(57)【要約】【課題】光通信や光計測などに使用される、光損失デバイスにおいて、光源の波長スペクトルを成形する簡易な方法が求められている。  【解決手段】カットオフ波長λｃが使用波長帯λｏｐに対し、λｃ≦０．７２×λｏｐ＋７０（ｎｍ）の条件を満たし、かつ開口数ＮＡが０．１８以下に設計された光ファイバを有し、前記光ファイバの一部を１／４周以上巻かれた光ファイバ部と、２つ以上の光ファイバ保持部を有し、前記保持部を移動させることによって、光ファイバの曲率を変化させることで、反射を伴うことなく使用波長帯を所定の割合で減衰させることを特徴とする光損失デバイス。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信や光計測などに使用される光損失デバイスにおいて、カットオフ波長λｃが使用波長帯λｏｐに対し、λｃ≦０．７２×λｏｐ＋７０（ｎｍ）の条件を満たし、かつ開口数ＮＡが０．１８以下に設計された光ファイバを有し、前記光ファイバの一部を１／４周以上巻かれた光ファイバ部と、２つ以上の光ファイバ保持部を有し、前記保持部を移動させることによって、光ファイバの曲率を変化させることで、反射を伴うことなく使用波長帯を所定の割合で減衰させることを特徴とする光損失デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光損失デバイスを有し、長波長側の帯域を所定の割合で減衰させることによって、該デバイスに入力された波長スペクトルを整形して出力することを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
請求項１または２記載の光デバイスを内部に有したＡＳＥ光源、または光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信や光計測などに使用される、光損失デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＳＥ光源やＳＬＤ光源などは、光部品の損失測定用途では広帯域であることが望まれているが、干渉用途では特殊なスペクトル形状が必要とされている。例えば、光コネクタ内部の反射点の位置を測定する高分解能リフレクトメーターにおいては、測定精度を向上させるためには、光源の波長スペクトルがガウス形状に近い形をしていることが理想である。少なくとも、光源の波長スペクトルが複数のピークを有してはならない。もし、２つのピークを有する光源で干渉計測を行った場合、干渉ピークが複数箇所生じてしまうため、干渉計としての精度を著しく低下させてしまう。
【０００３】
しかし、一般の希土類添加ファイバより発生するＡＳＥ光のスペクトル形状はガウス形状をしていない。たとえば、Ｃ帯(１５３０−１５６５ｎｍ)におけるＥｒ添加光ファイバのＡＳＥ光を見ると、図２に示すように１５３５ｎｍ付近のピークと、１５４０−１５５０ｎｍの平坦な部分から構成されている。高精度な干渉計用光源として使用するためには、１５４０−１５５０ｎｍの分を選択的に減衰させる必要がある。
【０００４】
この問題を解決する方法として、光ファイバの曲げ損失を用いて透過スペクトル形状を変化させることにより、光源の波長スペクトルを整形するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、光ファイバを用いた光損失デバイスを光増幅器に適用する方法も知られている（例えば特許文献２，３参照）。
【特許文献１】米国特許５３１１６１４号公報
【特許文献２】特開平６−３０２８９６号公報
【特許文献３】特開平９−４３６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、実際の使用においては、使用する波長帯に対してファイバの開口数ＮＡやカットオフ波長を適切に選択しなければ、効果的に曲げ損失を得ることができない。例えば、ＮＡ０．２０、コア屈折率１．４５８（１５５０ｎｍ）、コア径３．６μｍ、カットオフ波長９２０ｎｍのシングルモードファイバにおいて、９５０ｎｍの光を１０ｄＢ以上減衰させるためには、曲げ半径を１ｃｍ以内にする必要がある。長期的なファイバの信頼性を考慮すると、可能な限り曲げ半径を大きくすることが推奨される。