JP2002124723A

JP2002124723A - 光結合器

Info

Publication number: JP2002124723A
Application number: JP2000312236A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tamura; 安昭田村
Original assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Current assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の波長が０．９８μｍの励起光用光結合
器では、励起光入力ファイバ端面および共通ポートファ
イバ端面とレンズとの距離の調整に高い精度が要求さ
れ、反射・透過フィルタの角度設定にも高い調整精度が
要求されており、結合損失とそのバラツキの小さい光結
合器を安価に量産することができなかった。【解決手段】励起光入力ポートと共通ポートの各光フ
ァイバ端部にコア拡大ファイバを用いることにより、前
記両ファイバ端面とレンズとの距離の調整必要精度と反
射・透過フィルタの角度調整必要精度を大幅に緩和して
従来の課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光結合器に関し、よ
り具体的には、光ファイバ（以下、単に、ファイバとも
いう）伝送システムに使用する光ファイバ増幅器の構成
部品の一部である光結合器、特に、波長が０．９８μｍ
の励起光を用いた場合の光結合器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ伝送システムに使用される光
増幅器の一種であるエルビウム・ドープト・光ファイバ
（以下、ＥＤＦともいう）増幅器（以下、ＥＤＦ増幅器
ともいう）においては、周知のように、増幅されるべき
信号光波長とは異なる波長を持つ励起光を前記エルビウ
ム・ドープト・光ファイバ（Ｅｒ−ｄｏｐｅｄｆｉ−
ｂｅｒ、すなわち、ＥＤＦ）に結合する必要がある。

【０００３】図１はＥＤＦ増幅器の基本構成の一例を示
す図で、符号１０１は波長合成器、１０２は入力側アイ
ソレータ、１０３は励起光結合器、１０４はＥＤＦ，１
０５は出力側アイソレータ、１０６は信号光入力ポー
ト、１０７は励起光入力ポート、１０８は信号光出力ポ
ート、１０９は共通ポート、１１０（ａ）、１１０
（ｂ）、１１０（ｃ）は信号光の進行方向を示す矢印
（以下、それぞれ、矢印１１０（ａ）、１１０（ｂ）、
１１０（ｃ）ともいう）、１１１（ａ）、１１１（ｂ）
は励起光の進行方向を示す矢印（以下、それぞれ矢印１
１１（ａ）、１１１（ｂ）ともいう）、１１２は信号光
入力ファイバ、１１３は信号光出力ファイバ、１１４は
励起光入力ファイバ、１１５は共通ポートファイバであ
る。

【０００４】図１において、信号光入力ポート１０６か
ら矢印１１０（ａ）で示す信号光進行方向に信号光入力
ファイバ１１２に入射した信号光（たとえば、波長１．
５μｍ帯）は、入力側アイソレータ１０２を経由してＥ
ＤＦ１０４に導かれる。

【０００５】一方、励起光入力ポート１０７から矢印１
１１（ａ）で示す励起光進行方向に入射した励起光（波
長１．４８μｍまたは０．９８μｍ）は、波長合成器１
０１に入射し、共通ポート１０９から出射して前記ＥＤ
Ｆ１０４に導かれる（この場合、信号光進行方向と励起
光進行方向とはＥＤＦ１０４内部で逆方向である）。Ｅ
ＤＦ１０４の内部においては、信号光と励起光とが共存
する。励起光の波長は信号光の波長よりも短く、Ｅｒを
励起した励起光エネルギーが信号光エネルギーに変換さ
れ、ここで増幅された信号光は、共通ポート１０９から
波長合成器１０１、出力側アイソレータ１０５を経由し
て信号光出力ポート１０８から出射する（以下、出力す
るともいう）。

【０００６】便宜上、波長合成器１０１と出力側アイソ
レータ１０５とが一体化された結合系をここでは励起光
結合器１０３と称する。

【０００７】次に本発明に関わる従来の励起光結合器に
ついて説明する。

【０００８】ＥＤＦ増幅器は、前述のように励起光波長
としては０．９８μｍおよび１．４８μｍのいずれでも
光増幅機能（波長が１．５μｍ帯の信号光の増幅）を有
するが、まず従来の励起光波長１．４８μｍの代表的な
励起光結合器の構成例を図６に示す。

