JPH06337324A - 光合波分波用光ファイバカプラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ファイバアンプの偏光特性を向上させ、それ
によって位相補償器において制御すべき範囲を小さくす
ることができ、安定した光出力を得ることができ、シス
テム全体の安定性の向上を図り、定偏波ソリトン伝送に
おける中継用増幅器における合波分波用素子として利用
することのできる、光ファイバカプラ及びその製造方法
を提供する。 【構成】 光ファイバカプラは、偏波保存光ファイバ１
を所定形状にまで細径化し、そして偏波面方向を平行に
揃えてその細径化部を溶融延伸して形成される。この光
ファイバカプラは、偏波特性を有し、且つ少なくとも二
つの特定の波長の光に対する分岐比が略１００／０とさ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏波保存光ファイバを
用いた光合波分波用光ファイバカプラ及びその製造方法
に関するものである。本発明の光ファイバカプラは、コ
ヒーレント通信などの偏波が制御された条件で用いる増
幅器（ファイバアンプ）における信号光と励起光を合波
分波する素子、或は、定偏波ソリトン伝送における中継
用増幅器における合波分波用素子として利用することが
できる。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムにおいては、光分岐に伴
う信号レベルの低下を補償するために、光増幅技術の重
要性が益々高くなっている。コヒーレント通信などの偏
波が制御された条件で用いる増幅器（ファイバアンプ）
には、信号光と励起光を合波分波する素子を入力、出力
端に設けた希土類元素ドープファイバアンプが利用さ
れ、１．５μｍ帯の光の増幅には、エルビウム（Ｅｒ）
ドープファイバが用いられ、１．４８μｍの励起光でＥ
ｒ原子内遷移を利用した誘導放出が行なわれる。

【０００３】従来、希土類元素ドープファイバを用いた
ファイバアンプは、図３に示すような構成とされる。つ
まり、１．５μｍ帯の信号光Ｌ_S と１．４８μｍの励起
光Ｌ_E は、偏波保存性を有しないシングルモードファイ
バｆにて形成された光ファイバカプラからなる合波器１
００で混合し、偏波保存性を有しないＥｒドープファイ
バｆ_ER内に導かれる。Ｅｒドープファイバｆ_ER内で増幅
された信号光Ｌ_S ’は、シングルモードファイバｆにて
形成された光ファイバカプラからなる分波器１０２にお
いて１．４８μｍの励起光と波長分離される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このとき、信号光Ｌ_S
は、通常偏光特性を有するレーザ光が用いられるが、一
般に、合波器１００、Ｅｒドープファイバｆ_ER内、及び
分波器１０２にて偏光特性が乱され、そのために分波器
１０２にて分波された出力光は、偏光特性が解消されて
おり、従って出力段の、増幅された信号光Ｌ_S ’は、位
相補償器５０にて偏波制御が行なわれている。

【０００５】しかしながら、一般に、位相補償器５０は
複雑であり、温度変動などの外乱に弱く、しかも高速或
は大きな偏波面変動には速やかに追従できないという欠
点を有している。又、位相補償器における偏光特性の制
御が乱れると、最終的に光出力が安定して得られず、コ
ヒーレント光伝送の場合には雑音となり、伝送速度を制
限することとなり、問題である。

【０００６】従って、本発明の目的は、ファイバアンプ
の偏光特性を向上させ、それによって位相補償器におい
て制御すべき範囲を小さくすることができ、安定した光
出力を得ることができ、システム全体の安定性の向上を
図り、定偏波ソリトン伝送における中継用増幅器におけ
る合波分波用素子として利用することのできる、光ファ
イバカプラ及びその製造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
光合波分波用光ファイバカプラ及びその製造方法によっ
て達成される。要約すれば、本発明は、偏波保存光ファ
イバを溶融延伸して形成される光ファイバカプラであっ
て、偏波特性を有し、少なくとも二つ以上の特定の波長
の光に対する分岐比が９８／２以上或は２／９８以下と
される光合波分波用光ファイバカプラである。好ましく
は、前記偏波保存光ファイバは、パンダ型偏波保持光フ
ァイバとされる。

