JPH05299733A - 希土類元素添加マルチコアファイバ及びそれを用いた光増幅器 - Google Patents

希土類元素添加マルチコアファイバ及びそれを用いた光増幅器

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JPH05299733A
JPH05299733A JP4096618A JP9661892A JPH05299733A JP H05299733 A JPH05299733 A JP H05299733A JP 4096618 A JP4096618 A JP 4096618A JP 9661892 A JP9661892 A JP 9661892A JP H05299733 A JPH05299733 A JP H05299733A
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    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力増幅が行えるマルチコアファイバ及びそ
の光増幅器を提供する。 【構成】 低屈折率のクラッド3内に、希土類元素を含
んだ高屈折率のコア2を複数個設けた希土類元素添加マ
ルチコアファイバ1であり、低屈折率のクラッド3内
に、希土類元素を含んだ高屈折率のコア2を複数個設け
て希土類元素添加マルチコアファイバ1を形成し、その
コアファイバ1の入力側に、励起光をそのファイバ内へ
伝送させる光分波器10を接続し、出力側に光スターカ
プラ10を接続した光ファイバ増幅器である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低屈折率のクラッド内
にEr,Ndなどの希土類元素を含んだコアが複数個設
けた希土類添加マルチコアファイバ及びそれを用いた光
増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバのコア内にEr(エル
ビウム),Nd(ネオジム),Pr(プラセオジム)な
どの希土類元素を添加し、その光ファイバに、添加した
希土類元素に固有の吸収特性をもつ励起光を励起するこ
とによって、信号光を増幅する光ファイバ増幅器の研究
開発が活発化してきた。
【0003】図11は、従来の光ファイバ増幅器の構成
例を示したものである。
【0004】これは、波長1.5μm帯の信号光を矢印
20,21に示すようErを添加した光ファイバ22の
コア内を伝搬させると共に、その途中から光方向性結合
器23を介して波長1.47μm(あるいは0.98μ
m)の励起用半導体レーザ24を駆動回路25で駆動し
て、その励起光も光ファイバ22に伝搬させることによ
り、反転分布状態を実現し、それにより上記信号光を数
百倍から1万倍程度に増幅する作用をもったものであ
る。出力側の光フィルタは増幅された信号光の中に含ま
れる励起用半導体レーザの光を除去するための機能をも
ったものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバ増幅器には次のような解決しなければならな
い課題が残されている。
【0006】(1) コア内へ入射する信号光の電力が+1
0dBm以上になると増幅度が急激に低下してくる。す
なわち出力側に大きな光電力を得ることが難しい。
【0007】(2) 従って、信号光を数十以上に分配する
いわゆる分配システムを実現することが難しい。
【0008】(3) コア内へ入射した励起光は効率良く増
幅器用として寄与せず、かなりの励起光が出力側の光方
向性結合器より排出され、不経済である。
【0009】そこで、本発明の目的は、前記した従来技
術の欠点を解消し、電力増幅が行え、結果的に電力伝送
及び分配伝送システムを実現できると共に励起光を効率
よく使える希土類添加マルチコアファイバ及びそれを用
いた光増幅器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、低屈折率のクラッド内に、希土類元素を含
んだ高屈折率のコアを複数個設けた希土類元素添加マル
チコアファイバである。高屈折率のコアは、この外周を
予め低屈折率の被覆用クラッドで被覆してクラッド内に
設けてもまたクラッド及びコアを、その入力側から出力
側に向けてテーパ状に大口径化させてもよい。また本発
明は、低屈折率のクラッド内に、希土類元素を含んだ高
屈折率のコアを複数個設けて希土類元素添加マルチコア
ファイバを形成し、そのコアファイバの入力側に、励起
光をそのファイバ内へ伝送させる光分波器を接続し、出
力側に光スターカプラを接続した光ファイバ増幅器であ
る。
【0011】
【作用】上記構成によれば、クラッド内のコアの数量が
従来に比べてN倍に増えているので、出力側に大きな光
電力を得ることができ、その結果入力側に光分波器を接
続し、出力側に光スターカプラを接続することでスター
状に数十の光電力を分配して伝搬することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
【0013】図1は本発明の第1実施例を示すものであ
る。
【0014】図1は、低屈折率nc1のクラッド3内に希
土類元素を含んだ屈折率nw (nw >nc1)のコア2が
