(57)【要約】【課題】  ラマン増幅の利得帯域幅が広く製造が容易で伝送損失が小さい光導波路を提供する【解決手段】  本発明に係る光導波路は、光伝搬領域のガラスの一部が、Ａｌ酸化物を１０mol％以上含み、３種類以下の元素の酸化物を合計で９０mol％以上含む。サンプルＡの組成は Ｌａ2Ｏ3(20mol%)−Ａｌ2Ｏ3(32mol%)−ＳｉＯ2(48mol%) である。サンプルＢの組成は Ｙ2Ｏ3(20mol%)−Ａｌ2Ｏ3(32mol%)−ＳｉＯ2(48mol%) である。ＳｉＯ2にＡｌ2Ｏ3が加えられた実施例のサンプルＡおよびサンプルＢそれぞれでは、ラマン散乱スペクトルにおけるピークは、ラマンシフト量９００ｃｍ-1を超える位置にある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝搬領域のガラスの一部が、Ａｌ酸化物を１０mol％以上含み、３種類以下の元素の酸化物を合計で９０mol％以上含むことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
光伝搬領域のガラスの一部がＧａ酸化物を含むことを特徴とする光導波路。
【請求項３】
光伝搬領域のガラスの一部が更にＡｌ酸化物を含むことを特徴とする請求項２記載の光導波路。
【請求項４】
光伝搬領域のガラスの一部が更にＰ酸化物を含むことを特徴とする請求項２記載の光導波路。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光導波路を備え、この光導波路において光増幅することを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光導波路を２種類以上備え、これら２種類以上の光導波路において光増幅することを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅媒体として用いられ得る光導波路、および、この光導波路を含む光増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて用いられる光増幅器は、光伝送路を信号光が伝搬する間に被る損失を補償する為に、その信号光を光増幅するものである。そのなかでも、ラマン増幅器は、光伝送路を構成する光導波路（例えば光ファイバ）を光増幅媒体として使用し、この光導波路における誘導ラマン散乱現象を利用したものであって、励起光波長を変更することで利得帯域を自在に変更することができるという利点を有している。
【０００３】
一般に、ラマン増幅器では、光増幅媒体である光導波路として、石英系ガラスを主成分とする光ファイバが用いられている。この場合、ラマン散乱スペクトルにおけるピークがラマンシフト量４４０ｃｍ-1付近の位置にあって、利得帯域幅が１００ｃｍ-1程度と狭い。それ故、広帯域の利得スペクトルを実現しようとすると、多波長の励起光を使用する必要がある。また、１００ｎｍを超える利得帯域幅を実現しようとすると、励起光波長と信号光波長との交番が必要となる。
【０００４】
一方、特許文献１には、テルライト系ガラスからなる光導波路を光増幅媒体として使用する光増幅器が開示されている。この場合、ラマン散乱スペクトルにおける主ピークがラマンシフト量７５０ｃｍ-1付近の位置にあり、サブピークがラマンシフト量４５０ｃｍ-1付近の位置にある。
【特許文献１】特開２００１−１０９０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、テルライト系ガラスからなる光導波路を光増幅媒体として使用する場合、ラマン散乱スペクトルにおいてラマンシフト量５５０ｃｍ-1付近の位置に大きなディップが存在する。このことから、信号光波長帯域１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの帯域幅１００ｎｍにおいて充分な利得を得るには、３波長（１３７０ｎｍ，１４００ｎｍ，１４３０ｎｍ）の励起光が必要である。
【０００６】
また、このテルライト系ガラスの組成は、ＴｅＯ2−ＺｎＯ−Ｍ2Ｏ−Ｌ2Ｏ3 で表される。ここで、Ｍは、１種類以上のアルカリ元素である。Ｌは、Ｂｉ，Ｌａ，Ａｌ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｌｕのうち１種類以上である。このように、このテルライト系ガラスは少なくとも４種類の元素の酸化物を含むことから、このテルライト系ガラスからなる光導波路は、製造が容易でなく、伝送損失が大きいことが懸念される。
【０００７】
