(57)【要約】【課題】  全体の利得ピーク値および利得ピーク波長それぞれの温度依存性が低減され得る光増幅モジュールにおいて好適に用いられ得る光導波路型回折格子素子を提供する【解決手段】  光増幅モジュール１は、ＣバンドまたはＬバンドの信号光を光増幅するＥＤＦＡ１０と、ＥＤＦＡ１０の利得を等化する光導波路型回折格子素子２０とを備える。光導波路型回折格子素子２０は、コア領域およびクラッド領域の双方または何れか一方にグレーティングが形成され、コア領域およびクラッド領域それぞれの屈折率の温度係数が互いに異なり、グレーティング形成部を透過する光の損失ピーク値が温度依存性を有する。【選択図】  図１
2005166835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路の長手方向に沿って屈折率変調によるグレーティングが形成された光導波路型回折格子素子であって、
前記光導波路がコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを含み、
前記コア領域および前記クラッド領域の双方または何れか一方に前記グレーティングが形成され、
前記コア領域および前記クラッド領域それぞれの屈折率の温度係数が互いに異なり、
前記光導波路を導波してグレーティング形成部を透過する光の損失ピーク値が温度依存性を有する、
ことを特徴とする光導波路型回折格子素子。
【請求項２】
前記グレーティング形成部における等屈折率面の法線が前記光導波路の光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項３】
前記グレーティング形成部における屈折率変調の間隔が前記光導波路の長手方向に沿って変化していることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項４】
前記光導波路が、Ｇｅ，Ｃｌ，Ｆ，ＢおよびＰのうちから選択される何れか１以上の元素を含有する石英ガラスからなる、ことを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項５】
前記クラッド領域の屈折率に対する前記コア領域の屈折率の相対的変化Δｎに対して、前記損失ピーク値の変化量が１０〜３００ｄＢ／ｄＢ／Δｎである、ことを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項６】
信号光を光増幅する光増幅器と、この光増幅器の利得を等化する請求項１記載の光導波路型回折格子素子と、を備えることを特徴とする光増幅モジュール。
【請求項７】
温度範囲−４０℃〜８５℃において全体の利得の変動が±０.５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項６記載の光増幅モジュール。
【請求項８】
前記信号光の波長が波長範囲１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍ内にあることを特徴とする請求項６記載の光増幅モジュール。
【請求項９】
前記信号光の波長が波長範囲１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ内にあることを特徴とする請求項６記載の光増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路の長手方向に沿って屈折率変調によるグレーティングが形成された光導波路型回折格子素子、および、このような光導波路型回折格子素子を含む光増幅モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光導波路型回折格子素子は、光導波路（例えば光ファイバ）の長手方向に沿って屈折率変調によるグレーティングが形成されたものであり、その光導波路を導波してグレーティング形成部を透過する光のうちグレーティング周期に応じた波長の光に対して損失を与えることができる（特許文献１，特許文献２および非特許文献１を参照）。このことから、光導波路型回折格子素子は、光フィルタとして作用することができて、例えば、信号光を光増幅する光増幅器を含む光増幅モジュールにおいて光増幅器の利得を等化するのに用いられ得る。
【０００３】
光増幅器として用いられる希土類元素添加光ファイバ増幅器は、コア領域に希土類元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として含むものである、その中でも、Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium-Doped Fiber amplifier）は、一般に光通信において用いられる信号光波長帯域であるＣバンドまたはＬバンドの信号光を光増幅することができる。