【０００９】図６は従来の励起光結合器の構成を説明す
る図で、符号２０１は共通ポートファイバ、２０２は励
起光入力ファイバ、２０３は信号光出力ファイバ、２０
４はレンズ（Ａ）、２０５はレンズ（Ｂ）、２０６は反
射・透過フィルタ、２０７は光アイソレータ、２０８
（ａ）および２０８（ｂ）は信号光の進行方向を示す矢
印（以下、それぞれ矢印２０８（ａ）および２０８
（ｂ）ともいう）、２０９（ａ）および２０９（ｂ）
は、励起光の進行方向を示す矢印（以下、それぞれ矢印
２０９（ａ）、２０９（ｂ）ともいう）である。

【００１０】図６において、共通ポートファイバ２０
１、励起光入力ファイバ２０２、信号光出力ファイバ２
０３はすべて同種のものである（同種とは、この場合、
ファイバモードフィールド径とファイバ開口数が同じフ
ァイバであることをいう）。

【００１１】共通ポートファイバ２０１と励起光入力フ
ァイバ２０２とは互いに隣接かつ密着して一体化されて
おり、それらのファイバの先端はレンズ（Ａ）２０４の
焦点位置に配置されている。レンズ（Ａ）２０４の前記
共通ポートファイバ２０１と励起光入力ファイバ２０２
と反対側の焦点位置には反射・透過フィルタ２０６（波
長１．４８μｍの光は反射し、波長１．５μｍの光は透
過する）が配置されている。

【００１２】さらに、それと同じ側に光アイソレータ２
０７，レンズ（Ｂ）２０５，信号光出力ファイバ２０３
が図示のように配置されている。

【００１３】信号光出力ファイバ２０３の先端はレンズ
（Ｂ）２０５の焦点に位置している。

【００１４】この励起光結合器の作用は次の如くであ
る。

【００１５】共通ポートファイバ２０１から矢印２０８
（ａ）で示す方向に伝搬してきた波長が１．５μｍの信
号光は、共通ポートファイバ２０１の端面から出射し、
レンズ（Ａ）２０４で平行ビームに変換され、反射・透
過フィルタ２０６および光アイソレータ２０７を通過し
た後、レンズ（Ｂ）２０５で集光され、信号光出力ファ
イバ２０３に光結合する（以下、結合するともいう）。

【００１６】一方、励起光入力ファイバ２０２から矢印
２０９（ａ）で示す方向に伝搬してきた波長が１．４８
μｍの励起光は、レンズ（Ａ）２０４で平行ビームに変
換され、反射・透過フィルタ２０６で反射して再びレン
ズ（Ａ）２０４を通過した後、共通ポートファイバ２０
１に結合する。

【００１７】以上のように、波長１．４８μｍの励起光
用光結合器では、共通ポートファイバ２０１、励起光入
力ファイバ２０２、信号光出力ファイバ２０３はすべて
同種のものでよい。

【００１８】同様に、レンズ（Ａ）２０４およびレンズ
（Ｂ）２０５もまた同種のものである（同種とは、この
場合、レンズの焦点距離が同一であることを意味す
る）。

【００１９】以上は、励起光の波長が１．４８μｍの場
合のＥＤＦ増幅器における光結合器の説明である。

【００２０】これに対して、波長が０．９８μｍの励起
光用光結合器は、その構成をやや異にする。

【００２１】たとえば、波長が０．９８μｍの励起光用
光結合器の場合は、共通ポートファイバ２０１および励
起光入力ファイバ２０２と信号光出力ファイバ２０３と
は異種類のファイバである。この場合は、共通ポートフ
ァイバ２０１および励起光入力ファイバ２０２は、信号
光出力ファイバ２０３に比べて、ファイバモードフィー
ルド径（ｍｏｄｅｆｉｅｌｄｄｉａｍｅｔｅｒ、以
下、ＭＦＤともいう）が小さく、かつ、ファイバ開口数
が大きい。すなわち、たとえばコーニンググラス社のＣ
Ｓ９８０を用いた共通ポートファイバ２０１および励起
光入力ファイバ２０２の場合、ＭＦＤは、波長が０．９
８μｍの場合は４．２５μｍで、波長が１．５５μｍの
場合は６．７５μｍであり、開口数は０．２である。信
号光出力ファイバ２０３の場合は、ＭＦＤは波長が１．
５５μｍの場合は１１μｍで、開口数は０．１である。

