JPH03179404A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、低漏話特性を実現することかできる光合分波
器に関するものである。

［従来の技術］ 光フアイバ通信の発展に伴い、１本の光ファイバを用い
、双方向伝送、異種信号の同時伝送など、経済的で拡張
性に富んだシステムの椙築が可能な波長分割多重伝送が
注目されるようになってきた。このシステムでは、波長
の異なる光信号を合波あるいは分波する役目を担う光合
分波器が不可欠である。

従来、光合分波器としては、第６図の如くプズムａ、レ
ンズｂ、誘電体多層膜フィルタＣ等個別部品を組み合わ
せた個別部品組合せ型光合波８ｄや、第７図の如く２本
の光ファイバｅを望の長さだけ融着結合させて方向性結
合器ｆをり、この方向性結合器の波長依存性を利用した
合分波器や、更には第８図の（ａ）　、　（ｆｌの如く
ガラス導波路ｎ４造で方向性結合器ｇを構成し、の波長
依σ性を利用した光合分波器等が検討さｊていた。

Ｅ発明が解決しようとする課題］ しかし、ｂＹ：来の個別部品組合せ型光合分波器（第６
図）においては、部品間の光軸ずれやフｌネル反肘によ
る損失、各部品の吸収及び敗乱損うなどによる損失が大
きいという問題点や、組み１て及び加工費が高くつくと
いった問題点がある。

また、光ファイバを用いた方向性結合器型光く分波８（
第７図）及びガラス導波路で構成したブ向性結合型光合
分波器（第８図）においては、す向性結合器１個では波
長間のアイソレーションを大きく取れないために、漏話
の問題がある。そのために、方向性結合器を縦続接続し
て用いる必要があるが、通過損失の増大を招くという問
題点があった。

本発明の目的は、前期した従来技術の問題点を解消し、
低損失、低漏話特性を有する光合分波器を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段コ 本発明の光合分波器は、波長λ１及びλ２の光信号を分
波する回路として方向性結合器を用い、該方向性結合器
の光伝搬部であるコア内に、どちらか一方の波長に対し
て吸収及び蛍光特性を有する希土類元素を添加すると共
に、上記一方の波長の光信号が分波されるコアに、出力
側より、当該一方の波長の光信号を増幅させるため励起
光を伝搬させた構成のものである。

この光合分波器は、樺波８構造あるいは光ファイバで構
成することができ、上記コアは、コア内に少なくともＩ
Ｎの希土類元素と屈折率制御用添加物とを含んだＳ１０
□ガラス或いは透明の合成高分子重合体から構成できる
。また、上記波長λ１及びλ２としては、１．３μｍ帯
がち１波長を１．５５μｍ帯から１波長を用いることが
できる。光合分波器は、励起用光送信部、信号光伝送用
送信部、信号光受信用光受信部を一体化して、光合分波
モジュールの形とすることができる。

［作用］ 方向性結合器の光の伝搬する部分であるコア内に、λ１
及びλ２のどちらかの波長、例えばλ１に対して吸収及
び螢光特性を示す希土類元素を添加し、波長λ１の光信
号が分波された出力側より伝搬させておくと、分波され
た波長λ１の光信号は増幅され、逆に、波長λ２の光信
号が分波された出力側への波長λ１の光信号の漏れ込み
は、希土類元素で吸収されて低減される。

上記作用は、次のような原理に基づいたものである。

第９図（ａ）及び（ｂ）は、シングルモード光ファイバ
のコア内にネオジムＮｄを添加した場合及びエルビウム
Ｅｒを添加した場合の吸収及び螢光特性の従来例を示し
たものである。これらの図は、シー・ニー・ミラー氏（
ＣＡ　Ｈｉｌｌａｒ）の文献（半専体レーザー増幅器と
アクティブファイバ増幅器のショートコース、パート２
のファイバ増幅器、オーエフシー８９、ハウストン、１
９８９年２月６日、ＣＡ　Ｍｉｌｌａｒ：　ＯＦＣ８９
５ｈｏｒｔ　ｃｏｕｒｃｅ　ｏｎ　　ｓｅｔｍ　ｉ　−
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　Ｌａ５ｅｒ　　Ａｌｐｌｉｆｉ
ｅｒｓ　　ａｎｄ　　Ａｃｔｉｖｅ　　ＦｉｂｒｅＡｌ
ｌｌ）ＩｉｆｉｅｒＳ”　、　Ｐａｒｔ２−　　’Ｆｉ
ｂｒｅ　　Ａｎ＋ｐｌｉｆｉｅｒｓ’Ｈｏｕｓｔｏｎ　
、　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　６ｔｈ’、１９８９　）がら引
用したものである。