【特許文献１】特開２００１−２５５４２３号公報
【特許文献２】特開平９−２７４１１５号公報
【非特許文献１】M. J. Holms, et al., "Ultra Narrow-Band Optical Fibre Sidetap Filters", ECOC'98, pp.137-138 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＤＦＡを含めて一般に光増幅器では、温度が変化すると、利得ピーク値は変化するものの、利得ピーク波長の変化は小さい。これに対して、光導波路型回折格子素子では、温度が変化すると、損失中心波長は変化するものの、損失ピーク値の変化は小さい。このことから、光増幅器および光導波路型回折格子素子を含む光増幅モジュールでは、温度が変化したときに、全体の利得ピーク値および利得ピーク波長の双方が変化する。
【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、全体の利得ピーク値および利得ピーク波長それぞれの温度依存性が低減され得る光増幅モジュール、および、このような光増幅モジュールにおいて好適に用いられ得る光導波路型回折格子素子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】
【０００６】
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、光導波路の長手方向に沿って屈折率変調によるグレーティングが形成された光導波路型回折格子素子であって、光導波路がコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを含み、コア領域およびクラッド領域の双方または何れか一方にグレーティングが形成され、コア領域およびクラッド領域それぞれの屈折率の温度係数が互いに異なり、光導波路を導波してグレーティング形成部を透過する光の損失ピーク値が温度依存性を有することを特徴とする。
【０００７】
このような光導波路型回折格子素子を用いて光増幅後の光出力を波長に対して平坦にすると、光増幅器の利得ピーク値の温度依存性と、光導波路型回折格子素子の損失ピーク値の温度依存性とは、互いに相殺される。したがって、光増幅器および光導波路型回折格子素子を備える光増幅モジュールは、全体の利得ピーク値および利得ピーク波長それぞれの温度依存性が低減され得る。
【０００８】
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、グレーティング形成部における等屈折率面の法線が光導波路の光軸に対して傾斜しているのが好適であり、また、グレーティング形成部における屈折率変調の間隔が光導波路の長手方向に沿って変化しているのも好適である。
【０００９】
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、光導波路が、Ｇｅ，Ｃｌ，Ｆ，ＢおよびＰのうちから選択される何れか１以上の元素を含有する石英ガラスからなるのが好適であり、クラッド領域の屈折率に対するコア領域の屈折率の相対的変化Δｎに対して、損失ピーク値の変化量が１０〜３００ｄＢ／ｄＢ／Δｎであるのが好適である。
【００１０】
本発明に係る光増幅モジュールは、信号光を光増幅する光増幅器と、この光増幅器の利得を等化する上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子と、を備えることを特徴とする。この光増幅モジュールでは、信号光は、光増幅器により光増幅されるととともに、光導波路型回折格子素子により波長に応じた損失を被る。この光増幅モジュールは、上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子を含むものであることから、全体の利得ピーク値および利得ピーク波長それぞれの温度依存性が低減され得る。
【００１１】
本発明に係る光増幅モジュールは、温度範囲−４０℃〜８５℃において全体の利得の変動が±０.５ｄＢ以下であるのが好適であり、信号光の波長が波長範囲１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍ内にあるのが好適であり、或いは、信号光の波長が波長範囲１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ内にあるのが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る光導波路型回折格子素子を含む光増幅モジュールでは、全体の利得ピーク値および利得ピーク波長それぞれの温度依存性が低減され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る光増幅モジュール１の構成図である。この図に示される光増幅モジュール１は、ＥＤＦＡ１０および光導波路型回折格子素子２０を備えている。ＥＤＦＡ１０は、入力端１ａに入力したＣバンドまたはＬバンドの信号光を光増幅する。光導波路型回折格子素子２０は、ＥＤＦＡ１０による光増幅後の光出力を波長に対して平坦にする。