【００２２】さらに、レンズ（Ａ）とレンズ（Ｂ）とは
焦点距離が異なる（レンズ（Ａ）の焦点距離はレンズ
（Ｂ）の焦点距離よりも短い）。このことは、励起光波
長と信号光波長とがかけ離れているにもかかわらず、信
号光波長において異種ファイバ間（共通ポートファイバ
２０１と信号光出力ファイバ２０３の間）の光結合を達
成するため、異なる焦点距離を持つレンズの組合せをせ
ざるを得ないことによる。その具体的な結合理論は、特
開平１０−３００９７５に詳しく述べられている。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】図６において、励起光
の波長が０．９８μｍの場合、共通ポートファイバ２０
１と信号光出力ファイバ２０３は前述のように異種類の
ファイバであり、このため、焦点距離を異にするレンズ
（Ａ）とレンズ（Ｂ）を組み合わせてモード変換を行う
ことによって、それらのファイバ間の光結合を行ってい
る。

【００２４】このような光結合は、理論的には可能であ
っても、実用的観点からは次のような欠点がある。

【００２５】すなわち、図６において、共通ポートファ
イバ２０１と信号光出力ファイバ２０３との光結合系に
おいて、共通ポートファイバ２０１のＭＦＤは信号光出
力ファイバ２０３のそれに比べて小さく、またレンズ
（Ａ）の焦点距離はレンズ（Ｂ）のそれに比べて短い。
このことは、共通ポートファイバ２０１の先端部とレン
ズ（Ａ）との間隔が最適値から少しでもはずれると、光
結合が大きく崩れ、結果的に大きな結合損失を招くこと
を意味する。

【００２６】さらに、共通ポートファイバ２０１と励起
光入力ファイバ２０２は互いに隣接し、密着した一体化
構造に形成されており、本来、両ファイバの先端部はレ
ンズ（Ａ）の焦点位置に配置されていることが重要であ
る。しかしながら、ファイバの保持具の問題など諸事情
によって、実際には、ファイバ先端部の研磨加工工程に
おいて、必ずしも両者の位置が揃っているとは限らず、
それぞれのファイバの先端位置とレンズ（Ａ）との間隔
が異なっている場合が多い。これは、上述のように、共
通ポートファイバ２０１と励起光入力ファイバ２０２の
光結合系を最適値から崩すことになり、光結合特性のバ
ラツキを発生させる要因になる。

【００２７】さらに、共通ポートファイバ２０１および
励起光入力ファイバ２０２は、いずれも信号光出力ファ
イバに比べてＭＦＤが小さく、しかもそれらを結合する
レンズ（Ａ）の焦点距離が短い。これは、ファイバ先端
部とレンズ（Ａ）との間隔、および、反射・透過フィル
タ２０６の光軸に対する角度が、結合損失を最小にする
ための最適値から少しでもずれると、結合損失の劣化が
かなり大きくなることを示している。つまり、温度変動
等の環境に対して損失変動を招きやすい。

【００２８】以上述べたように、従来の構成のもので
は、実用的観点から、組み立て調整が難しく、製造歩留
まりが悪く、製造コストが高くなり、特性のバラツキが
大きく、環境に対する信頼性が低い等の課題があった。

【００２９】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であり、本発明の目的は、上記の欠点をすべて解決し
た、波長が０．９８μｍの励起用の実用的な光結合器を
提供せんとするものである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的の達成を図
るため、本発明の光結合器は、光ファイバ（以下、単に
ファイバともいう）を使用した第１のポートと、第２の
ポートと、第３のポートの３つのポートを有する光結合
器において、前記第１のポートの光ファイバは、その一
端が信号光を増幅することが出来る光増幅器に接続され
ているとともに他端が前記光結合器のポートになってお
り、前記第２のポートの光ファイバは、その一端が半導
体レーザなどの励起用光源に接続されているとともに他
端が前記光結合器のポートになっており、前記第３のポ
ートの光ファイバは、その一端が前記光結合器のポート
になっており、前記第２のポートは前記第１のポートに
光結合するように配置され、さらに、前記第１のポート
は前記第３のポートに光結合するように配置されてお
り、前記第１のポートの光ファイバと前記第２のポート
の光ファイバの前記光結合器の各ポートになっている端
面における励起光波長の光に対するモードフィールド径
（ｍｏｄｅｆｉｅｌｄｄｉａｍｅｔｅｒ、以下、Ｍ
ＦＤともいう）が概ね同一であり、信号光の波長の光に
対する前記第１のポートの光ファイバの前記端面におけ
るＭＦＤは、信号光の波長の光に対する前記第３のポー
トの光ファイバの前記端面におけるＭＦＤよりも小さく
ないことを特徴としている。