【０００８】斯かる光合波分波用光ファイバカプラは、
（ａ）偏波保存光ファイバを準備し、所定量だけ被覆コ
ーティングを除去すること、（ｂ）前記偏波保存光ファ
イバを所定形状にまで細径化すること、（ｃ）偏波面方
向を平行に揃えて前記両ファイバの細径化部を溶融延伸
し、光結合部を形成すること、を特徴とする製造方法に
て好適に製造される。

【０００９】

【実施例】次に、本発明に係る光合波分波用光ファイバ
カプラ及びその製造方法を図面に則して更に詳しく説明
する。

【００１０】本発明に係る光合波分波用光ファイバカプ
ラは、偏波保存光ファイバを溶融延伸して形成され、偏
波特性を有し、しかも少なくとも二つ以上の特定の波長
の光に対する分岐比が９８／２以上或は２／９８以下と
される。偏波保存光ファイバは、特定の偏波面方向に屈
折率分布の異方性があり、保存される一つの偏波面方向
とそれと直交する偏波面方向とでは、光伝搬定数が異な
る。

【００１１】即ち、本発明に係る光合波分波用光ファイ
バカプラは、光ファイバの少なくとも一つのファイバ軸
方向と平行する偏波面方向を有する偏波光に対して、そ
の偏波面方向を保持する機能を有する偏波保存光ファイ
バを溶融延伸することにより光結合部が形成されている
光ファイバカプラであって、偏波保存光ファイバの偏波
面方向に依存する光伝搬定数の違いにより、同じ波長を
持ち異なる偏波面方向を有する光に対して分岐比が異な
る特性を持つ、つまり偏波特性を有するものである。し
かも、前記偏波保存光ファイバの少なくとも一つの特定
のファイバ軸方向と平行する偏波面方向を有する偏波光
を入射する時、少なくとも二つの特定の波長の光に対す
る分岐比が９８／２以上或は２／９８以下であり、即ち
分岐比を実質的に１００／０或は０／１００と見做せる
光ファイバカプラである。

【００１２】本発明では、好ましくは、偏波保存光ファ
イバとしては、パンダ型偏波保持光ファイバとされる。
このパンダ型偏波保持光ファイバは、特定の直交する偏
波面方向の光が偏波保存される。

【００１３】次に、本発明の光合波分波用光ファイバカ
プラの製造方法の一実施例について説明する。

【００１４】本発明に従えば、好ましくは、パンダ型偏
波保持光ファイバを、エッチング剤にて所定形状にまで
細径化し、次いで、該細径化されたパンダ型偏波保持光
ファイバを融着延伸することによって光合波分波用光フ
ァイバカプラが好適に製造される。

【００１５】更に説明すると、パンダ型偏波保持光ファ
イバ１は、図１（Ａ）に示すような構成の通常のものを
使用することができ、例えば、市販されているコア２の
径（Ｄ₁ ）４．８μｍ、クラッド３の径（Ｄ₂ ）１２５
μｍ、応力付与部４の径（ｄ₁ ）約３５μｍ、応力付与
部４の包絡径（ｄ₂ ）９５μｍとされるパンダ型偏波保
持光ファイバ１を好適に使用することができる。

【００１６】前記パンダ型偏波保持光ファイバは、その
２つの応力付与部４の中心を横切るファイバ軸方向及び
それと垂直なファイバ軸方向の何れかと平行する偏波方
向を有する偏波光に対してその偏波面方向を保持するも
のである。

【００１７】このように、偏波保存光ファイバにおい
て、その特定のファイバ軸方向と平行する偏波面方向を
有する偏波光に対して、その偏波面方向を保持する機能
を発揮するファイバ軸方向を偏波保存光ファイバの偏光
面方向という。

【００１８】パンダ型偏波保持ファイバにおいては、前
記の２つのファイバ軸方向はそれぞれ偏波保持光ファイ
バの偏光面方向であるが、一般には、２つの応力付与部
４の中心を横切るファイバ軸方向をＸ軸偏光面方向と、
それと垂直なファイバ軸方向をＹ軸偏光面方向と呼んで
いる。

