幅器は、入力される信号光を増幅して増幅信号光を出力する希土類添加ダブルクラッド光ファイバと、前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバで前記信号光の誘導放出が生じる励起光を発生させる励起光源と、
前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバの信号光入力端、増幅信号光出力端、または両端に設けられて前記信号光または前記増幅信号光を伝搬させるともに前記励起光源で生じさせた前記励起光を前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバに供給する光合波器とを有している。
【００１０】
前記光合波器は、前記信号光または前記増幅信号光を伝搬させる第１ダブルクラッド光ファイバと、前記励起光を伝搬させる第２ダブルクラッド光ファイバとを備えている。
【００１１】
前記希土類添加ダブルクラッド光ファイバと第１ダブルクラッド光ファイバと第２ダブルクラッド光ファイバとは、コア層と、前記コア層より屈折率の小さい材料から構成されて前記コア層の外周を覆って設けられた第１クラッド層と、前記第１クラッド層より屈折率の小さい材料から構成されて前記第１クラッド層の外側に設けられた第２クラッド層とを有するものである。
【００１２】
前記第１ダブルクラッド光ファイバと前記第２ダブルクラッド光ファイバとは、その伝搬定数が互いにほぼ同一のものであって互いにその中途部が溶融延伸接合されることで、前記励起光を前記信号光または増幅信号光に合波するものである。
【００１３】
これによれば、合波器を構成する第１ダブルクラッド光ファイバと第２ダブルクラッド光ファイバとの伝搬定数が同一であるので、励起光と信号光とを極めて効率良く合波することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態の光増幅器の構成を示す図である。この光増幅器１は、任意の帯域光（例えば、１．５５μｍ波長帯域光）の信号光を増幅するものであって、希土類（例えばエルビウム）が添加された希土類添加ダブルクラッド光ファイバ（以下、Ｅ−ＤＣＦと称す）２と、Ｅ−ＤＣＦ２で信号光に誘導放出を生じさせる励起光（例えば、０．９８μｍ波長帯域光）を発生させる励起光源３と、希土類添加ダブルクラッド光ファイバ２の一端（信号入力端）に設けられた光合波器４と、Ｅ−ＤＣＦ２の他端（増幅信号光出力端）に設けられた光アイソレータ５とを備えている。
【００１５】
光合波器４は、信号光を伝搬させてＥ−ＤＣＦ２に導く第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと、励起光源３で発生させた励起光を伝搬させる第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂと、溶融延伸接合部４ｃとを備えている。
【００１６】
Ｅ−ＤＣＦ２と第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂとは、基本的には同様の構成を有している。すなわち、これらダブルクラッド光ファイバ２，４ａ，４ｂは、図２に示すように、コア層６と、コア層６の外周を覆って設けられた第１クラッド層７と、第１クラッド層７の外周を覆って設けられた第２クラッド層８と、第２クラッド層８の外周を覆って設けられた樹脂製の被覆９とを有している。なお、被覆９は設けなくてもよい。
【００１７】
コア層６と第１クラッド層７と第２クラッド層８とは、互いに同心配置されている。コア層６と第２クラッド層８とは、断面略円形形状を有している。第１クラッド層７は、断面多角形形状もしくは円形形状（円形形状の場合、好ましくは楕円形状）を有している。
【００１８】
Ｅ−ＤＣＦ２はコア層６に希土類（エルビウム等）が添加されている。しかしながら、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂとは、そのコア層６に希土類（エルビウム等）が添加されていない。なお、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア層６には希土類を添加してもよい。
【００１９】
コア層６は、石英系等のガラス材料から構成されている。第１クラッド層７は、コア層６より屈折率の小さい同等のガラス材料から構成されている。第２クラッド層８は、第１クラッド層７より屈折率の小さいポリマ樹脂等から構成されている。
【００２０】
溶融延伸接合部４ｃは、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂを溶融延伸接合することで構成されている。具体的には、溶融延伸接合部４ｃは、図３に示すように、両光ファイバ４ａ，４ｂを接合させる部位において、両光ファイバ４ａ，４ｂの被覆９を剥がしたうえで両光ファイバ４ａ，４ｂを密接させる。そして、この状態でファイバ密接部位を加熱して引き伸ばすことで両光ファイバ４ａ，４ｂを接合したうえで接合部を細線化している。このような溶融接続工程は、両光ファイバ４ａ，４ｂをその融点以上まで加熱した状態で実施される。これにより、溶融接続工程は、張力を付与しても光ファイバ４ａ，４ｂに応力がかからない状態で実施されることになる。ファイバ引っ張り時間や細線後のファイバ径はファイバ構造で異なる。
【００２１】
このように構成された光合波器４では、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂのコア層６と第１クラッド層７とを伝搬してきた励起光の伝搬経路を、溶融延伸接合部４ｃにおいて第１ダブルクラッド光ファイバ４ａの第１クラッド層７に移し変えることができる。このとき、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア層６を伝搬してきた信号光の伝搬経路は、溶融延伸接合部４ｃを経ても第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア層６のまま維持される。
【００２２】
このような構成を備えた光合波器４において、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂとは、その伝搬定数が互いにほぼ同一の構成となっている。具体的には、同一のファイバ母材より線引きされる光ファイバを切り分けることで、伝搬定数がほぼ同一の両光ファイバ４ａ，４ｂを形成する。