【００３１】本発明の光結合器の例は、前記第１および
第２のポートの光ファイバの励起光波長の光に対するＭ
ＦＤ値は、それぞれ、前記各ファイバの前記光結合器の
各ポートになっている端面における値よりも各光ファイ
バの前記端面から遠い位置の光ファイバにおける値の方
が小さいことを特徴としている。

【００３２】そして、本発明の光結合器の好ましい例
は、励起光波長の光に対する前記第１および第２のポー
トの各光ファイバの前記端面におけるＭＦＤが、前記各
ポートになっている光ファイバのそれぞれの端面から少
なくとも３ｍｍの長さの範囲において、前記端面から離
れるにしたがって小さくなっており、前記第１および第
２のポートに使用される光ファイバとして、前記端面の
近傍のコアが前記端面から１０ｍｍ以上離れた部分のコ
アよりも実質的なコアの直径が拡大されているいわゆる
コア拡大ファイバが使用されていることを特徴としてい
る。

【００３３】このように構成することにより、本発明の
光結合器の結合損失が後述の如く大幅に改善される。

【００３４】そして、本発明の光結合器の例では、前記
コア拡大ファイバとして、熱拡散法により拡大されたコ
ア（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｎｌａｒｇｅｃｏｒ
ｅ、ＴＥＣともいわれている）を用いたり、また、光線
ビームなどのビーム照射によりコアとクラッドの少なく
とも一方の屈折率を変化させてコア拡大を行った光ファ
イバを用いることを特徴としている。

【００３５】そして、本発明の光結合器の例において
は、前記第２のポートに入力され前記第１のポートに結
合される光の波長が約０．９８μｍであり、前記第１の
ポートから出射して前記第３のポートに結合される光の
波長が約１．５５μｍであることを特徴としている。

【００３６】そして、本発明の光結合器の例において
は、前記第１のポートの光ファイバはその内部で信号光
と励起光がそれぞれ逆の方向に進行する共通ポートファ
イバであり、前記第２のポートの光ファイバは励起光を
入力する励起光入力ファイバであり、前記第３のポート
の光ファイバは前記第１のポートから光結合して入射さ
れる信号光を出力する信号光出力ファイバであり、前記
第１のポートと第２のポートの光ファイバの端面が平行
に配置されており、前記第１のポートから出射され前記
第３のポートに光結合するように進行する光の光路に、
第１のレンズ、反射・透過フィルタ、アイソレータ、第
２のレンズの順に各構成要素が配置されており、前記反
射・透過フィルタは、前記第２のポートの光ファイバ端
面から出射され前記第１のレンズを通って入射される励
起光を反射して再び前記第１のレンズを通して前記第１
のポートの光ファイバに光結合することができるように
するものであるとともに、前記第１のポートから出射さ
れて前記第３のポートに光結合して入射される信号光は
透過させるものであることを特徴としている。

【００３７】そして、本発明の光結合器の例において
は、前記第３のポートの光ファイバの端面が前記第２の
レンズの焦点の位置に配置されていることを特徴として
いる。

【００３８】そして、本発明の光結合器の例において
は、前記第１と第２のポートの光ファイバの前記第１の
レンズに対向して配置される端部が同一の保持具に固定
保持されており、前記保持具は前記第１のポートの光フ
ァイバを挿入する第１の貫通孔と前記第２のポートの光
ファイバを挿入する第２の貫通孔を有し、前記第１の貫
通孔と前記第２の貫通孔の長さ方向において前記第１お
よび第２の貫通孔の少なくとも一部がスリット状の隙間
（以下、スリットともいう）で連結されていることを特
徴としている。

【００３９】そして、本発明の好ましい例においては、
前記保持具の前記第１の貫通孔と第２の貫通孔は、前記
スリット状の隙間が第１および第２の両貫通孔の切り欠
き部になっており、前記第１および第２の各貫通孔は、
その長手方向と垂直な断面において、前記切り欠き部を
除いて円形になっており、前記第１の貫通孔の直径をそ
こに挿入される光ファイバのクラッドの直径よりわずか
に大きくするとともに、前記第２の貫通孔の直径より大
きくない値にし、さらに、前記第１の貫通孔と第２の貫
通孔の中心間距離は前記第１および第２の各貫通孔の半
径の和よりも小さくなっていることを特徴としている。

【００４０】そして、本発明の好ましい例は、前記保持
具の第１の貫通孔の中心軸線が前記保持具の中心軸線に
大概一致するように前記保持具を構成することにより、
光結合器の製造上のバラツキを少なくし、加工コストを
大幅に低減することができるとともに、各ポートの配置
の位置精度を高めることができる。