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、ラマン増幅の利得帯域幅が広く製造が容易で伝送損失が小さい光導波路、および、この光導波路を光増幅媒体として用いた光増幅器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】
【０００８】
本発明に係る光導波路は、光伝搬領域のガラスの一部が、Ａｌ酸化物を１０mol％以上含み、３種類以下の元素の酸化物を合計で９０mol％以上含むことを特徴とする。
【０００９】
或いは、本発明に係る光導波路は、光伝搬領域のガラスの一部がＧａ酸化物を含むことを特徴とする。この場合、光伝搬領域のガラスの一部が更にＡｌ酸化物を含むのが好適であり、また、光伝搬領域のガラスの一部が更にＰ酸化物を含むのも好適である。
【００１０】
なお、上記酸化物としては、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｇａ2Ｏ3，ＧｅＯ2，Ｂ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，Ｋ2Ｏ，Ｔａ2Ｏ5，ＮａＰＯ3，ＧａＴａＯ4などが挙げられる。また、光導波路は、平面基板上に形成された平面光導波路の形態であってもよいし、光ファイバの形態であってもよい。
【００１１】
本発明に係る光増幅器は、上記の本発明に係る光導波路を備え、この光導波路において光増幅することを特徴とする。或いは、上記の本発明に係る光導波路を２種類以上備え、これら２種類以上の光導波路において光増幅することを特徴とする。
【００１２】
このような光導波路は、製造が容易で、伝送損失が小さい。また、この光導波路または光増幅器は、ラマン増幅の利得帯域幅が広い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光導波路は、ラマン増幅の利得帯域幅が広く、製造が容易で、伝送損失が小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
先ず、本発明に係る光導波路の第１実施形態について説明する。第１実施形態に係る光導波路は、光伝搬領域のガラスの一部が、Ａｌ酸化物を１０mol％以上含み、３種類以下の元素の酸化物を合計で９０mol％以上含むものである。このようなガラスは、ラマン散乱スペクトルにおいてラマンシフト量が大きい位置にピークを有する。この光導波路は、ラマン増幅の利得帯域幅が広く、製造が容易で、伝送損失が小さい。
【００１６】
図１は、第１実施形態に係る光導波路に用いられるガラスのラマン散乱スペクトル例を示すグラフである。この図には、３つのサンプルＡ〜Ｃそれぞれについてラマン散乱スペクトルが示されている。サンプルＡの組成は Ｌａ2Ｏ3(20mol%)−Ａｌ2Ｏ3(32mol%)−ＳｉＯ2(48mol%) である。サンプルＢの組成は Ｙ2Ｏ3(20mol%)−Ａｌ2Ｏ3(32mol%)−ＳｉＯ2(48mol%) である。サンプルＣはテルライト系ガラスである。縦軸は、最大強度で規格化されたラマン散乱強度を示す。サンプルＡおよびサンプルＢは、本実施形態に係る光導波路に用いられるガラスの実施例として示されたものである。サンプルＣは、比較例として示されたものである。
【００１７】
この図から判るように、比較例のサンプルＣ（テルライト系ガラス）では、ラマン散乱スペクトルにおけるピークは、ラマンシフト量７５０ｃｍ-1付近の位置にある。これに対して、ＳｉＯ2にＡｌ2Ｏ3が加えられた実施例のサンプルＡおよびサンプルＢそれぞれでは、ラマン散乱スペクトルにおけるピークは、ラマンシフト量９００ｃｍ-1を超える位置にある。
【００１８】
なお、サンプルＡではＬａ2Ｏ3は必須ではなく、サンプルＢではＹ2Ｏ3は必須ではない。Ｌａ2Ｏ3やＹ2Ｏ3に替えて、他のIIIA族元素の酸化物や他の希土類元素の酸化物が含有されてもよい。これら第３の元素の酸化物が含有されていることにより、ガラスの融点が下がり、小規模な設備で製造することが容易となる。また、第３の元素の酸化物が含有されることにより、ラマン散乱スペクトルの形状が微妙に調整され得る。
【００１９】
次に、本発明に係る光導波路の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る光導波路は、光伝搬領域のガラスの一部がＧａ酸化物を含むもの（ガレートガラス）である。この場合、光伝搬領域のガラスの一部が更にＡｌ酸化物を含むのが好適であり、また、光伝搬領域のガラスの一部が更にＰ酸化物を含むのも好適である。このようなガラスは、ラマン散乱スペクトルにおいてラマンシフト量が大きい位置にピークを有し、また、ラマン散乱スペクトルにおけるディップが低減されたものとなる。この光導波路は、ラマン増幅の利得帯域幅が広く、製造が容易で、伝送損失が小さい。