49個配置された希土類元素添加マルチコアファイバ1
を示している。図1(a)は、そのファイバ1の正面
図、図1(b)は、そのファイバ1の側面図すなわち端
面図を示したものである。
【0015】希土類元素としてはEr(エルビウム)以
外に、Nd(ネオジム),Pr(プラセオジム),Sm
(サマリウム),Tm(ツリウム),Yb(イッテルビ
ウム),Ce(セリウム),Ho(ホルミウム)などを
少なくとも1種含んだものを用いることができる。また
これらコア2はSiO2 系を主成分としたガラスで構成
され、希土類元素以外に、屈折率制御用添加物として
P,Ge,Al,Crなどを少なくとも1種含んだもの
を用いる。クラッド3はSiO2 あるいはSiO2 に
F,B,Pなどの屈折率制御用添加物を少なくとも1種
含んだものを用いる。ここで比屈折率差Δ(=(nw −
nc1)÷nw ×100%)は0.数%から数%の範囲か
ら選ばれる。
【0016】コア2の形状は円形状,あるいは楕円形
状,多角形状などのいずれの構造でもよい。直径は1μ
mから数μmの範囲が好ましいが、それぞれのコア2は
シングルモード伝送条件を満足するようにΔ及び直径が
選定される。すなわち、
【0017】
【数1】
【0018】ただし、λ:伝送する信号光の波長 a:コア2の直径 を満足するように,a,nw ,Δの値が選定される。
【0019】また、図1の希土類元素添加マルチコアフ
ァイバ1は次のようにして作ることができる。すなわち
従来の希土類元素添加ファイバを多数本束ねて石英ガラ
ス管内に入れ、上記石英ガラス管、あるいは予め石英ガ
ラス管を融着したものを加熱源で溶融して線引きするこ
とによって得ることができる。この工程は少なくとも1
回行なわれ、回数が多い程、コア2内の希土類元素が原
子状態に近い状態で含有されることになり、これは、従
来問題になっていた希土類元素を多量に入れた場合の濃
度消光による増幅度の低下現象を回避することができる
という特長につながる。上記多数本の希土類元素添加フ
ァイバのクラッドはお互いに融着されて一体化したクラ
ッド3となる。
【0020】図2は本発明の第2実施例を示したもので
ある。
【0021】これは図1の場合に比し、希土類元素添加
コア2のサイズを大きくしてクラッド3内における上記
コア2の面積を広くすることにより、信号光および励起
光をたくさん伝搬させ、大電力伝送を行わせるようにし
たものである。
【0022】図3は本発明の第3実施例を示したもので
ある。
【0023】これはクラッド3内の希土類元素添加コア
2の外周に屈折率nc2(nc2<nw ,nc2>nc1あるい
はnc2≦nc1)の被覆用クラッド4を設けた構造であ
る。nc2>nc1あるいはnc2≦nc1のように屈折率の関
係を選定することにより、コア2内への光の閉じ込めを
強めると共に、被覆用クラッド4とクラッド3との界面
不整による散乱損失の低減を図っている。
【0024】図4は本発明の第4実施例を示したもので
ある。
【0025】これは、被覆用クラッド4の厚みを薄く
し、希土類添加コア2の直径を大きくすることにより、
信号光および励起光をより多く上記コア2内に伝搬させ
るようにしたものである。その結果、大電力の信号光の
伝送を可能にしたものである。
【0026】図5は本発明の第5実施例を示したもので
ある。
【0027】本例は、コア2とクラッド3を、図5
(b)に示す入力側6から図5(c)に示す出力側7に
向けて図5(a)に示すようにテーパ状に大口径化した
構造のテーパ型希土類元素添加マルチコアファイバ5と
したものである。これにより、出力側7から反射した光
は入力側に戻ってくるのが抑圧される。すなわち光アイ
ソレータ機能をもつので、光ファイバ増幅器を構成する
上で極めて有利なファイバ構造である。
【0028】図6は希土類元素添加マルチコアファイバ
1のシステム応用例を示したものである。
【0029】これは光分波器10を介して希土類元素添
加マルチコアファイバ1に入射する矢印8で示す信号光
を電力増幅し、その増幅した信号光を1入力M出力の1
×M型光スターカプラ11で電力分配し、それぞれの出
力側より矢印12−1,12−2,…12−Mのごとく
分配光を出力させるようにした構成である。
【0030】この場合例えば、希土類元素添加マルチコ
アファイバ1にErを添加したマルチコアファイバを用
い、矢印8より入射する信号光には波長1.,5μm帯
を用いる。矢印9で示す励起光には波長1.48μm
(あるいは0.98μm)を用いる。光分波器10は、
信号光はそのまま通過させ、励起光は分波させられ、い
ずれの光も希土類元素添加マルチコアファイバ1内に入
射されて伝搬する。そして信号光は電力増幅され、1×
M型光スターカプラ11内へ入射される。1×M型光ス
ターカプラ11は上記電力増幅された信号光をM等分に
分配し、それぞれの出力側から矢印、12−1,12−
2,12−Mのごとく分配して出力される。これは前述
したように、増幅された信号光をたくさんの端末側へ電
力分配するシステムとして有効である。
【0031】図7もシステム応用例を示したものであ
り、テーパ型希土類元素添加マルチコアファイバ5を用
いて光アイソレータ機能をもった電力分配システムとし
て有効な構成である。この構成にしておけば例えば、分
配光取り出し端側からの反射光は、テーパ型希土類元素