【００４１】このように前記保持具を構成することによ
り、光結合器の各ポート間の光結合損失を小さくするこ
とができ、光結合損失のバラツキも小さくすることがで
きる。この効果は、コア拡大ファイバの使用による光結
合損失の低下に加えて、本発明の効果を一層大ならしめ
るものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の励起
光結合器の望ましい実施の形態を説明する。

【００４３】なお、説明に用いる各図は本発明を理解で
きる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概
略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分
的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の説明
に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似
形でない場合もある。また、各図において、同様な構成
成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明
を省略することもある。

【００４４】まず、本発明の光結合器に用いるコア拡大
ファイバについて説明する。

【００４５】図４は、光ファイバの端部にＴＥＣ処理、
すなわち、熱拡散法によるコア拡大処理を施した光ファ
イバを説明する図である。

【００４６】図４で、符号５００は、端部にＴＥＣ処理
を施してコア拡大を行った光ファイバ、５０１は光ファ
イバ５００のクラッド部、５０２と５０３は光ファイバ
５００のコア部で、５０２はコア部のＴＥＣ処理を施し
ていない部分、５０３はコア部のＴＥＣ処理を施して実
質的なコアの直径を拡大した部分、５０４と５０５はコ
ア拡大部の位置を示す矢印である。

【００４７】たとえば、石英ガラスを基材とした一射的
な光ファイバでは、図４のコア部にＧｅなどの物質を少
量入れて、クラッド部よりもわずかに屈折率が高い状態
にしている。光ファイバの一次被覆（図示せず）を取り
除いて、クラッド部とコア部だけにして、その一部を高
温にすることによって、前記コア部分に入れたＧｅなど
のコア部の屈折率を高くしている物質を熱拡散させる
と、クラッド部よりわずかに屈折率の高いコア部を図４
のコア部５０３のように拡げることができる。コア部５
０３は、矢印５０４で示す位置から矢印５０５で示す端
面まで、コア部の直径が次第に大きくなっている。

【００４８】ここで、コア部５０３の矢印５０４で示し
た位置から矢印５０５で示した位置までの長さｘの部分
は、前記の如く、コア部５０２と同様にコア部に含まれ
ていた、たとえばＧｅのようなコア部の屈折率をクラッ
ド部５０１の屈折率より高い状態にしている物質を熱に
よって拡散させることにより、クラッド部５０１より屈
折率の高い部分、すなわち実質的にコア部を拡大させて
いるため、矢印５０４の位置から矢印５０５の位置に至
るまでのコア部５０３の直径は、大体において次第に大
きな直径になっているが、加工の条件によっては部分的
に直線的に大きな直径になっているとは限らない。しか
し、このような状態においても、その変動の程度によっ
て、信号光、励起光の伝搬に大きな支障をきたさない状
況下においては、本発明では、コア部５０３が矢印５０
４で示した位置から矢印５０５で示した位置まで、実質
的なコアの直径が次第に拡大されているということにす
る。

【００４９】なお、一つの例として、矢印５０５で示し
た位置を光ファイバの端面として、前記端面から少なく
とも３ｍｍの長さの範囲において、前記端面から離れる
にしたがって小さくなっているいわゆるコア拡大ファイ
バにするとよく、前記ｘを約５ｍｍにするのが好まし
く、前記端面から少なくとも１０ｍｍ以上離れた部分の
光ファイバのコア部はＴＥＣの影響のない状態になって
いるのが好ましい。

【００５０】次に、第１ポートの光ファイバ、すなわ
ち、共通ポートファイバと、第２のポートの光ファイ
バ、すなわち、励起光入力ファイバのそれぞれ光結合器
のポートになっている端部に、図４で説明したようなコ
ア拡大ファイバを使用した場合と普通のファイバ（すな
わち、図４のコア部５０３の部分をコア部５０２の部分
で置きかえたもの）を使用した場合のＭＦＤについて説
明する。

【００５１】共通ポートファイバと励起光入力ファイバ
の前記端部にコア拡大ファイバを使用せずに普通のファ
イバを用いた場合、光ファイバの端面において、波長が
０．９８μｍの光に対するＭＦＤは、４．２５μｍ、波
長が１．５５μｍの光に対するＭＦＤは、６．７５μ
ｍ、これに対して、共通ポートファイバと励起光入力フ
ァイバの前記端部にコア拡大ファイバを使用した場合、
光ファイバの端面において、波長が０．９８μｍの光に
対するＭＦＤは、８．８μｍ、波長が１．５５μｍの光
に対するＭＦＤは、１４μｍである。