【００２３】
なお、本発明において伝搬定数がほぼ同じとは、伝搬定数の差が１％以下のことをいう。さらには、伝搬定数の差を１％以下とするためには、
・伝搬定数を比較する部位の外径の差が１％である、
・伝搬定数を比較する部位の屈折率の差が１％以下である、
という条件を満たすのが好ましい。ここで、伝搬定数を比較する部位とは、コア層６や第１クラッド層７をいう。
【００２４】
また、本発明において、両光ファイバ４ａ，４ｂの間で伝搬定数を揃える部位とは、好ましくは次のものが挙げられる。すなわち、第１の例は、両光ファイバ４ａ，４ｂにおいて第１クラッド層７の伝搬定数の差をほぼ同一とすることである。第２の例は、両光ファイバ４ａ，４ｂにおいてコア層６の伝搬定数の差をほぼ同一とすることである。第３の例は、両光ファイバ４ａ，４ｂにおいてコア層６の伝搬定数の差と第１クラッド層７の伝搬定数の差とを共にほぼ同一とすることである。
【００２５】
上述した第１の例は、両光ファイバ４ａ，４ｂの間で励起光を移し変える構成において好ましく実施される。上述した第２の例は、両光ファイバ４ａ，４ｂの間で信号光を移し変える構成において好ましく実施される。上述した第３の例は、両光ファイバ４ａ，４ｂの間で励起光を移し変える構成においても信号光を移し変える構成においても好ましく実施される。
【００２６】
本実施形態では、第１，第２ダブルクラッド光ファイバ４ａ，４ｂがこのように構成されていることに特徴を有している。
【００２７】
以上の構成を備えた光増幅器１では、次のようにして信号光を増幅する。まず、図示しない信号光供給源から信号光を取り込んで第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア層６に入光する。一方、励起光源３で発生させた励起光を第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂのコア層６と第１ダブルクラッド光ファイバ４ａに入光する。
【００２８】
そして、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア層６を伝搬する信号光と、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂのコア層６および第１クラッド層７を伝搬する励起光とを光合波器４において合波する。具体的に、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂのコア層６および第１クラッド層７を伝搬してきた励起光の伝搬光路を、溶融延伸接合部４ｃにおいて第１ダブルクラッド光ファイバ４ａの第１クラッド層７に移し変える。
【００２９】
これにより、信号光と励起光とは、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａを伝搬してＥ−ＤＣＦ２に入光される。Ｅ−ＤＣＦ２に入光される信号光は、励起光によるＥ−ＤＣＦ２の誘導放出効果で増幅されたのち出力される。増幅信号光は、光アイソレータ５を介して外部に出力される。
【００３０】
ここで、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａにも希土類が添加されている場合には、溶融延伸接合部４ｃより後段側（信号光の伝搬方向の後側）の第１ダブルクラッド光ファイバ４ａにおいても信号光は増幅されることになる。
【００３１】
本実施形態の光増幅器１では、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａと第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂとをほぼ同一の伝搬定数を有する構成としているので、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂから第１ダブルクラッド光ファイバ４ａに励起光を合波する際における合波効率が極めて高いものとなる結果、光増幅器１の増幅効率が上昇する。
【００３２】
本実施形態では、Ｅ−ＤＣＦ２を、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａに接続していたが、本発明は、この他、図４に示すように、Ｅ−ＤＣＦ２を第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂに接続してもよい。この場合には、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂの第１クラッド層７にのみ励起光を伝搬させたうえで、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア部６を伝搬してきた信号光の伝搬光路を、溶融延伸接合部４ｃにおいて第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂの第２クラッド層８に移し変えればよい。
【００３３】
また、上述した実施の形態では、前方励起型の光増幅器１において本発明を実施していたが、図５，図６に示すように、後方励起型の光増幅器においても本発明を実施することができる。図５は、Ｅ−ＤＣＦ２の信号伝搬方向後方端部において第１ダブルクラッド光ファイバ４ａにＥ−ＤＣＦ２を接続し、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂに励起光源３を接続する構成を示している。図５に示す構成では、Ｅ−ＤＣＦ２で増幅された増幅信号光を第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア層６および光アイソレータ５を介して外部に出力している。そして、励起光の伝搬光路を第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂの第１クラッド層７から、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａの第１クラッド層７に移動させることで、励起光源３で発生させる励起光を第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂ，第１ダブルクラッド光ファイバ４ａを介してＥ−ＤＣＦ２に入光している。
【００３４】
