(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ（ＳｉＯ２）にゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされたコア層と、シリカ（ＳｉＯ２）にゲルマニウム（Ｇｅ）及びフッ素（Ｆ）がドープされた第１のクラッド層であって、前記コア層を被覆する第１のクラッド層と、シリカ（ＳｉＯ２）を成分とする第２クラッド層であって、前記第１のクラッド層を被覆する第２のクラッド層とを含む光ファイバと、前記光ファイバのコア層および前記第１のクラッド層の軸方向に沿った所定部位の屈折率が、紫外線の感光により、前記光ファイバの軸方向に沿った周期的変化として形成されているファイバグレーティング部と、を備え、前記コア層を伝搬する伝搬モードと前記第１のクラッド層を介して伝搬するクラッドモードとの間の結合係数を略０になるようにすると共に、前記コアを伝搬する伝搬モードにおける前記コア層から前記第１のクラッド層へ広がる電界分布が前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層の境界において略０になる値に設定したことを特徴とするファイバグレーティング型利得等化器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アンプ用利得等化器や光フィルタ等として利用されるファイバグレーティング型光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバグレーティング型光部品は、シングルモード光ファイバ（Single Mode optical Fiber :ＳＭＦ）と、このＳＭＦのコア層に対して紫外レーザ光を照射することによりファイバ軸方向に形成された屈折率の周期的変化であるファイバグレーティングとを備えている。
【０００３】
そして、この周期的変化が、その周期的変化部位を介して伝送される光信号の波長帯域と同一オーダである例えば１μｍオーダのファイバグレーティングを短周期グレーティング｛ファイバブラッググレーティング；Fiber Bragg Grating（ＦＢＧ）ともいう｝と呼び、また、上記光信号の波長帯域よりも非常に長波長である例えば１００μｍ〜数１００μｍのファイバグレーティングを長周期グレーティングと呼ぶ。
【０００４】
短周期グレーティングは、上記屈折率変化の周期に対応する特定の波長（ブラッグ条件を満足する波長）を反射し、上記光信号の進行方向（前方）とは反対の方向（後方）に伝搬させて進行方向への伝搬を阻止するフィルタ機能を有している。
【０００５】
この短周期グレーティングを利用した光アンプ用利得等化器は、ＥＤＦＡ（Erbium-doped Fiber Amplifier；エルビニウム添加光ファイバ増幅器）等の光ファイバ増幅器のＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission；増幅された自然放出光）抑制・除去や利得波長依存性を補償するためのフィルタデバイスとして、ＷＤＭ（Wavelength Divisional Multiplexing;波長分割多重）システム等の様々や光通信システムに利用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した利得等化器等の光機能部品においては、短周期グレーティング特有の問題であるクラッドモード結合損失が、短周期グレーティングにおける波長遮断帯域に対する短波長側の透過帯域に生じる。
【０００７】
上記クラッドモード結合損失とは、波長遮断帯域以外の波長帯域の光信号におけるコア層を伝搬する伝搬モードとファイバグレーティング部により反射された光信号におけるクラッド層を介して伝搬するクラッドモードとが結合することにより生じる損失である。
【０００８】
このクラッドモード結合損失のため、波長遮断帯域に対する短波長側の透過帯域の利得を低下させるという問題が生じていた。
【０００９】
したがって、短周期グレーティングを用いた光機能部品を設計・製作するにあたり、上記クラッドモード結合損失を考慮した設計・製作が必要になり、その設計・製作工程を複雑化していた。
【００１０】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、複雑な設計・製作工程を行なうことなくクラッドモード結合損失を低減することが可能なファイバグレーティング型利得等化器を提供することをその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様に係るファイバグレーティング型利得等化器は、シリカ（ＳｉＯ２）にゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされたコア層と、シリカ（ＳｉＯ２）にゲルマニウム（Ｇｅ）及びフッ素（Ｆ）がドープされた第１のクラッド層であって、前記コア層を被覆する第１のクラッド層と、シリカ（ＳｉＯ２）を成分とする第２クラッド層であって、前記第１のクラッド層を被覆する第２のクラッド層とを含む光ファイバと、前記光ファイバのコア層および