【００５２】一方、前記光結合器の第３のポートの光フ
ァイバ、すなわち、信号光出力ファイバは、第３のポー
トになっている端部にコア拡大ファイバではなく普通の
光ファイバを使用しており、その端面における波長が
１．５５μｍの光に対するＭＦＤは１１μｍである。

【００５３】したがって、第１および第２のポートの光
ファイバに前記の如く光ファイバの端部をコア拡大ファ
イバにした光ファイバを用いれば、その端面において、
波長が０．９８μｍの励起光に対するＭＦＤを８．８μ
ｍ、波長が１．５５μｍの信号光に対してＭＦＤを１４
μｍ程度にすることができ、第２のポートから第１のポ
ートへの励起光の光結合と、第１のポートから第３のポ
ートへの信号光の光結合における前記従来の課題を解決
することができる。

【００５４】図２は本発明による励起光結合器の基本構
成の例を示す図である。

【００５５】図２において、符号３０１は第１のポート
の共通ポートファイバ、３０２は第２のポートの励起光
入力ファイバ、３０３は第３のポートの信号光出力ファ
イバ、３０４はレンズ（Ａ）、３０５はレンズ（Ｂ）、
３０６は反射・透過フィルタ、３０７は光アイソレー
タ、３０８（ａ）と３０８（ｂ）は信号光の進行方向を
示す矢印（以下、矢印３０８（ａ）、３０８（ｂ）とも
いう）、３０９（ａ）、３０９（ｂ）は励起光の進行方
向を示す矢印（以下、矢印３０９（ａ）、３０９（ｂ）
ともいう）、３１０（ａ）は共通ポートファイバのコア
拡大部、３１０（ｂ）は励起光入力ファイバのコア拡大
部である。

【００５６】図６を用いて説明した従来の励起光結合器
と異なる点は、第１のポートの共通ポートファイバ３０
１および第２にポートの励起光入力ファイバ３０２の先
端部に前記熱拡散法によるコア拡大処理すなわちＴＥＣ
処理をしたコア拡大ファイバを使用していること、レン
ズ（Ａ）３０４としてその焦点距離がレンズ（Ｂ）３０
５の焦点距離と同一あるいは近接しているレンズを使用
していること、および、波長が０．９８μｍの光を反射
し、波長が１．５５μｍの光を透過するという特性を持
つ反射・透過フィルタを使用していることである。

【００５７】この構成の中で、共通ポートファイバ３０
１と励起光入力ファイバ３０２は同種のファイバであ
り、そのファイバのコア拡大処理をしていない部分のコ
ア径（ＭＦＤ）は、波長０．９８μｍの光において４．
２５μｍ、波長が１．５５μｍの光において６．７５μ
ｍである。

【００５８】そして、これらのファイバの先端部はいず
れもＴＥＣ処理されており、その部分ではファイバのコ
ア径（ＭＦＤ）は、波長が０．９８μｍの光において７
μｍ、波長が１．５５μｍの光において１１μｍになっ
ている。

【００５９】一方、第３のポートの信号光出力ファイバ
３０３のファイバコア径は、波長が１．５５μｍの光に
おいて１１μｍである。

【００６０】励起光入力ファイバ３０２の、光結合器の
ポートとは反対側の端部には、波長が０．９８μｍの外
部光源（図示せず）が励起光源として接続されている。
励起光源からの波長が０．９８μｍの励起光は、励起光
入力ファイバ３０２に沿って矢印３０９（ａ）で示した
励起光進行方向に進み、ＴＥＣ処理されたファイバ先端
のコア拡大部３１０（ｂ）から出射し、レンズ（Ａ）３
０４を通り、反射・透過フィルタ３０６で反射され、レ
ンズ（Ａ）３０４を逆方向に進んだ後、共通ポートファ
イバ３０１のコア拡大部３１０（ａ）に結合し、共通ポ
ートファイバ３０１内を矢印３０９（ｂ）で示した励起
光進行方向に進む。

【００６１】一方、共通ポートファイバ３０１のコア拡
大部３１０（ａ）とは反対側に接続されているＥＤＦ
（図２には図示せず））で増幅された波長が１．５５μ
ｍの信号光は、共通ポートファイバ３０１を矢印３０８
（ａ）で示した信号光進行方向に進み、共通ポートファ
イバ３０１のＴＥＣ処理されたコア拡大部３１０（ａ）
から出射し、レンズ（Ａ）３０４にて平行ビームに変換
され、反射・透過フィルタ３０６および光アイソレータ
３０７を通り、レンズ（Ｂ）３０５にて集光され、信号
光出力ファイバ３０３へ結合する。