すなわち、曲げ損失を効果的に誘発させるために、ファイバのＮＡやカットオフ波長を適切に設計することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光通信や光計測などに使用される光損失デバイスにおいて、カットオフ波長λｃが使用波長帯λｏｐに対し、λｃ≦０．７２×λｏｐ＋７０（ｎｍ）の条件を満たし、かつ開口数ＮＡが０．１８以下に設計された光ファイバを有し、前記光ファイバの一部を１／４周以上巻かれた光ファイバ部と、２つ以上の光ファイバ保持部を有し、前記保持部を移動させることによって、光ファイバの曲率を変化させることで、反射を全く伴うことなく使用波長帯を所定の割合で減衰させることを特徴とする光デバイスである。
【０００８】
また、上記の光損失デバイスを有し、長波長側の帯域を所定の割合で減衰させることによって、該デバイスに入力された波長スペクトルを整形して出力することを特徴とする光デバイスである。
【０００９】
さらに、上記の光デバイスを内部に有したＡＳＥ光源、または光増幅器である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特殊な光ファイバの曲げ損失を用いて透過スペクトル形状を変化させることによって、反射を生じることなく光源の波長スペクトルを整形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、シングルモード光ファイバを例にとり、曲げ損失を効果的に発生させるファイバを作製する方法を説明する。
【００１２】
シングルモード光ファイバは伝搬モード（ＬＰ０１）のみを伝搬させて、それ以外のモード（高次モード：ＬＰ１１、…）を伝搬させない光ファイバである。ＬＰ０１モードは波長に関係なく全ての波長で伝搬可能であるが、高次モードはある波長より短い波長でのみ伝搬可能であり、それより長い波長では伝搬しない。その境界の波長のことをカットオフ波長λcという。
【００１３】
一般にλcは使用波長よりも少し短い波長に設定される。λcはコア直径２aと非屈折率差Δにより決定され、２つのパラメータは自由に選べる。すなわち２aを大きくすれば、Δを小さくとればよい。
【００１４】
ここで、Δが小さいと伝搬モードであるＬＰ０１モードのモードフィールドが、クラッド中に広く拡がってしまうためにファイバを曲げると放射モードに変り、損失が大きくなる。このとき、長波長の光ほど曲げ損失が大きくなるため、より長波長の光を減衰させるためには、Δを小さくすれば良い。
【００１５】
また、λcよりも波長が長くなると、光の閉じ込め効果が悪くなるため、曲げ損失が大きくなる。すなわち、曲げ損失を効果的に発生させるためには、使用波長帯よりもλcを十分短くすることが望ましい。
【００１６】
尚、光ファイバの曲げ損失は次式で表記される。
α = 4.34×(πawR)-1/2×(u/V)2×exp(((-4/3)・(w3/V2)・ΔR/a)
u = (k2・n12−β2)1/2×a
w = (β2−k2・n22)1/2×a
β = n1・kcosθ
k =λ/2π
V = ka(n12-n22)1/2
NA = (2Δ)1/2・n1
a:コア径、V:規格化導波路周波数、n1：コア屈折率、n2：クラッド屈折率、λ:波長
R:曲げ半径、Δ：比屈折率差
【００１７】
ここで、ＮＡやカットオフ波長の最適化が行われていない一般の１５５０ｎｍ帯通信用ファイバ（シングルモード光ファイバ：コア屈折率＝１.４６８（１５５０ｎｍ）、ＮＡ＝０.１６、カットオフ波長＝１２８０ｎｍ）の曲げ損失を図３に示す。
【００１８】
図３に示すように曲げ半径をＲ＝２０ｍｍ，１０ｍｍ（いずれも巻数は１０周）と変化させると、損失は増大しているが、１０ｄＢ以上の減衰が必要となる場合にはさらに曲げ半径を小さくする必要があり、ファイバの長期信頼性が得られなくなる。
【００１９】
また、図３に示すように、各波長の減衰率は１５５０ｎｍ帯でほぼ一様であるため、長波長側の帯域を選択的に減衰させることは困難である。
【００２０】
このように、カットオフ波長λｃが使用波長帯λｏｐに対し、λｃ≦０．７２×λｏｐ＋７０（ｎｍ）の条件を満たし、かつＮＡが０．１８以下の範囲以外になると、使用波長帯において長波長側の帯域を選択的に減衰させることができない。
【００２１】