【００２０】
図２は、第２実施形態に係る光導波路に用いられるガラスのラマン散乱スペクトル例を示すグラフである。この図には、４つのサンプルＤ〜Ｇそれぞれについてラマン散乱スペクトルが示されている。サンプルＤの組成は Ｋ2Ｏ(40mol%)−Ｇａ2Ｏ3(30mol%)−Ｔａ2Ｏ5(30mol%) である。サンプルＥの組成は Ｙ2Ｏ3(14mol%)−Ａｌ2Ｏ3(22.4mol%)−ＳｉＯ2(33.6mol%)−Ｇａ2Ｏ3(15mol%)−Ｔａ2Ｏ5(15mol%) である。サンプルＦの組成は ＮａＰＯ3(77mol%)−ＧａＴａＯ4(23mol%) である。サンプルＧはリン酸塩ガラスである。縦軸は、最大強度で規格化されたラマン散乱強度を示す。サンプルＤ〜Ｆは、本実施形態に係る光導波路に用いられるガラスの実施例として示されたものである。サンプルＧは、比較例として示されたものである。
【００２１】
この図から判るように、サンプルＤでは、ラマン散乱スペクトルにおけるピークは、ラマンシフト量８５０ｃｍ-1付近の位置にあり、サンプルＡ，Ｂの場合と比較するとピークとなるラマンシフト量が小さい。しかし、サンプルＤでは、ラマン散乱スペクトルにおけるディップでの強度は、ピーク強度の４０％程度に保たれており、この点で、サンプルＡ，Ｂの場合と比較すると好ましい。なお、サンプルＤで、Ｋ2Ｏに替えて、ＮａやＣａなどの他のアルカリ金属の酸化物が含有されてもよい。
【００２２】
サンプルＥでは、酸化される元素の種類が５種類と多いが、ラマンシフト量２００ｃｍ-1〜８９０ｃｍ-1の範囲でラマン散乱強度がピーク強度の８０％以上である。したがって、励起光が１波長であっても、ラマン増幅の利得スペクトルが広いものとなる。例えば、励起光が１４３０ｎｍの１波長であっても、利得スペクトルは１４７０ｎｍ〜１６３０ｎｍであり、その利得帯域幅は１６０ｎｍとなる。なお、サンプルＥで、Ｙ2Ｏ3に替えてＬａの酸化物が含有されてもよい。
【００２３】
サンプルＧ（リン酸塩ガラス）では、ラマン散乱スペクトルにおけるピークがラマンシフト量７２０ｃｍ-1付近および１２００ｃｍ-1付近それぞれの位置にあるものの、ラマンシフト量８００ｃｍ-1〜９００ｃｍ-1の範囲ではラマン散乱強度がピーク強度の１０％程度しかない。
【００２４】
これに対して、ガレートガラスとサンプルＧ（リン酸塩ガラス）との混合物であるサンプルＦでは、ラマンシフト量１２４０ｃｍ-1に至るまでラマン散乱強度がピーク強度の４０％以上に保たれている。したがって、励起光が１波長であっても、ラマン増幅の利得スペクトルが広いものとなる。例えば、励起光が１３７０ｎｍの１波長であっても、利得スペクトルは１６５０ｎｍに至るまでの利得帯域が得られる。なお、サンプルＧで、リン酸塩ガラスを構成するアルカリ元素は、Ｎａでなくてもよく、ＫやＣａなどであってもよい。
【００２５】
次に、本発明に係る光増幅器の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る光増幅器１の構成図である。この図に示される光増幅器１は、光入射端１１に入力した信号光をラマン増幅して、そのラマン増幅した信号光を光出射端１２から出力するものである。
【００２６】
この光増幅器１は、光入射端１１から光出射端１２に至る信号光経路上に順に、光カプラ２１、光アイソレータ３１、光ファイバ４１ａ、光ファイバ４１ｂ、光カプラ５１、光アイソレータ３２、光ファイバ４２ａ、光ファイバ４２ｂ、光カプラ５２、光アイソレータ３３および光カプラ２２を備える。また、この光増幅器１は、光カプラ２１に接続されたフォトダイオード６１、光カプラ２２に接続されたフォトダイオード６２、光カプラ５１に接続された光合波器７１、この光合波器７１に接続されたレーザダイオード８１ａおよびレーザダイオード８１ｂ、光カプラ５２に接続された光合波器７２、この光合波器７２に接続されたレーザダイオード８２ａおよびレーザダイオード８２ｂ、ならびに、この光増幅器１の動作を制御する制御部９０を備える。
【００２７】
光カプラ２１は、光入射端１１に入力した信号光の一部を分岐してフォトダイオード６１へ出力し、残部を光アイソレータ３１へ出力する。フォトダイオード６１は、光カプラ２１から到達した光を受光し、その受光量に応じた電気信号を制御部９０へ出力する。光カプラ２２は、光アイソレータ３３から到達した信号光の一部を分岐してフォトダイオード６２へ出力し、残部を光出射端１２へ出力する。フォトダイオード６２は、光カプラ２２から到達した光を受光し、その受光量に応じた電気信号を制御部９０へ出力する。光アイソレータ３１〜３３それぞれは、光入射端１１から光出射端１２へ向かう順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【００２８】