【００１９】更には、偏波保存光ファイバの偏光面方向
は、その方向の屈折率分布に異方性を設け、例えばパン
ダ型偏波保持光ファイバにおける２つの応力付与部４の
如き構造を設けることによりもたらされるものである。

【００２０】エッチング剤としては、フッ酸とフッ化ア
ンモニウム水溶液との混合溶液が好適に使用し得る。エ
ッチング条件は、所望されるパンダ型偏波保持光ファイ
バ１のエッチング量により種々に変更可能であるが、通
常、エッチング温度３０〜６０℃、処理時間１５〜３０
分とされる。このようなエッチング処理により、パンダ
型偏波保持光ファイバ１は、図１（Ｂ）に図示されるよ
うに、応力付与部４が配置された方向を長径（ａ）と
し、その直交方向を短径（ｂ）とした、概略長円形状
に、即ち、屈折率分布の異方性が増す方向にクラッド３
が細径化された光ファイバ１’とされる。通常、長径
（ａ）は５０〜８０μｍ、短径（ｂ）は３０〜５０μｍ
であり、長径（ａ）と短径（ｂ）との比ａ／ｂを、好ま
しくは８／５以上且つ８／３以下、より好ましくは５／
３以上且つ７／３以下に選ぶ。比ａ／ｂを８／５以上且
つ８／３以下、より好ましくは５／３以上且つ７／３以
下とするとき、長径（ａ）には２つの応力付与部４が概
ね残され、短径（ｂ）ではクラッド３の多くの部分がエ
ッチングにより失われたものとなり、図１（Ｂ）に図示
されるように、その短径（ｂ）の部分で互いに融着延伸
処理する際に、応力付与部４により形成されている屈折
率分布の異方性が保たれる。

【００２１】比ａ／ｂを８／３より大きくすると、細径
化により屈折率分布の異方性を大きく増すことができる
が、クラッド３を細径化するエッチング処理において、
極めて限られたエッチング条件或は特殊なエッチング方
法を用いなければならない。又、比ａ／ｂを８／５より
小さくすると、例えば長径（ａ）が５０μｍ、短径
（ｂ）が４０μｍのもの等では、クラッド３を細径化す
るエッチング処理において、限られたエッチング条件或
は特殊なエッチング方法を用いる必要はないが、細径化
により屈折率分布の異方性は僅かしか増加しない。

【００２２】更に、上記のエッチング処理により概略長
円形状に、即ち長径（ａ）には２つの応力付与部４が概
ね残され、短径（ｂ）ではクラッド３の多くの部分がエ
ッチングにより失われるように細径化された２本の光フ
ァイバ１’は、その偏波保存光ファイバの偏光面方向が
平行に揃えられて、その細径化部短径（ｂ）の部分で互
いに融着延伸される。

【００２３】前記の融着延伸における加熱温度は、概略
長円形状である光ファイバ１’の細径化部の太さ（径又
は断面積）に基づいて決められ、通常のパンダ型偏波保
持光ファイバ１では１２００〜１５００℃の範囲内の所
定温度とされる。加熱温度を１５００℃より高くする
と、クラッド３が過度に軟化し易く、光ファイバ１’の
細径化部の形状は加熱前には概略長円形状であったもの
が、表面張力により融着延伸中に真円形状となり、応力
付与部４による屈折率分布の異方性が著しく損なわれ、
好ましくない。又、加熱温度が１２００℃より低いと、
クラッド３の軟化が容易に進まず、融着延伸を実用的な
延伸速度で行うことができず、やはり好ましくない。即
ち、図１（Ｂ）に図示されるように、得られる光結合部
の断面をみると、各光ファイバ１’はその概略長円形状
を保ちつつ融着され、且つ延伸後に応力付与部４による
屈折率分布の異方性が保持されるものとなるように、前
記加熱温度は選ばれる。