さらに、光ファイバ中の導波状態に問題が生じない限り、λcを可能な限り短くし、ＮＡを可能な限り小さくすることが望ましい。より好ましくは、ファイバのカットオフ波長が０．５０×λｏｐ＋７０≦λｃ≦０．７２×λｏｐ＋７０（ｎｍ）、かつＮＡが、０．０８≦ＮＡ≦０．１８であることが望ましい。λｃやＮＡがこの範囲よりも小さくなると、ファイバを直線状に配置しなければ伝搬損失が増大してしまうなどの実用上の問題点が生じてしまう。
【００２２】
ここで、Ｃ帯(１５３０‐１５６５ｎｍ)における適用の例をとり、本発明の最良の実施形態を説明する。破断させることなくファイバを緩やかに曲げ、かつ、Ｃ帯において波長スペクトル整形手段として十分な曲げ特性を得るために、下記２点を満たすファイバを作製する。
【００２３】
まず第１点は、屈折率差Δを十分小さくし、ＮＡを０．１８以下とする。ＮＡを小さくすることにより、モードフィールドをクラッド中に広く拡げることが可能となり、曲げ損失を容易に誘発できる。
【００２４】
第２点として、曲げるファイバのカットオフ波長をＣ帯よりも十分短い値とし、Ｃ帯で十分な曲げ損失が得られるようにする。
このように設計した光ファイバを図４に示すように１０周巻き、曲げ半径を変化させたときの透過スペクトルを図５に示す。図５は、ＮＡ＝０．１４、カットオフ波長９２０ｎｍの場合である。図５に示すようにファイバの曲げ半径がＲ＝２４ｍｍ、２２．５ｍｍ、２１ｍｍと小さくなるにつれて、より長波長側の損失が増大していることが分かる。このように、対象としている波長帯の長波長側の透過率を選択的に減衰させることができる。
【００２５】
しかし、曲げ損失を変化させる場合には、曲げ径を変えてファイバを巻きなおす必要あり、曲げ損失を連続的に可変させることはできない。さらに、曲げ損失は曲げ径に対して極めて敏感であるため、所望の曲げ径を常に保ちながら巻き直すことは困難である。
【００２６】
そこで、図１(a)に示すように、リング状に巻かれたファイバを保持部２でクランプし、保持部を移動させてファイバを楕円状に変形し、部分的に曲率を変化させることで、曲げ径を変えたのと同様の効果があり、曲げ損失を誘発させることができる。これにより、損失を変化させる際に光ファイバを巻きなおすことなく、曲げ損失を連続的に変化させることができる。このとき、損失を誘発するのはファイバ自体であるため、全く反射を伴わない。
【００２７】
なお、ファイバが１周以下巻かれたような場合も同様であり、例えば図１(b)は１／４周巻かれた場合であるが、この場合も保持部を移動させて巻き形状を歪ませることで曲げ径を変えたのと同様の効果があり、曲げ損失を連続的に変化させることができる。
【００２８】
また、本発明による光ファイバを他種ファイバと融着接続する場合には、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｅｘｐａｎｄｅｄ  Ｃｏｒｅ）技術を使用することができ、実質的に反射を無視できるレベルまで低減できる。このように、本発明は内部反射を極度に抑える必要がある用途においては、極めて有用であるとともに、安価に実現できる。
【実施例１】
【００２９】
以下、実施例により説明する。
【００３０】
実施例１は、図１(a)のように行なった。
図１(a)において、シングルモード光ファイバ１は、コア径＝２.５μｍ、コア屈折率＝１.４５１（１５５０ｎｍ）、ＮＡ＝０.１４、カットオフ波長＝９２０ｎｍのものを使用した。光ファイバ１はφ＝５０ｍｍ程度に１０周巻かれているが、曲げ半径や巻き数はこの限りではない。
【００３１】
リング状に巻かれたファイバをファイバ保持部２で挟むことにより、光ファイバを楕円状に変化させることで、減衰率を変化させることができた。
【００３２】
図６は対向するファイバ保持部２の距離Ｌを変化させたときの透過スペクトル特性を示している。距離Ｌが短くなるにつれて、損失が増大しており、光損失デバイスとして使用できた。
【００３３】
このように、保持部の距離Ｌを連続的に変化させることにより、所望の曲げ損失を容易に得ることができた。図１に示す光損失デバイスは両端に光コネクタを付けて使用したり、光装置内部に組込んだりして使用することもできる。
【実施例２】
【００３４】
図７は本発明をＡＳＥ光源に適用した第２の実施例を示している。また、図７中Ａ点におけるＡＳＥ光源の出力スペクトルを図８に示す。