光ファイバ４１ａおよび光ファイバ４１ｂは、互いに異なる組成のガラスからなる光導波路であって、互いに縦続接続されている。光ファイバ４１ａおよび光ファイバ４１ｂは、光アイソレータ３１と光カプラ５１との間に設けられており、光カプラ５１から励起光が供給されることにより、光アイソレータ３１から到達した信号光をラマン増幅する。光カプラ５１は、光合波器７１から出力された励起光を入力して、この励起光を光ファイバ４１ａおよび光ファイバ４１ｂに対して後方から供給する。光合波器７１は、レーザダイオード８１ａ，８１ｂそれぞれから出力された励起光を合波して、その合波した励起光を光合波器７１へ出力する。レーザダイオード８１ａ，８１ｂそれぞれは、互いに異なる波長の励起光を出力する。なお、光合波器７１は偏波合成器であってもよい。
【００２９】
光ファイバ４２ａおよび光ファイバ４２ｂは、互いに異なる組成のガラスからなる光導波路であって、互いに縦続接続されている。光ファイバ４２ａおよび光ファイバ４２ｂは、光アイソレータ３２と光カプラ５２との間に設けられている。光カプラ５２から励起光が供給されることにより、光アイソレータ３２から到達した信号光をラマン増幅する。光カプラ５２は、光合波器７２から出力された励起光を入力して、この励起光を光ファイバ４２ａおよび光ファイバ４２ｂに対して後方から供給する。光合波器７２は、レーザダイオード８２ａ，８２ｂそれぞれから出力された励起光を合波して、その合波した励起光を光合波器７２へ出力する。レーザダイオード８２ａ，８２ｂそれぞれは、互いに異なる波長の励起光を出力する。なお、光合波器７２は偏波合成器であってもよい。
【００３０】
制御部９０は、フォトダイオード６１，６２それぞれから出力された電気信号を入力して、この電気信号に基づいて入力信号光レベルおよび出力信号光レベルをモニタする。そして、制御部９０は、これら入力信号光レベルおよび出力信号光レベルに基づいて、レーザダイオード８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂそれぞれから出力される励起光のパワーを調整して、光増幅器１の利得を制御する。
【００３１】
この光増幅器１は以下のように動作する。レーザダイオード８１ａ，８１ｂから出力された励起光は、光合波器７１により合波され、光カプラ５１を経て、光ファイバ４１ａおよび光ファイバ４１ｂに後方から供給される。レーザダイオード８２ａ，８２ｂから出力された励起光は、光合波器７２により合波され、光カプラ５２を経て、光ファイバ４２ａおよび光ファイバ４２ｂに後方から供給される。
【００３２】
光入射端１１に入力した信号光は、光カプラ２１および光アイソレータ３１を経て、光ファイバ４１ａおよび光ファイバ４１ｂに入力してラマン増幅される。このラマン増幅された信号光は、光カプラ５１および光アイソレータ３２を経て、光ファイバ４２ａおよび光ファイバ４２ｂに入力してラマン増幅される。そして、このラマン増幅された信号光は、光カプラ５２、光アイソレータ３３および光カプラ２２を経て、光出射端１２から出力される。
【００３３】
光入射端１１に入力した信号光は、その一部が光カプラ２１により分岐される。その分岐された一部の信号光はフォトダイオード６１により受光され、その信号光のパワーに応じた電気信号がフォトダイオード６１から出力され制御部９０に入力する。このフォトダイオード６１から出力される電気信号は入力信号光レベルを表す。
【００３４】
光出射端１２から出力される信号光の一部は、その一部が光カプラ２２により分岐される。その分岐された一部の信号光はフォトダイオード６２により受光され、その信号光のパワーに応じた電気信号がフォトダイオード６２から出力され制御部９０に入力する。このフォトダイオード６２から出力される電気信号は出力信号光レベルを表す。
【００３５】
そして、制御部９０により、フォトダイオード６１，６２それぞれから出力された電気信号に基づいて、入力信号光レベルおよび出力信号光レベルがモニタされ、これら入力信号光レベルおよび出力信号光レベルに基づいて、レーザダイオード８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂそれぞれから出力される励起光のパワーが調整され、光増幅器１の利得が制御される。
【００３６】