【００１５】
ＥＤＦＡ１０は、光アイソレータ１１、光カプラ１２、励起光源１３および増幅用光ファイバ１４を備える。光アイソレータ１１は、入力端１ａから光カプラ１２へ向かう順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。光カプラ１２は、光アイソレータ１１から出力された信号光を入力するとともに、励起光源１３から出力された励起光を入力して、これら信号光および励起光を合波して増幅用光ファイバ１４へ出力する。
【００１６】
増幅用光ファイバ１４は、コア領域にＥｒ元素が添加された光ファイバであり、励起光（波長０.９８μｍ帯または波長１.４８μｍ帯）が供給されることにより、信号光（ＣバンドまたはＬバンド）を光増幅することができる。励起光源１３は、増幅用光ファイバ１４へ供給すべき励起光を出力するものであり、例えばレーザダイオードである。
【００１７】
光導波路型回折格子素子２０は、光導波路である光ファイバの長手方向に沿って屈折率変調によるグレーティングが形成されたものであり、ＥＤＦＡ１０から出力された信号光を入力し、この信号光に波長に応じた損失を与えて、その信号光を出力端１ｂから出力する。この光導波路型回折格子素子２０の損失スペクトルは、ＥＤＦＡ１０の利得スペクトルと略同じ形状とされている。
【００１８】
この光増幅モジュール１は以下のように動作する。励起光源１３から出力された励起光は、光カプラ１２を経て増幅用光ファイバ１４に供給される。入射端１ａに入力したＣバンドまたはＬバンドの信号光は、光アイソレータ１１および光カプラ１２を経て増幅用光ファイバ１４に入力し、この増幅用光ファイバ１４により光増幅される。
【００１９】
光増幅された信号光は、光導波路型回折格子素子２０に入力し、この光導波路型回折格子素子２０において波長に応じた損失を被る。そして、光導波路型回折格子素子２０から出力された信号光は、出力端１ｂから外部へ出力される。光導波路型回折格子素子２０の損失スペクトルがＥＤＦＡ１０の利得スペクトルと略同じ形状とされていることから、ＥＤＦＡ１０単体での利得スペクトルと比較して、出射端１ｂから外部へ出力される光増幅モジュール１全体での出力スペクトルは平坦なものとなる。
【００２０】
図２は、ＥＤＦＡ１０の利得スペクトルを示す図である。この図には、温度２５℃，４５℃および６５℃それぞれの場合について、ＥＤＦＡ１０がＬバンド用である場合の利得スペクトルが示されている。この図から判るように、温度が変化したときに、ＥＤＦＡ１０の利得スペクトルにおいて利得ピーク値は変化するものの、利得ピーク波長の変化は小さい。利得ピーク波長は１５８５ｎｍ付近であり、温度上昇とともに利得ピーク値は減少し、利得ピーク値の温度係数は約−０.０２ｄＢ／℃である。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子２０の断面図である。この図は、光導波路型回折格子素子２０の光軸を含む断面を示している。光導波路型回折格子素子２０は、光ファイバ２１の長手方向に沿って屈折率変調によるグレーティングが形成されたものである。光ファイバ２１は、光軸を含むコア領域２２、コア領域２２を取り囲む第１クラッド領域２３、および、第１クラッド領域２３を取り囲む第２クラッド領域２４を有する。
【００２２】
この光ファイバ２１の長手方向の一定範囲において、コア領域２２および第１クラッド領域２３の双方にグレーティングが形成されていて、グレーティング形成部２５とされている。図中でグレーティング形成部２５における周期的な縞模様は屈折率変調を表している。なお、コア領域２２および第１クラッド領域２３の何れか一方のみにグレーティングが形成されていてもよい。
【００２３】
グレーティング形成部２５では、等屈折率面の法線が光ファイバ２１の光軸に対して傾斜している。これにより、光ファイバ２１を導波してきてグレーティング形成部２５に入力した光のうちグレーティング形成部２５においてブラッグ反射された光は、光ファイバ２１の側方へ放射され、入力時とは逆の方向に光ファイバ２１を導波していくことはない、
また、グレーティング形成部２５では、屈折率変調の間隔が光ファイバ２１の長手方向に沿って変化している。これにより、このグレーティング形成部２５における損失スペクトルは、或る程度の帯域幅を有することができ、スペクトル形状も比較的に自由に設定され得る。