波長λ１及びλ２として　１．３μｍ及び１．５５μｍ
帯を用いたとすると、第９図（ａ）及び（１））に示す
ように、吸収特性は図（ａ）では１゜３μｍ帯に、図（
ｂ）では１．５５μｍ帯に存在する。従って、この吸収
特性を利用すれば、非希望光が漏洩してきた出力側では
、上記希土類元素によって、該非希望光は減衰する。他
方、希望光が取り出せる出力（ｌＩＩＩに励起光を伝送
させるようにすれば、反転分布が生じ、誘導放出により
希望光は増幅されることになる。

尚、ここでいう光合分波器とは、光を分波１合成或いは
その両方を行う回路を総称したものである。

［実施例］ 以下、本発明の光合分波器を図示の実施例に基づいて説
明する。

第１図の（ａ）は光合分波器の開面を、（ｂ）はそのＡ
−Ａ［！ｙｒ面をそれぞれ示したものであり、樽波路構
造で構成された２波長分波用の光合分波器に関するもの
である。

基板１のＪ二にバッファＮ２（屈折率ｎｂ）が形成され
、このバッファ層２の上に、光信号を伝搬させるカイト
、すなわちコア３１〜３５が形成されている。このうち
コア３１．３２とコア３３゜３４とは方向性結合器８で
結合され、また、コア３４には方向性結合器９によりコ
ア３５が結合されている。そして、上記バッファ層２及
びコア３１〜３５を含め全体がクラッド４で被覆されて
いる。

今、波長λ、　　（１，３μｍ）及びλ、　　＜１．５
５μｍ）の波長多重光信号５を矢印の如くコア３１内へ
入射させ、次いで方向性結合配器８により、波長λ、と
λ２の光信号を分波させ、波長λ、　　（１，３μｍ）
の光信号６１はコア３３内をｆ云撤させて、分波光信号
６３として取り出す。また、波長λ２（１，５５μｍ）
の光信号６２はコア３４内を伝搬させて、分波光信号６
４として取り出す。

ここで、コア３１〜３４内には、希土類元素（この実施
例の場合はＥｒ）が添加されている。

そのため、これらのコア内を伝搬する波長１．５５μｍ
帯の光信号６１．６２は、Ｅ「イオンに吸収されて減衰
を生ずる。

上記のように、方向性結合器８によって、波長１．３μ
ｍの光信号６１と波長１，５５μｍの光信号６２とにそ
れぞれ分波されるが、従来のように希土類元素を添加し
ていない構成では、コア３３方向へは非希望光である波
長１，５５μｍの光信号６２が洩れて伝搬し、またコア
３４方向へは非希望光である波長１，３μｍの光信号６
１が洩れて伝搬し、それぞれに漏話の原因になっていた
。

ところが本発明では、コア内にはＥｒイオンが添加され
ているので、コア３３方向へ漏洩した波長１．５５μｍ
の非希望光は、コア３３内を伝搬して行くにつれて、Ｅ
「イオンに吸収されて減衰する。

従って分波光信号６３として希望光の光信号６１（波長
１．３μｍ）が純度高く取り出される。

また、コア３４方向へ伝搬する希望光の光信号６２（波
長１．５５μｍ）も、Ｅ「イオンによって吸収され減衰
することになる。そこで、このコア３４方向へ伝搬する
希望光の減衰を避けるために、コア３５内に波長１．４
８μｍの励起光７を矢印７１方向に入肘させ、方向性結
合器９を通して矢印７２及び７３方向へ伝搬させること
により、希土類元素の吸収による反転分布状態を形成し
ておく。

このような構成にしておくと、コア３４内を伝搬して行
く希望光の信号光６２は、逆に、誘専放出により増幅さ
れる。従って、分波光信号６４として取り出される光信
号は、希望光と非希望光の振幅比か極めて大きな値のも
のになる。即ち、分波光信号６３及び６４の両者共に純
度の高い希望光を取り出すことができ、低漏話特性を期
待することができる。