前記第１のクラッド層の軸方向に沿った所定部位の屈折率が、紫外線の感光により、前記光ファイバの軸方向に沿った周期的変化として形成されているファイバグレーティング部と、を備え、前記コア層を伝搬する伝搬モードと前記第１のクラッド層を介して伝搬するクラッドモードとの間の結合係数を略０になるようにすると共に、前記コアを伝搬する伝搬モードにおける前記コア層から前記第１のクラッド層へ広がる電界分布が前記第１のクラッド層と前記第２のクラッドの境界において略０になる値に設定している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係わるファイバグレーティング型光部品１の概略構成を示す斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、ファイバグレーティング型光部品１は、光ファイバ２を備えている。
【００１５】
この光ファイバ２は、紫外線に感光するゲルマニウム（Ｇｅ；ゲルマニア（ＧｅＯ2と同義である））が石英ガラス（シリカ（ＳｉＯ2）ガラス）にドープ（添加）されて形成されており、例えば約１０μｍのモードフィールド径ｄ１を有するコア層３を備えている。なお、モードフィールド径とは、ファイバ内（コア層３内）の光の強度分布の広がりを表している。本実施形態では、モードフィールド径が約１０μｍのコア層３を有する光ファイバ２を用いたため、従来のＳＭＦと比べた損失を、略問題のない約０．０５ｄＢに抑えることができる。
【００１６】
また、光ファイバ２は、コア層３を被覆する第１のクラッド層４と、シリカにより形成されており、第１のクラッド層４を被覆する第２のクラッド層５とを備えている。
【００１７】
第１のクラッド層４は、シリカから成るシリカ層に上記ゲルマニウム、および紫外線に感光するフッ素（Ｆ）が共にドープ（コドープ）されて形成されている。
【００１８】
また、ファイバグレーティング型光部品１は、コア層３および第１のクラッド層４のファイバ軸方向に沿った所定部位（例えば、軸方向に沿った長さが約２０ｍｍ）に形成されたファイバグレーティング部１０を備えている。なお、上記ファイバグレーティング部１０のファイバ軸方向に沿った長さ（本実施形態では、２０ｍｍ）をグレーティング長と定義する。
【００１９】
このファイバグレーティング部１０は、コア層３および第１のクラッド層４の所定部位の屈折率のファイバの軸方向に沿った周期的変化、すなわち、高屈折率層および低屈折率層の周期構造であり、入射された光信号における上記屈折率周期に対応する波長遮断帯域の光信号を反射する機能を有している。
【００２０】
このファイバグレーティング部１０は次のように形成されている。すなわち、上記ゲルマニウムがドープされたコア層３、ゲルマニウムおよびフッ素がコドープされた第１のクラッド層４およびシリカ層である第２のクラッド層５から成る光ファイバ２に対して高圧水素処理を行う。
【００２１】
そして、高圧水素処理後の光ファイバ２におけるコア層３および第１のクラッド層４におけるファイバ軸方向に沿った所定部位（グレーティング長２０ｍｍ）に対して、ファイバ軸方向に対応する長手方向に沿って所定の微小変化率毎に変化する周期ピッチ毎に形成されたフェーズマスク（チャープドマスク）を介してアルゴン（Ａｒ）レーザにより紫外線を照射することにより形成されている。
【００２２】
なお、チャープドマスクは、その中心周期ピッチが光ファイバ２に入射される光の波長と同一オーダの短周期ピッチ１．０６６５μｍ、およびチャープ率が１３ｎｍ／ｃｍとなっている。
【００２３】
図１に示すように、ファイバグレーティング部１０の屈折率変化部位は、上記チャープドマスクに対応して、ファイバ軸方向に沿って、光ファイバ２に入射される光の波長と同一オーダの短周期ピッチで形成されている。
【００２４】
さらに、ファイバグレーティング部１０は、図１に示すように、上記チャープドマスクに対応して、その屈折率変化部位の短周期ピッチがファイバ軸方向に沿って所定の微小変化率毎に変化する、いわゆるチャープドグレーティングとして形成されており、最小の周期ピッチ（ΛSHORT）〜最大の周期ピッチ（ΛLARGE）となっている。
【００２５】
図２は、光ファイバ２の寸法および屈折率分布のプロファイル（一点鎖線で示す）を概略的に示す図である。
【００２６】
コア層３は、上記約１０μｍのモードフィールド径ｄ１を有しており、また、第１のクラッド層４は、後述するように、コア層３を伝搬する伝搬モードにおけるコア層３から第１のクラッド層４へ広がる電界分布がその第１のクラッド層４上で略０になる値として、コア径の１．５倍以上である約１５〜８０μｍのクラッド径ｄ２（コア層３を含む第１のクラッド層４の直径）を有している。さらに、第２のクラッド層５は、約１２５μｍのクラッド径ｄ３（コア層３および第１のクラッド層４を含む第２のクラッド層５の直径）を有している。
【００２７】
コア層３の屈折率および第１・第２のクラッド層４・５の屈折率は階段状（ステップ状）に変化しており、コア層３および第１のクラッド層４の比屈折率差△は、コア層３のモードフィールド径を大きくしながら、入射された光信号の波長帯域におけるパルス分散を抑制するために、例えば約０．３５％〜０．６％に設定されている。