【００２４】
光ファイバ２１のコア領域２２および第１クラッド領域２３それぞれの屈折率の温度係数は互いに異なる。また、光ファイバ２１を導波してグレーティング形成部２５を透過する光の損失ピーク値が温度依存性を有している。光ファイバ２１は、Ｇｅ，Ｃｌ，Ｆ，ＢおよびＰのうちから選択される何れか１以上の元素を含有する石英ガラスからなる。純石英ガラスの屈折率の温度係数と比較すると、ＧｅまたはＣｌが添加された石英ガラスの屈折率の温度係数は大きく、Ｆ，ＢまたはＰが添加された石英ガラスの屈折率の温度係数は小さい。
【００２５】
コア領域２２および第２クラッド領域２３それぞれは、Ｇｅ元素が添加されていて感光性を有しており、所定波長の光（例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光源から出力される波長２４８ｎｍの紫外レーザ光）が照射されることにより屈折率変化が上昇する。このことを利用してグレーティング形成部２５が形成される。
【００２６】
図４は、光ファイバ２１の屈折率プロファイルを示す図である。この図に示されるように、コア領域２２の屈折率が最も高く、第１クラッド領域２３の屈折率が次に高い。コア領域２２と第２クラッド領域２４との屈折率差をｎ１とし、第１クラッド領域２３と第２クラッド領域２４との屈折率差をｎ２とすると、図５に示されるように、これら屈折率差ｎ１，ｎ２は、温度依存性を有しており、各々の温度係数が互いに異なる。したがって、温度が変化すると、光ファイバ２１の屈折率プロファイルも変化し、光ファイバ２１を導波する光の電界分布も変化し、さらに、光ファイバ２１を導波してグレーティング形成部２５を透過する光の損失の大きさも変化する。
【００２７】
図６は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子２０の透過スペクトルを示す図である。この図には、コア領域２２と第１クラッド領域２３との屈折率差ｎが０.００２，０.００３および０.００４それぞれである場合について透過スペクトルが示されている。図７は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子２０の損失ピーク値（透過率の最小値）と屈折率差ｎとの関係を示すグラフである。この図の横軸は、屈折率差ｎが０.００３である場合を基準にした相対的変化Δｎを示している。図６および図７において、グレーティング形成部２５における等屈折率面の法線と光ファイバ２１の光軸とがなす角度を２.６５度とし、コア領域２２と第１クラッド領域２３との屈折率差ｎの基準値を０.００３とした。
【００２８】
これらの図から判るように、温度が変化したときに、光導波路型回折格子素子２０の損失スペクトルにおいて損失ピーク値は変化するものの、損失ピーク波長の変化は小さい。第１クラッド領域２３の屈折率に対するコア領域２２の屈折率の相対的変化Δｎを±０.００１だけ変化させたとき、損失ピーク値は約±１.５ｄＢだけ変化する。
【００２９】
このことから、「（損失変化量）／（基準損失）／（屈折率相対的変化Δｎ）」なるパラメータの値は１６７ｄＢ／ｄＢ／Δｎ（＝±1.5dB／9dB／±0.001）となる。第１クラッド領域２３の屈折率に対するコア領域２２の屈折率の相対的変化Δｎの温度係数は、光ファイバ２１の各領域に添加される元素の種類および量により異なる。損失ピーク値の変化量が１０〜３００ｄＢ／ｄＢ／Δｎであるのが好適である。
【００３０】
例えば、光ファイバ２１のコア領域２２は、ＧｅＯ２（５.３ｗｔ％）が添加された石英ガラスからなるものとし、屈折率の温度係数が１.１４×１０−５／ｄｔであるとする。第１クラッド領域２３は、Ｆ（１.５ｗｔ％）およびＣｌ（４.０ｗｔ％）が添加された石英ガラスからなるものとし、屈折率の温度係数が０.８４×１０−５／ｄｔであるとする。石英ガラスに単位濃度のＦが添加されることによる屈折率の温度係数は−０.１２×１０−６／ｗｔ％であり、石英ガラスに単位濃度のＣｌが添加されることによる屈折率の温度係数は＋０.０８４×１０−６／ｗｔ％である。
【００３１】
この例では、第１クラッド２３よりコア領域２２の方が屈折率の温度係数は大きい。したがって、温度が高くなると、光ファイバ２１を導波する光の電界分布は狭くなり、光導波路型回折格子素子２０の損失スペクトルにおける損失ピーク値は小さくなる。温度２５℃の場合を基準とすると、温度範囲−４０℃〜８５℃において、第１クラッド領域２３の屈折率に対するコア領域２２の屈折率の相対的変化Δｎは約±０.０００２となる。
【００３２】