尚、矢印７１方向へ励振された励起光７は、コア３３方
向へは殆ど伝搬して行がないので、上記のような効果を
期待することができるものである。

第１図の構成において、基板１にはｓｉ、ガラス、サフ
ァイヤ、ＬｉＮｂＯ５、ＧａＡｓなどを用いることがで
きる。

バッファ層２は、コア３１〜３５内を伝搬している光が
基板１測へ洩れたり減衰したりするのを緩和させるため
のものであり、バッファ層２の屈折率Ｎｂはコアのそれ
よりも低い値に選ばれている。その材質は、５ｉｎ２，
５ｉｎ２に屈折率制御用添加物（Ｂ、Ｐ、Ｆ、Ｇｅ、Ｐ
、Ａｊ！等）を少なくとも１種含んだものや、透明な合
成高分子重合体などを用いることができる。

コア３１〜３５は、略矩形状又は略円形状の構造を有し
ており、Ｅｒイオン以外のＹｂ　、Ｈｏ等の希土類元素
イオン及び上記屈折率制御用添加物を少なくとも１種類
含んだＳｉＯ□、高分子重合体などを用いて構成される
。

クランド４は、コア３１〜３５の屈折率よりも低い屈折
率の材料が用いられ、Ｓ　ｉＯ２や。

Ｓ　ｉ　Ｏ２に屈折率制御用添加物を少なくとも１種富
んだしのや、高分子重合体などで構成される。

方向性結合８つは、波長１．４８μｍの励起光７を結合
させ、波長１．５５μｍの光信号６２を結合させない構
成になっており、これはｆｆｊ来の波長選択型方向性結
合器としてよく知られたもので実現することができる。

第２図は、本発明の光合分波器の別の実施例であり、（
ａ）は光合分波器の側面を、ｆｂ）はそのＡＡ断面を示
したものである。

これは、コア３１〜３４内にＮｄイオンを添加した４４
５合の実施例であり、励起光７は方向性結合器１０によ
りコア３３の方に結合されている。コア内にＮｄイオン
が添加されていると、励起光７か伝搬していない場合に
は波長１．３μｍ帯の光信号６１は吸収されるだけとな
るが、励起光７を伝搬させると波長１．３μｍシけの光
信号６１は増幅される。コア３１〜３４内にはＮｄイオ
ン以外に、増感剤としてＦイオンを含ませるとより好ま
しい増幅作用を期待することができる。

第２図のように構成した場合、コア３４方向へ漏洩して
いた波長１．３μｍの非希望光はコア３４内のＮｄイオ
ンに吸収されて滅表し、このため分波光信号６４として
波長１，５５μｍの光１菖号６２が純度高く取り出され
る。また、コア３３の方向へは、励起光７が矢印７１．
７２．７３方向へ伝搬によって、波長１．３μｍの光信
号６１が増幅され、分波光ｔＳ号６３として取り出され
る。

第３図は本発明の光合分波器の更に別の実施例を示した
ものである。

これは導波路の代わりに、光ファイバで構成したもので
ある。即ち、Ｅｒを添加した光フアイバ型方向性結合器
１１の出力端子の一方に、同じくＥｒを添加した光フア
イバ型方向性結合器１２の入力端子の１つを接続し、光
フアイバ型方向性結合器１１の出力端子の他方にはＥｒ
を添加した光ファイバ１３を接続した構成である。各部
品間は融着部分１４１，１４２により融着接続されてい
る。光ファイバで構成した場合の利点は、上記接続が容
易であるという意思外に、光ファイバの長さを比較的自
由に選べるので、希望光の増幅率。

井痛望光の減衰率を調整することができ、低損失＃、＋
を性及び低漏話特性を容易に達成することが可能なこと
である。

第４図は、上記第１図の構造の光合分波器において、コ
ア３１に光ファイバ１５を、コア３３に波長１．３μｍ
の信号光の受信用光受信部１７を。

コア３４に波長１．５５μｍの信号光の送信用光送信部
１６を、そしてコア３５に励起用光送信部１８を取り１
・Ｙけて、いわゆる光合分波モジュールを横或した実施
例である。

本発明は上記実施例に限定されない。

先ず、波長１．３μｍ帯の場合は１．２８〜１．５８μ
ｍの範囲から、また波長１．５５μｍ帯の場合は１，５
２〜１．５８μｍの範囲から選ぶことができる。更に、
励起光の波長もＥｒを添加した場合には、０．８３．ｕ
ｍ’＋：ｒ’　＋　Ｏ１９μｍ帯、　１．４８μｍ帯の
中から±１０％の範囲で選ばれる。またＮｄを添加した
場合にも０，８３μｍ帯、０．９１ｔｍ帯の中から±１
０％の範囲で選ばれる。