図６は、Ｅ−ＤＣＦ２の信号伝搬方向後方端部において第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂにＥ−ＤＣＦ２を接続し、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂに励起光源３を接続する構成を示している。図６に示す構成では、Ｅ−ＤＣＦ２で増幅された信号光の伝搬光路を第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂのコア層６から、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａのコア層６に移動させることで、Ｅ−ＤＣＦ２から出力される増幅信号光を第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂ，第１ダブルクラッド光ファイバ４ａ，および光アイソレータ５を介して外部に出力している。そして、励起光源３で発生させた励起光を第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂの第１クラッド層７を介してＥ−ＤＣＦ２に入光している。
【００３５】
また、図示はしないが、双方向励起型の光増幅器においても、図１，図４〜図６に示した構成と同様に本発明を実施することができるのはいうまでもない。
【００３６】
さらには、図７に示すように、第１励起光源３Ａと、第２励起光源３Ｂと、第１光合波器４Ａと、第２光合波器４Ｂとを備えて光増幅器１０を構成してもよい。この場合、第１励起光源３Ａと、第１光合波器４Ａとは、図１に示した光ファイバ増幅器１における励起光源３と光合波器４と同一の構成を有している。この光増幅器１０は、第２励起光源３Ｂと第２光合波器４Ｂとを備えていることに特徴がある。
【００３７】
第１，第２励起光源３Ａ，３Ｂは、上述した励起光源３と同じ構成を有しており、Ｅ−ＤＣＦ２において信号光に誘導放出を生じさせる励起光を発生させている。
【００３８】
第１光合波器４Ａは、第１ダブルクラッド光ファイバ４ａ１と、第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂ１と、溶融延伸接合部４ｃ１とを備えており、その構成は、上述した光合波器４と同様である。
【００３９】
同様に、第２光合波器４Ｂは、第３ダブルクラッド光ファイバ４ａ２と、第４ダブルクラッド光ファイバ４ｂ２と、溶融延伸接合部４ｃ２とを備えており、その構成は、上述した光合波器４と同様である。
【００４０】
信号光は、第１光合波器４Ａの第１ダブルクラッド光ファイバ４ａ１に入光される。第１励起光源３Ａは、第１光合波器４Ａの第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂ１に励起光を供給している。第２励起光源３Ｂは、第２光合波器４Ｂの第４ダブルクラッド光ファイバ４ｂ２に励起光を供給している。
【００４１】
第１光合波器４Ａの第１ダブルクラッド光ファイバ４ａ１の一端と、第２光合波器４Ｂの第１ダブルクラッド光ファイバ４ａ２の一端とは融着接続されている。第２光合波器４Ｂの他端は、Ｅ−ＤＣＦ２に融着接続されている。
【００４２】
光増幅器１０では、コア層６に信号光が入光された第１ダブルクラッド光ファイバ４ａ１の第１クラッド層７に、第１光合波器４Ａの溶融延伸接合部４ｃ１において第２ダブルクラッド光ファイバ４ｂ１から励起光が合波される。そして、信号光と励起光とは、第１光合波器４Ａの第１ダブルクラッド光ファイバ４ａ１から、第２光合波器４Ｂの第３ダブルクラッド光ファイバ４ａ２に入光される。信号光と励起光とが入光された第３ダブルクラッド光ファイバ４ａ２の第１クラッド層７に、溶融延伸接合部４ｃ２において第２励起光源３Ｂから第４ダブルクラッド光ファイバ４ｂ２を介して励起光が追加入光される。このようにして第３ダブルクラッド光ファイバ４ａ２に入光された信号光と（励起光＋励起光）とは、第３ダブルクラッド光ファイバ４ａ２からＥ−ＤＣＦ２に入光される。
【００４３】
この構成によれば、多段で励起光を入光される構成であるので、さらに、高出力な励起光をＥ−ＤＣＦ２に入光させることができる。
【００４４】
なお、図７では、前方励起型の光増幅装置であったが、図７の構成は、後方励起型の光増幅装置であっても、双方向励起型の光増幅装置であっても同様に実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、励起光を効率良く希土類添加光ファイバに入光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光増幅器１の構成を示す図である。
【図２】ダブルクラッド光ファイバの構成を示す断面図である。
【図３】溶融延伸接合部の構成を示す要部拡大図である。
【図４】本発明の第１変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２変形例を示す図である。
【図６】本発明の第３の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第４の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１  希土類添加光ファイバ増幅器    ２  Ｅ−ＤＣＦ
３  励起光源          ３Ａ  第１励起光源
３Ｂ  第２励起光源      ４  光合波器
４Ａ  第１光合波器      ４Ｂ  第２光合波器
４ａ  第１ダブルクラッド光ファイバ  ４ａ１  第１ダブルクラッド光ファイバ
４ａ２  第３ダブルクラッド光ファイバ  ４ｂ  第２ダブルクラッド光ファイバ
４ｂ１  第２ダブルクラッド光ファイバ  ４ｂ２  第４ダブルクラッド光ファイバ
４ｃ  溶融延伸接合部      ４ｃ１  溶融延伸接合部
４ｃ２  溶融延伸接合部      ５  光アイソレータ
６  コア層          ７  第１クラッド層
８  第２クラッド層
【図１】
2004165350.tif 000003
【図２】
2004165350.tif 000004
【図３】
2004165350.tif 000005
【図４】
2004165350.tif 000006
【図５】
2004165350.tif 000007
【図６】
2004165350.tif 000008
【図７】
2004165350.tif 000009