JPH10339819A - 光増幅用光ファイバ - Google Patents

光増幅用光ファイバ

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JPH10339819A
JPH10339819A JP9148333A JP14833397A JPH10339819A JP H10339819 A JPH10339819 A JP H10339819A JP 9148333 A JP9148333 A JP 9148333A JP 14833397 A JP14833397 A JP 14833397A JP H10339819 A JPH10339819 A JP H10339819A
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JP
Japan
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optical
amplification
optical fiber
core
wavelength
Prior art date
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JP9148333A
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English (en)
Inventor
Keiichi Aiso
景一 相曽
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06708Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光通信網の発達に際し、光通信システムに用
いる光増幅用光ファイバの波長分散を制御して、光増幅
用光ファイバによる波形劣化を抑制することが望まれて
いた。 【解決手段】 屈折率の高いコア1の周りを囲んでコア
1よりも屈折率の低いクラッド2が配されていて、前記
コア1と前記クラッド2の屈折率差Δを0.4%以上
1.9%以下、前記コアのコア径2aを4.2μm以上
5.0μm以下としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム等
の分野において用いられる光増幅用光ファイバに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】光増幅用の活性用物質、例えば希土類元
素をコアに添加した光増幅用光ファイバの開発により、
光信号を電気信号に変えることなく増幅することが可能
となった。通常の光通信システムの光増幅器に用いられ
る光増幅用光ファイバは長さ数m〜数百m程度で使用さ
れており、光伝送路として用いられる光ファイバに比べ
ると使用長さは比較的短かい。したがって、従来の光通
信システムにおいては、光増幅用光ファイバの波長分散
が信号光の波形劣化に与える影響は無視できる程度であ
ると考えられてきた。そのため、光増幅用光ファイバに
おいては、波長分散特性には特別な注意が払われず、増
幅特性の向上のみに主眼を置いたプロファイル設計がな
されてきた。
【0003】一般に増幅特性を向上させるには、コアと
クラッドの比屈折率差Δを大きくすることとコアを細径
化することが有効だと考えられている。これは、コアと
クラッドの比屈折率差Δを大きくすることにより光の閉
じ込め効果を大きくして光増幅用光ファイバ内の励起光
密度(励起光強度)を高め、コアを細径化させて、励起
光密度の高い部分に光増幅用の活性物質を大量に存在さ
せることにより光増幅用の活性物質添加量域全体にわた
って良好な反転分布を形成させて、増幅特性(増幅効
率)を向上させることに起因している。
【0004】このような増幅特性向上の観点から設計さ
れた光増幅用光ファイバのプロファイルの一例として単
峰型(ステップ型、マッチド型ということもある)と呼
ばれるものがある。一般的に、光増幅用光ファイバは、
ゲルマニウムを高添加した石英ガラス(純シリカ)系の
コアとフッ素を高添加した石英ガラス系クラッドにより
形成されている。コアとクラッドの比屈折率差Δは2.
0%程度である。前記光増幅用光ファイバのコア径は
2.7μm、ファイバ外径は125μmである。また、
コアには光増幅用の活性物質の一つであるエルビウム及
び増幅利得の波長依存性を平坦化するためのアルミニウ
ムが添加されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年の光通信網の発達
により光ファイバ伝送路における高速大容量化技術が進
展しつつある。それに伴い、波長分散による信号光の波
形劣化が大きな問題となってきており、従来よりも精密
に光ファイバ伝送路全体における波長分散を制御する必
要が生じている。この問題を解決するためには、従来無
視できると考えられてきた光通信システムにおける波形