【００３５】
干渉計用途のＡＳＥ光源は、図８中Ｃに示すようなガウス状の波形スペクトルが必要とされているとともに、干渉計の精度向上のため、ＡＳＥ光源の内部反射を極めて低く維持する必要がある。このため、反射を誘発する誘電体多層膜フィルタ等のスペクトル整形手段を用いることができない。
【００３６】
そこで、図７に示すように本発明による透過スペクトルの整形用ファイバ１（シングルモード光ファイバ：コア径＝２.５μｍ、コア屈折率＝１.４５１（１５５０ｎｍ）、ＮＡ＝０.１４、カットオフ波長＝９２０ｎｍ、保持部間距離ｄ＝４３ｍｍ）を配置することによって、図７中Ｂ点では、ガウス形状に近い左右対称な波長スペクトルを有するＡＳＥ光源が構築できた。
【実施例３】
【００３７】
図９は本発明を光増幅器に適用した場合の第３の実施例を示している。また図１０に図９中I点で測定したエルビウム添加光増幅器の利得スペクトル(入力信号パワー：０ｄＢｍ、励起光パワー２００ｍＷ、励起波長：９７８ｎｍ)を示す。
【００３８】
ここでは、長波長側での利得が極端に大きい光増幅器を例にとって説明するがその限りではない。光増幅器の増幅スペクトルは波長依存性が少ないことが要求されており、利得平坦化処理が必要である。本発明により、シングルモード光ファイバ１(コア径＝２.５μｍ、コア屈折率＝１.４５１（１５５０ｎｍ）、ＮＡ＝０.１４、カットオフ波長＝９２０ｎｍ)を曲げ半径Ｒ＝２５ｍｍ（巻数：５周）にてＥＤＦＡの出力端Iに配置することにより、図９中Ｊ点では平坦な利得を得ることができた（図１０）。
【００３９】
本発明は、特に長波長側の利得が極端に大きい光増幅器と組み合わせて使用することが望ましい。このように、利得平坦化手段が極めて安価な光ファイバであるため、誘電体多層膜フィルタやファイバブラックグレーティングを挿入することなく、低反射かつ安価な利得平坦が実現できた。
【００４０】
また、本発明は、光ファイバであるため、任意の箇所に適用できる。例えば、図９のＤ，Ｅ，Ｆに本発明を適用することにより、入力信号の波長透過特性を制御できる。また、増幅後の信号を平坦化する場合も、ＥＤＦＡ出力端Ｉに限らず、Ｇ，Ｈ点に本発明を適用することができるため、適用箇所に融通性が高い。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の光ファイバの形状を示す模式図である。
【図２】一般的なＥｒ添加ファイバのＡＳＥスペクトルを示すグラフである。
【図３】一般的な通信用ファイバの曲げ損失を示すグラフである。
【図４】本発明による光損失デバイスの形状の一つを示す模式図である。
【図５】本発明による光ファイバの曲げ損失を示すグラフである。
【図６】本発明による光ファイバの曲げ損失を示すグラフである。
【図７】本発明による第２の実施例を示す模式図である。
【図８】第２の実施例によって波長スペクトルを整形されたＡＳＥ光源のスペクトルを示すグラフである。
【図９】本発明による第３の実施例を示す模式図である。
【図１０】第３の実施例によって、利得スペクトルが平坦化された光増幅器の増幅特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１:本発明による光ファイバ
２:光ファイバ保持部
３，４:アイソレータ
５:励起光源
６，７:光合分波手段
８:増幅用光ファイバ
９:入力ポート
２１：一般的なＥｒ添加ファイバのＡＳＥスペクトル
２２：理想的なスペクトル形状
２３：スペクトルにおいて不要な部分
１０１：図９Ｉ点で測定した利得スペクトル
１０２：図９Ｊ点で測定した利得スペクトル
ｄ：ファイバの曲げ径
Ｌ：保持部２間の距離
Ｒ：ファイバの曲げ半径
Ａ：ＡＳＥ光源出力部
Ｂ：図７中Ａ点におけるＡＳＥ光源の出力スペクトル
Ｃ：干渉用光源に理想とされるガウス形状の利得スペクトル
Ｄ：ＥＤＦＡ入力端
Ｅ，Ｆ：ＥＤＦＡ入力途中接続部
Ｇ，Ｈ：ＥＤＦＡ出力途中接続部
Ｉ：ＥＤＦＡ出力端
Ｊ：ＥＤＦＡ出力端に本発明のファイバを接続した出力部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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