添加マルチコアファイバ5内を伝搬することにより、コ
ア2以外へ放射され、入力端側へは戻ってこないような
構成となっている。
【0032】なお図6及び図7において、光分波器10
及び1×M型光スターカプラ11は光ファイバ構造のも
ののほか、光導波路構造で構成してもよい。
【0033】また図6,図7の構成において、希土類元
素添加マルチコアファイバ1(あるいはテーパ型希土類
元素マルチコアファイバ5)と1×M型光スターカプラ
11との間に、図8,図9に示すように光アイソレータ
13を挿入すると、より安定した電力増幅を実現するこ
とができる。
【0034】なお図6及び図7において、希土類元素添
加マルチコアファイバ1(あるいはテーパ型希土類元素
添加マルチコアファイバ5)と1×M型光スターカプラ
の間に光分波器10を挿入し、残存している励起光を取
り除くようにすると、より低雑音の光増幅器を実現する
ことができる。また上記構成で、励起光の入射させる位
置は信号光の伝搬方向と同方向のいわゆる前方励起(図
6)の場合と、信号光の伝搬方向と逆方向のいわゆる後
方励起(図示せず)のどちらでもよい。
【0035】また、図10に示すように、希土類元素を
含んだコア2をクラッド3の中央部付近に集中させて分
布するよにしておくと、図6の実施例で示したような光
分波器10との接続が容易となる。すなわち、光分波器
10の出射側は通常のシングルモードファイバ(コア径
10μm,クラッド径125μm)で構成されているた
め、図10のクラッド3の外径も125μmとし、希土
類元素添加コアの集中している領域14も外径10μm
近くになるようにしておけば、それぞれのコア2内へ光
を効率良く結合させることができる。なお、本発明の希
土類元素添加マルチコアファイバ1の材質は、先に述べ
たSiO2系のガラス以外に、リン酸塩系ガラス,フッ
化物系ガラスなどを用いてもよいことは言うまでもない
ことである。また、本発明の希土類元素添加マルチコア
ファイバ1は、シングルモード伝送用以外に、式(1) で
示したV値が2.405 以上のマルチモード伝送用のもので
あってもよい。このようなファイバを用いると、図6〜
図9に示したようなシステムを現状の光スターカプラ1
1を用いて容易に構成することができ、光LANシステ
ムに好適となる。
【0036】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、本発明は
次のような効果がある。
【0037】(1) 希土類元素添加マルチコアファイバの
出力側に従来よりもN倍も大きい大電力の信号光を取り
出すことができる。すなわち電力増幅器として応用する
ことができる。
【0038】(2) 電力増幅器として用いることができる
から、信号光を数十以上に分配する、いわゆる多分配シ
ステムを実現することができ、経済的なシステムを構築
することができる。
【0039】(3) 励起光を有効に使うことができ、より
経済的なシステムを構築することができる。
【0040】(4) テーパ型希土類元素添加マルチコアフ
ァイバを用いて光電力増幅器を構成することにより、出
力側からの反射光を抑圧する、いわゆる光アイソレータ
機能を持たせることができ、より低雑音の光増幅器を実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す図である。
【図3】本発明の第3実施例を示す図である。
【図4】本発明の第4実施例を示す図である。
【図5】本発明の第5実施例を示す図である。
【図6】本発明のシステム応用を示す図である。
【図7】本発明の別のシステム応用を示す図である。
【図8】図6の変形例を示す図である。
【図9】図7の変形例を示す図である。
【図10】本発明の第6実施例を示す図である。
【図11】従来例を示す図である。
【符号の説明】
1,5 希土類元素添加マルチコアファイバ 2 希土類元素添加コア 3 クラッド 10 光分波器 11 光スターカプラ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低屈折率のクラッド内に、希土類元素を
    含んだ高屈折率のコアを複数個設けたことを特徴とする
    希土類元素添加マルチコアファイバ。
  2. 【請求項2】 希土類元素を含んだ高屈折率のコアの外
    周を低屈折率の被覆用クラッドで被覆し、この被覆用ク
    ラッドで被覆した高屈折率のコアを低屈折率のクラッド
    内に複数個設けたことを特徴とする希土類元素添加マル
    チコアファイバ。
  3. 【請求項3】 クラッド及びコアを、その入力側から出
    力側に向けてテーパ状に大口径化させたことを特徴とす
    る請求項1又は2の希土類元素添加マルチコアファイ
    バ。
  4. 【請求項4】 低屈折率のクラッド内に、希土類元素を
    含んだ高屈折率のコアを複数個設けて希土類元素添加マ
    ルチコアファイバを形成し、そのコアファイバの入力側
    に、励起光をそのファイバ内へ伝送させる光分波器を接
    続し、出力側に光スターカプラを接続したことを特徴と
    する光ファイバ増幅器。
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