【００２８】
また、第１のクラッド層４にドープされたゲルマニウムは、紫外線に対する感光によりドープされた層の屈折率を高める作用を有しており、第１のクラッド層４にゲルマニウムとコドープされたフッ素は、ゲルマニウムの屈折率上昇作用を相殺する屈折率低下作用を有している。このため、第１のクラッド層４の屈折率レベルは、図２に示すように、第２のクラッド層５の屈折率レベルと略同一となっている。
【００２９】
なお、上記比屈折率差△および屈折率レベルは、コア層３、第１のクラッド層４および第２のクラッド層５にそれぞれドープされるドープ材料の量により設定されている。
【００３０】
次に、本実施形態に係わるファイバグレーティング型光部品１の作用について説明する。
【００３１】
最初に、ファイバグレーティング型光部品１の波長遮断作用（フィルタ作用）について説明する。
【００３２】
ファイバグレーティング型光部品１において、光信号が図１中向かって左側から光ファイバ２のコア層３に入射すると、コア層３に入射した光信号におけるブラッグ反射条件に対応する波長帯域の光信号、すなわち、波長帯域λBS（＝ｎΛSHORT／２）〜λBL（＝ｎΛLARGE／２）の光信号は、対応する屈折率が異なる境界面（低屈折率層→高屈折率層の境界面）で反射する。
【００３３】
そして、隣接層からの反射光は干渉して互いに強め合い、結果として、上記波長帯域（波長遮断帯域）λBS〜λBL（＝ｎΛLARGE／２）の光信号は、ファイバグレーティング部１０を通過することなく、その通過が阻止されることになる。したがって、上記ファイバグレーティング部１０の周期ピッチ（ΛSHORT）〜周期ピッチ（ΛLARGE）を所望の値に設定することにより、所望の波長遮断帯域（透過損失帯域）を有するファイバグレーティング型光部品１として機能することができる。
【００３４】
次に、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１のクラッドモード結合損失低減作用について説明する。
【００３５】
図３は、従来の短周期ファイバグレーティング部が形成されたＳＭＦを用いたファイバグレーティング部品の比屈折率差（コア層とクラッド層との屈折率の差）のプロファイルを示す図である。また、図４（ａ）は、従来のＳＭＦ３０のコア層３１に形成されたチャープド短周期ファイバグレーティング部３２、このチャープド短周期ファイバグレーティング部３２におけるコア層伝搬モード（基本モードＬＰ01）の電界強度（ビーム）プロファイルＢＰ１およびクラッドモードフィールド分布ＢＰ２を示す図である。
【００３６】
ここで、基本モードＬＰ01とクラッドモードとの結合を表す結合係数κは、コア層３１に広がる基本モードＬＰ01の電界分布をＥLP01、コア層３１からクラッド層３３に広がる電界分布をＥcladおよび径方向に沿った屈折率変化率をΔｎ（ｒ）を用いて、下式（１）
【式１】
0003923364.tif 000002
で表される。但し、（θ、ｒ）は、ＳＭＦ３０のファイバグレーティング部３２における点を表す極座標であり、ｒは、コア中心軸からの距離、θは、積分方向の角度を表している。
【００３７】
すなわち、図４（ａ）に示す従来のＳＭＦ３０を用いたファイバグレーティング部品においては、ＳＭＦファイバ中を伝搬する光の電界分布はコア層３１（ＥLP01）だけでなくクラッド層３３（Ｅclad）まで広がっているため、コア層３１／クラッド層３３の界面において上記結合係数κに基づく回折が生じる。この回折により光（クラッドモード）の回折光のBragg条件を満足する波長帯域は、短周期グレーティング部３２における反射波長帯域（波長遮断帯域；例えば、１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍ）よりも短波長側にあるため、ファイバグレーティング特有の短波長側放射損失（クラッドモード結合損失）が現れる。
【００３８】
したがって、上記クラッドモード結合損失が短周期グレーティング部３２における反射波長帯域（波長遮断帯域；例えば、１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍ）に対する短波長側の透過帯域に生じる（図５の２点鎖線で囲んだ領域参照）。
【００３９】
これに対して、本実施形態における光ファイバ２のコア層３および第１のクラッド層４に形成されたファイバグレーティング部１０、このファイバグレーティング部１０におけるコア層伝搬モード（基本モードＬＰ01）の電界強度（ビーム）プロファイルＢＰ１０およびクラッドモードフィールド分布ＢＰ１１を図４（ｂ）に示す。
【００４０】
本実施形態では、コア層３に加えて、そのコア層３を被覆する第１のクラッド層４に対してゲルマニウムをドープし、さらに、その第１のクラッド層４のクラッド径ｄ２を、コア層３のコア径ｄ１の１．５倍以上に設定した状態で、コア層３および第１のクラッド層４に対してファイバグレーティング部１０を形成している。
【００４１】
すなわち、第１のクラッド層４のクラッド径ｄ２がコア層３のコア径ｄ１の１．５倍以上に設定されているため、図４（ｂ）に示すように、ファイバグレーティング部１０の基本モードＬＰ01におけるコア層３から第１のクラッド層４へ広がる電界分布がその第１のクラッド層４上で略０になる。