劣化、すなわち光増幅用光ファイバによる波形劣化も制
御する必要がある。したがって、従来のように増幅特性
向上のみを目的とするのではなく、同時に波長分散を制
御して波形劣化を生じさせないことをも目的とした光増
幅用光ファイバの開発が望まれている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願発明の目的は、以上
のような問題点に鑑み、光増幅用光ファイバの分散特性
を制御することにより、光増幅用光ファイバの波長分散
による信号光の波形劣化を抑制して、高速大容量伝送の
実現を達成することにある。
【0007】本願第一の発明に関わる光増幅用光ファイ
バは、少なくとも光増幅用の活性物質を添加した石英ガ
ラス系コアと該コアの外側の石英ガラス系クラッドによ
り構成され、前記光増幅用光ファイバの分散値が零にな
る波長(零分散波長という)は前記光増幅用光ファイバ
の増幅波長域に含まれる、すなわち零分散波長と増幅波
長域が略一致することを特徴とする。
【0008】本願第二の発明に関わる光増幅用光ファイ
バは、少なくとも光増幅用の活性物質を添加した石英ガ
ラス系コアと該コアの外側の石英ガラス系クラッドによ
り構成され、前記光増幅用光ファイバの分散値が零にな
る波長(零分散波長という)が前記光増幅用光ファイバ
の増幅波長域に含まれており、前記コアと前記クラッド
の比屈折率差Δは0.4%以上1.9%以下、前記コア
のコア径2aは4.2μm以上5.0μm以下であるこ
とを特徴とする。
【0009】本願発明によれば、光増幅用光ファイバの
零分散波長が該光増幅用光ファイバの増幅波長域に含ま
れることによって、増幅波長域では波長分散を伝送特性
上殆ど問題がない程度まで小さくなるように制御するこ
とができるので、光増幅用光ファイバを用いた光通信シ
ステムにおいて光増幅用光ファイバの波長分散による信
号光の波形劣化が抑制され、光ファイバ伝送によって高
速大容量伝送の実現を達成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本願発明の実施形態例を
図面に基づき説明する。図1には、本願発明に係る増幅
用光ファイバの一実施形態例の屈折率分布のプロファイ
ルが示されている。光増幅用光ファイバの屈折率分布の
プロファイルとしては、図3の(a)に示すようなW型
のものや、同図(b)に示すようなセグメントコア型の
ものや、あるいは同図の(c)に示すような2重コア型
のものなど様々な形態を取ることが可能であるが、本実
施形態例では構造が単純で、屈折率構造の設計、制御が
し易い図1に示すような単峰型(ステップ型、マッチド
型ともいう)の屈折率分布のプロファイルを採用してい
る。
【0011】図1に示す屈折率構造において、コア1の
屈折率をn1 、クラッド2の屈折率をn2 としたとき、
コア1とクラッド2の比屈折率差Δは、次の(1)式に
より定義している。 Δ={(n1 2−n2 2)/2n1 2}×100 ・・・(1)
【0012】図1の単峰型プロファイルの光増幅用光フ
ァイバの屈折率構造は、屈折率の高いコア1の周りを囲
んでコア1よりも屈折率の低いクラッド2が配されてい
て、屈折率分布が単峰型を呈している。該コア1は石英
ガラス(純シリカ、SiO2)にゲルマニウム(GeO
2 )を添加することにより形成されており、クラッド2
は石英ガラス(SiO2 )にフッ素(F)を添加するこ
とにより形成されている。
【0013】前記光増幅用光ファイバのコア1には光増
幅用の活性物質としてエルビウム(Er2 3 )が添加
され、増幅利得の波長依存性を平坦化するためのアルミ
ニウム(Al2 3 )が添加されている。これらの物質
の添加量は光増幅用光ファイバの屈折率分布には影響を
与えない程度の量である。また、光増幅用光ファイバの
ファイバ外径は他の光伝送路を構成する光ファイバとの
接続などの観点から125μmである。
【0014】本実施形態例においては、光増幅用光ファ
イバを従来は考慮されていなかった波長分散特性を抑制
する構成とすることにより、コア1とクラッド2の比屈
折率差Δを0.4%以上1.9%以下に設定し、さらに
コア径2aを4.2μm以上5.0μm以下に設定して
いる。波長分散は、光ファイバを構成する材料に固有な
(コア及びクラッドを構成する物質により決定される)
材料分散と光ファイバの導波路構造に固有な(すなわち
コア径及びコアとクラッドの比屈折率差により決定され
る)構造分散との和である。したがって、発明者は構造
分散のパラメータを調整して、増幅波長域における材料
分散(波長分散を正の分散とすると正の分散となる)を
構造分散(波長分散を正の分散とすると負の分散とな
る)で打ち消すことによって波形劣化を生じさせない光
増幅用光ファイバを実現し、光ファイバ伝送における高
速大容量伝送を達成した。
【0015】なお、光増幅を活性化する物質であるエル
ビウムは希土類元素の一つであり、波長1.45〜1.