本発明の光合分波器は双方向伝送システムに適用するこ
とができる。

その−例を第５図に示す。これは第４図の光合波モジュ
ールで構成した局Ａと上記第２図を基本とする光合波モ
ジュール２１で構成した局Ｂを光ファイバ伝送路２０で
接続し、波長１，５５μｍと波長１．３μｍの光信号を
双方向伝送させる装置の構成例を示したものである。局
Ａを構成する光合分波モジュール１９測゛では励起光と
して１．４８μｍが使用され、波長１．５５μｍの光信
号が増幅されて、光合分波モジュール２１（Ｉ！ｌＩへ
送られる。逆に、局Ｂを構成する光合分波モジュール２
１測では励起光として０．８３μｍがｆ史ｍされ、波長
１．３μｍの光信号が増幅されて、光合分波モジュール
１９ｆｌｌｌへ送られる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明は、２つの波長λ１４ 及びλ２の光信号を分波する回路として方向性結合器を
用い、該方向性結合器の光の伝搬する部分であるコア内
に、どちらかの波長、例えばλ１に対して吸収及び螢光
特性を示す希土類元素を添加し、λ１の光信号か分波さ
れた出力四より、該λ１の光信号を増幅させるための励
起光を伝搬させてλ１の光信号を増幅させ、逆にλ２の
光ＩＪｉ号が分波された出力師１へＪｌｌれ込んだＪ１
希望光λ１の光信号を該希土類元素で吸収させて低減さ
せるようにしたものである。その結果、低損失及び低漏
話↑、＋ｉ性を実現できることができる。また、小形１
ヒも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はそれぞれ本発明の実施例を示すもので
、第１図はコアにＥｒイオンを添加した樽波路構造の光
合分波器を示す図、第２図はコアにＥｄイオンを添加し
た樽波路相造の光合分波器を示す図、第３図は光ファイ
バで構成した合分波器を示す図、第４図は光合分波器モ
ジュールとした実施例を示した図、第５図は本発明の合
分波器を用いた双方向伝送システムの概略図、第６図〜
第８図はそれぞれ従来の合分波器を示す図、第９図はコ
アに希土類元素を添加したシングルモード光ファイバの
吸収と蛍光特性を増幅及び発振波長領域と励起光源の波
長領域とで示した従来の特性図である。 図中、１は基板、２はバッファ層、３１〜３５はコア、
４はクランド、５は矢印（波長多重光信号）、７は励起
光、８．９．１０は方向性結合器、１１　１２は希土類
元素を添加した方向性結合器、１３は希土類元素を添加
した光ファイバ、１５は光ファイバ、１６は信号光伝送
用光送信部、１７は信号光受信用光受信部、１８は励起
用光送信部、１９．２１は光合分波モジュール、２０は
光フアイバ伝送路６３は１．３μｍの分波光信号、６４
は１．５５μｍの分波光信号を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、波長λ１及びλ２の光信号を分波する回路として方
   向性結合器を用い、該方向性結合器の光伝搬部であるコ
   ア内に、どちらか一方の波長に対して吸収及び蛍光特性
   を有する希土類元素を添加すると共に、上記一方の波長
   の光信号が分波されるコアに、出力側より、当該一方の
   波長の光信号を増幅させるため励起光を伝搬させたこと
   を特徴とする光合分波器。 ２、請求項１記載の光合分波器を導波路構造あるいは光
   ファイバで構成したことを特徴とする光合分波器。 ３、請求項１又は２記載の光合分波器において、上記コ
   アが、コア内に少なくとも１種の希土類元素と屈折率制
   御用添加物とを含んだ ＳｉＯ＿２ガラス或いは透明の合成高分子重合体からな
   ることを特徴とする光合分波器。 ４、請求項１記載の光合分波器において、波長λ１及び
   λ２として、１．３μｍ帯から１波長を、１．５５μｍ
   帯から１波長を用いたことを特徴とする光合分波器。 ５、請求項２記載の光合分波器に、励起用光送信部、信
   号光伝送用送信部、信号光受信用光受信部を一体化した
   ことを特徴とする光合分波器。