【００６２】光アイソレータ３０７は矢印３０８（ｂ）
で示した信号光進行方向とは逆方向に進む光を吸収する
ために用いている。

【００６３】以上の動作の中で注意されるべきは、本構
成においては確かに異種のファイバを混在して使用して
はいるが、等価的にはほぼ同種のファイバを使用してい
ると見なすことができる点にある。これは、あたかも全
てのファイバが信号光出力ファイバと同等であるかのご
とくになっていることを意味するものである。そのた
め、レンズ（Ａ）３０４および（Ｂ）３０５として同一
焦点距離（または近接した焦点距離）を持ったレンズを
使用することができる。

【００６４】図３は本発明の励起光結合器の基本構成の
他の例を示す図である。

【００６５】図３において、符号４０１は、本発明の光
結合器の、第１のポートに用いられている共通ポートフ
ァイバ、４０２は第２ポートの励起光入力ファイバ、４
０３は第３のポートの信号光出力ファイバ、４０４と４
０５は円柱レンズ、４０６は反射・透過フィルタとして
の蒸着面、４０７は光アイソレータ、４０８（ａ）と４
０８（ｂ）は信号光の進行方向を示す矢印（以下、矢印
４０８（ａ）、４０８（ｂ）ともいう）、４０９（ａ）
と４０９（ｂ）は励起光の進行方向を示す矢印（以下、
矢印４０９（ａ）、４０９（ｂ）ともいう）、４１０
（ａ）は共通ポートファイバ４０１の前記光結合器の第
１のポートになっている端部のコア拡大部、４１０
（ｂ）は励起光入力ファイバ４０２の前記光結合器の第
２のポートになっている端部のコア拡大部である。

【００６６】図３の基本構成が図２の基本構成と異なる
点は、レンズとしての自己集束型円柱レンズを用い、ま
た反射・透過フィルタをレンズと別体とせず、円柱レン
ズの端面（平面）に形成していることである。

【００６７】先端部がＴＥＣ処理されたコア拡大部を有
する共通ポートファイバ４０１と励起光入力ファイバ４
０２は隣接して一体化されたようにキャピラリーに保持
されており、両ファイバの先端部は円柱レンズ４０４の
焦点面位置に配置されている。

【００６８】共通ポートファイバ４０１から矢印４０８
（ａ）で示した信号光進行方向に進行してきた信号光
は、ＴＥＣ処理された先端部であるコア拡大部４１０
（ａ）から出射し、その光ビームは円柱レンズ４０４の
一方の端面に入射して、円柱レンズ４０４の内部で図の
点線のように徐々に拡がり、円柱レンズ４０４の他の平
面端部に達する。

【００６９】円柱レンズ４０４の前記他の平面端部に
は、波長が０．９８μｍの光を反射させ、波長が１．５
５μｍの光を透過させる誘電体多層膜が蒸着されて反射
・透過フィルタとしての蒸着面４０６を形成している。

【００７０】円柱レンズ４０４は、前記の広がった光ビ
ームが反射・透過フィルタとしての蒸着面４０６で平行
光になるようにレンズ長があらかじめ設定してあるの
で、波長が１．５５μｍの信号光は図のようにそのまま
通過して、光アイソレータ４０７、円柱レンズ４０５を
経由して信号光出力ファイバ４０３に結合する。

【００７１】一方、励起光入力ファイバ４０２に入射し
た波長が０．９８μｍの励起光は、矢印４０９（ａ）で
示した励起光進行方向に進み、励起光入力ファイバ４０
２のコア拡大部４１０（ｂ）から出射し、円柱レンズ４
０４の一方の端面に入射して、円柱レンズ４０４の内部
で点線のように徐々に拡がり円柱レンズの他の平面端部
にある反射・透過フィルタとしての蒸着面４０６に達す
るが、そこで反射され、円柱レンズ４０４の内部を逆進
し、円柱レンズ４０４から出射して共通ポートファイバ
４０１に結合する。

【００７２】このとき、励起光ビームの反射・透過フィ
ルタとしての蒸着面４０６における入射角は０°でな
く、したがって、反射角も０°でない。

【００７３】前記入射角が０°でない理由は、共通ポー
トファイバ４０１の先端部と励起光ファイバ４０２の先
端部が同一位置に存在していないからである。もちろん
前記両ファイバの先端部とレンズ４０４の端面との距離
は同じである。