65μmの光を増幅させることが知られている。したが
って、本実施形態例における光増幅用光ファイバの増幅
波長域は1.45〜1.65μmであるから、光増幅用
光ファイバの零分散波長を1.45〜1.65μmに存
在させるための条件を検討した。
【0016】
【実施例】実験例として、上述したような光増幅用光フ
ァイバにおいて、構造分散を構造パラメータであるコア
径2a及びコアとクラッドの比屈折率差Δを適宜変化さ
せた光増幅用光ファイバを作成した。構造パラメータの
変更は材料分散には殆ど影響を与えず、構造分散へ大き
な影響を与えることに注目したものである。
【0017】作成した光増幅用光ファイバについての零
分散波長、増幅波長域中の波長1.55μmでの分散
値、遮断波長(カットオフ波長)を測定した結果を表1
にまとめた。ここで、1.55μmでの分散値を測定し
たのは、本実施形態例の光増幅用光ファイバを用いる光
通信システムでは波長1.55μmの光を伝送すること
が想定されるためである。なお、サンプルNo.1〜6
には比屈折率差を一定にしてコア径を変化させた場合の
結果を、サンプルNo.7〜12にはコア径を一定にし
て比屈折率差Δを変化させた場合の結果を記載した。サ
ンプル3とサンプル9は同じ構造パラメータを有する光
増幅用光ファイバであるが、変化が分かるよう敢えて記
載した。
【0018】
【表1】
【0019】表1から明らかなとおり、光増幅用光ファ
イバの比屈折率差Δが0.4%以上1.9%以下であ
り、かつ前記コア径2aが4.2μm以上5.0μm以
下である場合(サンプルNo.2〜5及びサンプルN
o.8〜11)には、光増幅用光ファイバの零分散波長
は増幅波長域である1.45〜1.65μmに存在し、
よって波長1.55μmにおける分散値も実質的に影響
の無い±5.5ps/nm/km以下にまで抑制されて
いる。また、上記光増幅用光ファイバの遮断波長はいず
れも増幅波長域よりも大きい波長領域、すなわち1.6
5μmより大きい波長領域には存在しないのでシングル
モード動作を補償することができる。
【0020】サンプル3(9)の波長分散特性を図2に
示す。図2より明らかなように、サンプル3(9)の光
増幅用光ファイバでは、エルビウム吸収領域(波長1.
53μm)における分散の変化もなく、増幅波長域
(1.45〜1.65μm)における波長分散特性は良
好であった。
【0021】さらにサンプル3(9)の光増幅用光ファ
イバを用いて光システムの一つである光増幅器を構成し
て、増幅特性の評価を行った。増幅特性の一例として光
出力の波長依存性を測定したところ、波長依存性はほと
んど見受けられず、従来の増幅特性を主眼においた光増
幅用光ファイバに比べて遜色がなかった。また、本実施
形態例の光増幅用光ファイバ単体における励起光から信
号光への変換効率も85%という高率であり、実用に供
するのになんら問題を生じない。
【0022】
【発明の効果】本願発明によれば、前記光増幅用光ファ
イバの分散値が零になる波長が前記光増幅用光ファイバ
の増幅波長域に含まれることにより、光増幅用光ファイ
バにおける波形劣化を抑制することができ、よって高速
大容量伝送に適した光増幅用光ファイバを実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の一実施の形態を示す光増幅用光フ
ァイバの屈折率分布を示す概略図である。
【図2】 本願発明の一実施の形態を示す光増幅用光フ
ァイバの波長分散特性を示す概略図である。
【図3】 光増幅用光ファイバの他の屈折率分布のプロ
ファイル例を示す説明図であり、(a)はW型のプロフ
ァイル、(b)はセグメントコア型プロファイル、
(c)は2重コア型プロファイルである。
【符号の説明】 1 コア 2 クラッド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも光増幅用の活性物質を添加し
    た石英ガラス系コアと該コアの外側の石英ガラス系クラ
    ッドにより構成される光増幅用光ファイバにおいて、前
    記光増幅用光ファイバの分散値が零になる波長は前記光
    増幅用光ファイバの増幅波長域に含まれることを特徴と
    する光増幅用光ファイバ。
  2. 【請求項2】 前記コアと前記クラッドの比屈折率差Δ
    は0.4%以上1.9%以下であり、前記コアのコア径
    2aは4.2μm以上5.0μm以下であることを特徴
    とする請求項1記載の光増幅用光ファイバ。
JP9148333A 1997-06-05 1997-06-05 光増幅用光ファイバ Pending JPH10339819A (ja)

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