本実施形態に係る光増幅器１では、光ファイバ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのうちの何れかは、上記の本実施形態に係る光導波路である。また、前段の光ファイバ４１ａ，４１ｂの何れかが上記の本実施形態に係る光導波路であって、後段の光ファイバ４２ａ，４２ｂの何れかが上記の本実施形態に係る光導波路であるのが好適である。また、前段の光ファイバ４１ａ，４１ｂの双方が上記の本実施形態に係る光導波路であるのが好適であり、後段の光ファイバ４２ａ，４２ｂの双方が上記の本実施形態に係る光導波路であるのが好適である。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る光増幅器１における光ファイバ４１ａ，４１ｂのラマン散乱スペクトル例を示すグラフである。ここでは、光ファイバ４１ａおよび光ファイバ４１ｂのうち、一方の光伝搬領域のガラスが上記サンプルＣからなるものとし、他方の光伝搬領域のガラスが上記サンプルＤからなるものとした。レーザダイオード８１ａから出力される励起光を波長１．４０μｍ帯のものとし、レーザダイオード８２ａから出力される励起光を波長１．４１５μｍ帯のものとした。
【００３８】
この図には、サンプルＣおよびサンプルＤそれぞれについてラマン散乱スペクトルが示されており、また、サンプルＣおよびサンプルＤが縦続接続されたものについてもラマン散乱スペクトルがＴ１，Ｔ２として示されている。Ｔ１は、励起光が波長１．４０μｍ帯の１波長のみであるときのラマン散乱スペクトルである。Ｔ２は、励起光が波長１．４０μｍ帯および波長１．４１５μｍ帯の２波長であるときのラマン散乱スペクトルである。縦軸は、最大強度で規格化されたラマン散乱強度を示す。
【００３９】
この図においてサンプルＣおよびサンプルＤそれぞれのラマン散乱スペクトルを比較して判るように、一方のピーク位置と他方のディップ位置とが略対応している。したがって、サンプルＣおよびサンプルＤが縦続接続されたもののラマン散乱スペクトルは、図中においてＴ１で示されるように、ラマンシフト量４１０ｃｍ-1〜８９０ｃｍ-1の範囲でラマン散乱強度がピーク強度の７０％以上となる。励起光が１４１０ｎｍの１波長であっても、利得スペクトルは１４９７ｎｍ〜１６１２ｎｍであり、その利得帯域幅は１１５ｎｍとなる。
【００４０】
また、図中においてＴ２で示されるように、励起光が波長１．４０μｍ帯および波長１．４１５μｍ帯の２波長であるときには、ラマンシフト量４７０ｃｍ-1〜８９０ｃｍ-1の範囲でラマン散乱強度がピーク強度の８０％以上となる。また、利得スペクトルは１４９６ｎｍ〜１５９９ｎｍであり、その利得帯域幅は１１３ｎｍとなる。
【００４１】
なお、本実施形態に係る光増幅器１において、レーザダイオード８１ａ，８１ｂそれぞれから出力される励起光の波長が上記１．４０μｍ帯および１．４１５μｍ帯のように近接している場合には、光合波器７１は偏波合成器であるのが好適である。ただし、大きな励起光パワーが必要な場合には、２つの１．４０μｍ帯のレーザダイオードから出力された励起光を偏波合成し、２つの１．４１５μｍ帯のレーザダイオードから出力された励起光を偏波合成して、その後、これらをＷＤＭフィルタにより合波してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態に係る光導波路に用いられるガラスのラマン散乱スペクトル例を示すグラフである。
【図２】第２実施形態に係る光導波路に用いられるガラスのラマン散乱スペクトル例を示すグラフである。
【図３】本実施形態に係る光増幅器１の構成図である。
【図４】本実施形態に係る光増幅器１における光ファイバ４１ａ，４１ｂのラマン散乱スペクトル例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１…光増幅器、１１…光入射端、１２…光出射端、２１，２２…光カプラ、３１〜３３…光アイソレータ、４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ…光ファイバ、５１，５２…光カプラ、６１，６２…フォトダイオード、７１，７２…光合波器、８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ…レーザダイオード、９０…制御部。
【図１】
2005031473.tif 000003
【図２】
2005031473.tif 000004
【図３】
2005031473.tif 000005
【図４】
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