【００２４】概略長円形状である光ファイバ１’が、例
えば長径（ａ）が５０μｍ、短径（ｂ）が３０μｍのも
のように、その細径化部の太さ（径又は断面積）が細い
ものでは、前記１２００〜１５００℃の範囲内の比較的
低い範囲に加熱温度を選ぶ。又、光ファイバ１’が、例
えば長径（ａ）が８０μｍ、短径（ｂ）が５０μｍのも
の等のように、その細径化部の太さ（径又は断面積）が
太いものでは、前記１２００〜１５００℃の範囲内の比
較的高い範囲に加熱温度を選ぶ。

【００２５】上述の製造方法により得られる光ファイバ
カプラ１０は、その光結合部において、各光ファイバ
１’は応力付与部４による屈折率分布の異方性が保持さ
れているため、偏波保存光ファイバの偏光面方向とそれ
と直行する偏光面方向とでは、光伝搬定数が異なるもの
となる。

【００２６】本実施例では、温度５０℃のフッ酸とフッ
化アンモニウム水溶液との混合飽和溶液に２０分浸漬し
た。このエッチング処理により、パンダ型偏波保持光フ
ァイバ１は、長径（ａ）が６０μｍ、短径（ｂ）が３０
μｍとされる長円形の光ファイバ１’とされた。エッチ
ング処理されたファイバ長さは約３０ｍｍであった。

【００２７】次いで、このようにして細径化されたパン
ダ型偏波保持光ファイバ１’は、図１（Ｂ）に図示され
るように、Ｘ軸偏波面方向を平行に揃えて、通常方法に
従って、例えば、水素又は酸水素バーナなどの熱源を用
いて１２００〜１５００℃に加熱しながら、一定延伸速
度０．５〜１０ｍｍ／分で引張り、融着延伸処理され、
光合波分波用光ファイバカプラ１０が製造される。本実
施例では、加熱温度１４００℃、延伸速度１．０ ｍｍ
／分とした。

【００２８】なお、溶融延伸の過程では、一方のファイ
バの一端より白色光を入光し、入光側と反対側のファイ
バ端より出光を光スペクトロアナライザに導き、出光の
光強度を測定する。延伸開始後、特定の波長、例えば波
長１．４８μｍ帯の光がカップリングを始め、他方のフ
ァイバ側への出光が最大となり、光分岐比が実質的に１
００／０或は０／１００である完全結合状態となる時点
を延伸の停止点とする。本実施例で、延伸量は８ｍｍ、
融着延伸により形成された光結合長さは２０ｍｍであっ
た。

【００２９】更に、本発明に係る光合波分波用光ファイ
バカプラ１０をファイバアンプに用いる場合には、図２
に示すように、光増幅領域との融着接合に用いる所定の
ファイバ長のパンダ型偏波保持光ファイバ１と他のパン
ダ型偏波保持光ファイバ１とにて、ファイバアンプ両端
の２箇所に、ファイバアンプの入力・出力端となる一対
の光ファイバカプラ２００を形成することができる。

【００３０】又、光ファイバカプラ２００の４つの端末
のうち、３つの端末は、入力・出力端に使用され、入力
・出力端に使用しない残る１つの端末は、目的に応じて
処理される。前記一対の光ファイバカプラ２００とファ
イバアンプの光増幅領域となるＥｒドープの偏波保持光
ファイバ２２とを融着結合することで、ファイバアンプ
が構成される。

【００３１】なお、光ファイバカプラ２００の入力・出
力端とＥｒドープの偏波保持光ファイバ２２とを融着接
合する融着接合部２０４、並びに入力する信号Ｌ_S 或は
出力する増幅された信号光Ｌ_S ’を導く偏波保持光ファ
イバ２０と光りファイバカプラ２００の他の入力・出力
端とを融着接合する融着接合部２０６においては、それ
ぞれ融着接合する２つの偏波保持光ファイバの偏向面方
向を一致するようにする。

【００３２】光ファイバカプラの光結合部は、ファイバ
アンプの使用形態に適したパッケージ内に収納し保護さ
れる。

【００３３】このようにして得た光合波分波用光ファイ
バカプラ１０の１つの入射端より１つの偏波面方向に平
行に偏波光を入力した時の波長分離（アイソレーショ
ン）特性を図４に示す。