【００４２】
したがって、第２のクラッド層５に対する界面において上記電界分布は消滅し、上記（１）式に基づく結合係数κが０になる。
【００４３】
この結果、ファイバグレーティング型光部品１のクラッドモード結合損失を大幅に抑制することができ、図６に示すように、反射波長帯域（波長遮断帯域；例えば、１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍ）の短波長側において、従来生じていた透過損失を大幅に低減することができる。
【００４４】
図７は、上記ファイバグレーティング型光部品１を用いた光機能部品である利得等化器の波長損失特性を示す図であり、設計上限値〜設計下限値内において良好な特性が得られた。
【００４５】
以上述べたように、本実施形態においては、例えば第１のクラッド層４のクラッド径ｄ２をコア層３のコア径ｄ１の１．５倍以上に設定することにより、コア層３の基本モードＬＰ01とクラッドモードとの間の結合係数を略０にしている。
【００４６】
このため、短周期ファイバグレーティング型光部品特有のクラッドモード結合損失を大幅に抑制させることができ、上記クラッドモード結合損失に起因した反射波長帯域の短波長側の透過帯域における透過損失を大幅に低減することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第１のクラッド層４に対して、屈折率上昇用のドーパントであるゲルマニウムに加えて、ゲルマニウムの屈折率上昇作用を相殺する屈折率低下作用を有するドーパントであるフッ素をコドープしているため、第１のクラッド層４の屈折率レベルを、第２のクラッド層５の屈折率レベルと略同一に設定することができる。
【００４８】
したがって、第１および第２のクラッド層４および５間の結合損失発生を防止することができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態においては、第１のクラッド層４に、紫外線感光性を有し、かつ屈折率上昇作用を有するドーパントであるゲルマニウムに加えて、紫外線感光性を有し、かつゲルマニウムの屈折率上昇作用を相殺する屈折率低下作用を有するドーパントであるフッ素をコドープした。
【００５１】
また、本実施形態では、ファイバグレーティング部をチャープドファイバグレーティング部としたが、一定周期のグレーティング部であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係わるファイバグレーティング型利得等化器によれば、コア層の伝搬モードとクラッドモードとの間の結合係数を略０にすることができる。
【００５３】
したがって、ファイバグレーティング型光部品特有のクラッドモード結合損失を大幅に抑制させることができ、クラッドモード結合損失に起因した反射波長帯域の短波長側の透過帯域における透過損失を大幅に低減することができる。
【００５４】
よって、ファイバグレーティング型利得等化器を設計・製作するにあたり、クラッドモード結合損失を考慮した設計・製作が不用になり、グレーティング型利得等化器の設計・製作工程を簡略化して、その製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるファイバグレーティング型光部品の概略構成を示す斜視図。
【図２】図１に示す光ファイバの寸法および屈折率分布のプロファイルを概略的に示す図。
【図３】従来の短周期ファイバグレーティング部が形成されたシングルモード光ファイバを用いたファイバグレーティング部品の比屈折率差のプロファイルを示す図。
【図４】（ａ）は、従来のシングルモード光ファイバのコア層に形成されたチャープド短周期ファイバグレーティング部、このチャープド短周期ファイバグレーティング部におけるコア層伝搬モードの電界強度プロファイル等を示す図であり、（ｂ）は、本実施形態における光ファイバのコア層および第１のクラッド層に形成されたファイバグレーティング部、このファイバグレーティング部におけるコア層伝搬モードの電界強度プロファイル等を示す図。
【図５】従来のシングルモード光ファイバを用いたグレーティング型光部品における波長損失特性およびクラッドモード結合損失を示すグラフ。
【図６】本実施形態のファイバグレーティング型光部品における波長損失特性を示すグラフ。
【図７】本実施形態のファイバグレーティング型光部品を用いた光機能部品である利得等化器の波長損失特性を示す図。
【符号の説明】
１：グレーティング型光部品
２：光ファイバ
３：コア層
４：第１のクラッド層
５：第２のクラッド層
１０：ファイバグレーティング部
【図１】
0003923364.tif 000003
【図２】
0003923364.tif 000004
【図３】
0003923364.tif 000005
【図４】
0003923364.tif 000006
【図５】
0003923364.tif 000007
【図６】
0003923364.tif 000008
【図７】
0003923364.tif 000009