基準温度２５℃であるときの光導波路型回折格子素子２０の損失ピーク値（基準損失値）が１０ｄＢである場合、上記パラメータ「（損失変化量）／（基準損失）／（屈折率相対的変化Δｎ）」の値（１６７ｄＢ／ｄＢ／Δｎ）を用いると、温度範囲−４０℃〜８５℃における損失ピーク値の変化量は±０.３３ｄＢ（＝167×10×(±0.0002)）となる。したがって、光導波路型回折格子素子２０の損失ピーク値の温度係数は０.００５３ｄＢ／℃（＝0.66dBp-p／125℃）となる。
【００３３】
以上のように、ＥＤＦＡ１０の利得スペクトルと光導波路型回折格子素子２０の損失スペクトルにおいて、温度が変化したときに、各々のピーク波長の変化は小さく、各々のピーク値は変化する。ＥＤＦＡ１０の利得スペクトルと光導波路型回折格子素子２０の損失スペクトルとは、互いに略同じ形状であって、温度が変化したときのスペクトル形状の変化も互いに略同じとすることができる。
【００３４】
したがって、これらＥＤＦＡ１０および光導波路型回折格子素子２０を含む光増幅モジュール１は、全体の利得ピーク値および利得ピーク波長それぞれの温度依存性が低減され得る。光増幅モジュール１は、温度範囲−４０℃〜８５℃において全体の利得の変動が±０.５ｄＢ以下であるのが好適である。信号光の波長は、波長範囲１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍ内にあるのが好適であり、また、波長範囲１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ内にあるのが好適である。
【００３５】
図８は、Ｃバンド用のＥＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。この図には、温度０℃，２５℃および６５℃それぞれの場合について、ＥＤＦＡの利得スペクトルが示されている。この図から判るように、Ｃバンド用のＥＤＦＡにおいても、温度が変化したときに、利得ピーク値は変化するものの、利得ピーク波長の変化は小さい。
【００３６】
図９は、Ｃバンド用のＥＤＦＡの利得特性を示すグラフである。この図では、温度２５℃の場合を基準として、温度０℃および６５℃それぞれの場合の利得差が示されている。この図から判るように、温度範囲０℃〜６５℃において、Ｃバンド用のＥＤＦＡの利得変動は約±０.４ｄＢ以下となっている。このようなＥＤＦＡに対して、損失スペクトルの温度依存性が異なる３種類の本実施形態に係る光導波路型回折格子素子を用いて、光増幅モジュールを構成すると、全体の利得ピーク値および利得ピーク波長それぞれの温度依存性が低減され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係る光増幅モジュール１の構成図である。
【図２】ＥＤＦＡ１０の利得スペクトルを示す図である。
【図３】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子２０の断面図である。
【図４】光ファイバ２１の屈折率プロファイルを示す図である。
【図５】光ファイバ２１のコア領域２２および第１クラッド領域２３それぞれの屈折率の温度依存性を示す図である。
【図６】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子２０の透過スペクトルを示す図である。
【図７】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子２０の損失ピーク値（透過率の最小値）と屈折率差ｎとの関係を示すグラフである。
【図８】Ｃバンド用のＥＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。
【図９】Ｃバンド用のＥＤＦＡの利得特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１…光増幅モジュール、１０…光増幅器（ＥＤＦＡ）、１１…光アイソレータ、１２…光カプラ、１３…励起光源、１４…増幅用光ファイバ、２０…光導波路型回折格子素子、２１…光ファイバ、２２…コア領域、２３…第１クラッド領域、２４…第２クラッド領域、２５…グレーティング形成部。
【図１】
2005166835.tif 000003
【図２】
2005166835.tif 000004
【図３】
2005166835.tif 000005
【図４】
2005166835.tif 000006
【図５】
2005166835.tif 000007
【図６】
2005166835.tif 000008
【図７】
2005166835.tif 000009
【図８】
2005166835.tif 000010
【図９】
2005166835.tif 000011