【００３４】図４より、パンダ型偏波保持光ファイバの
偏光面方向の一つと平行な偏波面方向を有する偏波光を
入力する時、少なくとも波長１．４８μｍ帯及び波長
１．５５μｍ帯の異なる２つの波長の光に対して、分岐
比はそれぞれ９８／２以上或は２／９８以下であり、実
質的に１００／０或は０／１００と見做すことができ、
波長１．５５μｍ帯及び１．４８μｍ帯の光を合波・分
波することができる。同時に、一つの出力端における、
波長１．５５μｍ帯の光と１．４８μｍ帯の光の分岐比
の比率、即ち、波長分離度は３０ｄＢ以上であることが
分かる。

【００３５】一方、図４の波長分離特性を測定した偏波
光と直交する偏波面方向を有する偏波光を入力し波長分
離特性を測定したところ（図示せず）、分岐比が実質的
に１００／０或は０／１００と見做せる波長は、波長
１．４７μｍ帯及び波長１．５３μｍ帯の光であり、分
岐比の波長依存性が偏波面方向により異なっていた。

【００３６】又、図４の波長分離特性の測定に用いたと
同じ偏波面方向を有する波長１．５５μｍ帯の光と１．
４８μｍ帯の光を使用した時の光合波分波用光ファイバ
カプラ１０の特性を表１に示す。

【００３７】

【表１】 注）消光比：入射端よりある特定のファイバ軸方向に偏
波面方向を揃えて偏波光を入射した時の出射端における
入射光の偏波面方向と平行な偏波方向成分の光強度とそ
れに垂直な偏波方向成分の光強度の比である。

【００３８】

【発明の効果】以上の如くに構成される本発明に係る光
合波分波用光ファイバカプラは、パンダ型偏波保持光フ
ァイバのような偏波保存光ファイバを溶融延伸して形成
され、偏波特性を有し、且つ少なくとも二つの特定の波
長の光に対する分岐比が９８／２以上或は２／９８以下
とされるので、ファイバアンプの偏光特性を向上させ、
それによって位相補償器において制御すべき範囲を小さ
くすることができ、安定した光出力を得ることができ、
システム全体の安定性の向上を図り、定偏波ソリトン伝
送における中継用増幅器における合波分波用素子として
利用することができるという特長を有する。

【００３９】更に、本発明の製造方法によれば、上記光
合波分波用光ファイバカプラを再現性良く、且つ極めて
容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光合波分波用光ファイバカプラを
製造するのに使用されるパンダ型偏波保持光ファイバ及
びその製造方法を説明するため図である。

【図２】本発明の光合波分波用光ファイバカプラを使用
したファイバアンプの一例を示す図である。

【図３】従来のファイバアンプの一例を示す図である。

【図４】本発明の光合波分波用光ファイバカプラのアイ
ソレーション特性を示す図である。

【符号の説明】

１、２０ 偏波保存光ファイバ １０ 光合波分波用光ファイバカプラ ２００ 光ファイバカプラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏波保存光ファイバを溶融延伸して形成
   される光ファイバカプラであって、偏波特性を有し、少
   なくとも二つ以上の特定の波長の光に対する分岐比が９
   ８／２以上或は２／９８以下とされる光合波分波用光フ
   ァイバカプラ。
2. 【請求項２】 前記偏波保存光ファイバは、パンダ型偏
   波保持光ファイバである請求項１の光合波分波用光ファ
   イバカプラ。
3. 【請求項３】 （ａ）偏波保存光ファイバを準備し、所
   定量だけ被覆コーティングを除去すること、（ｂ）前記
   偏波保存光ファイバを所定形状にまで細径化すること、
   （ｃ）偏波面方向を平行に揃えて前記両ファイバの細径
   化部を溶融延伸し、光結合部を形成すること、を特徴と
   する光合波分波用光ファイバカプラの製造方法。
4. 【請求項４】 前記偏波保存光ファイバは、パンダ型偏
   波保持光ファイバである請求項３の光合波分波用光ファ
   イバカプラの製造方法。