【００７４】

【発明の効果】次に、本発明の効果について説明する。

【００７５】従来の０．９８μｍ用励起光結合器は、前
記のように、共通ポートファイバ２０１および励起光入
力ファイバ２０２は信号光出力側ファイバ２０３に比べ
て、ＭＦＤの小さい、かつ開口数の大きいものをそのま
ま使用していた。

【００７６】このような状況で、共通ポートファイバ２
０１と信号光出力ファイバ２０３との光結合を形成しよ
うとするとき、理論的にレンズ（Ａ）２０４として、レ
ンズ（Ｂ）２０５に比べて焦点距離の短いものを使用せ
ざるを得ない。

【００７７】このことは、共通ポートファイバ２０１あ
るいは励起光入力ファイバ２０２とレンズ（Ａ）２０４
とからなるコリメータ系（すなわち、レンズの焦点距離
位置にファイバ先端部を持ってきてファイバからの出射
光をレンズで平行ビームに変換する、あるいはその逆の
機能を形成する系）を形成する際、ファイバの先端部と
レンズ間の距離を極めて高精度に制御しなければ低損失
の光結合がなされない。

【００７８】しかるに本発明の励起光結合器において
は、前記の如く、共通ポートファイバあるいは励起光入
力ファイバのファイバ先端部をＴＥＣ処理などによるコ
ア拡大部にすることにより、共通ポートファイバと信号
光出力ファイバの間の信号光の結合を、あたかも信号光
出力ファイバと同等のファイバパラメータを有するファ
イバ間の結合に置き換えることができるので、上記コリ
メータ系を形成する際におけるファイバ先端部とレンズ
間の距離設定精度が大幅に緩和されるという効果があ
る。ファイバＭＦＤが大きくかつ開口数が小であること
は、ファイバとレンズの間の距離設定精度を緩めること
ができるという効果がある。

【００７９】図５は本発明の効果を説明するための実験
データの図である。

【００８０】図５（Ａ）は、従来の励起光結合器の２芯
ファイバ結合部を示す図、図５（Ｂ）は、本発明の励起
光結合器の２芯ファイバ結合部を示す図、図５（Ｃ）は
図５（Ａ）と（Ｂ）の結合部における共通ポートファイ
バと励起光入力ファイバの間の光結合損失がレンズ
（Ａ）とファイバ間の距離を変えることによって如何に
変化するかを表した図である。

【００８１】図５（Ａ）と（Ｂ）において、ｌ₀は、励
起光入力ファイバと共通ポートファイバの間の結合損失
を最小にするときのファイバの端面とレンズ（Ａ）の中
心との距離、すなわち最適値、Δｌは前記ファイバの端
面とレンズ（Ａ）の中心との距離と前記最適値ｌ₀との
差である。

【００８２】図５（Ｃ）において、縦軸は結合損失の最
適値、すなわち、共通ポートファイバおよび励起光入力
ファイバの各端面とレンズ（Ａ）の中心間の距離がｌ₀
の時の結合損失からの変化量（単位、ｄＢ）、横軸はフ
ァイバ端面とレンズ（Ａ）の中心との距離の前記最適ｌ
₀からのずれ（μｍ）を表し、符号５５０は従来の光結
合器における距離の変化−結合損失の変化量の関係を示
すグラフ、５６０は本発明の光結合器における距離の変
化−結合損失の変化量の関係を示すグラフである。

【００８３】これからわかるように、ＴＥＣ処理などに
よるコア拡大部を端部に有するファイバを使用した場合
には、使用しない場合に比較して上記距離変化に対する
光結合損失の変化が極端に小さいことがわかるこれは、
同時に、励起光入力ファイバと共通ポートファイバとの
結合の際に必要とされる反射・透過フィルタの角度調整
の角度設定精度をも緩和する効果がある。

【００８４】以上の観点より、共通ポートファイバある
いは励起光入力ファイバとレンズ（Ａ）にてコリメータ
系を形成する際、さらにはこれら両ファイバ間の光結合
を形成する際に、上記ファイバの先端部とレンズ（Ａ）
との設定距離を高精度に制御することなく、容易に低損
失の光結合系が達成されることになる。

【００８５】また、共通ポートファイバと励起光入力フ
ァイバの両ファイバは、前記の如く、互いに隣接かつ密
着させて一体化してキャピラリーに保持し、それらの先
端部を同一条件で同時に研磨して、レンズ（Ａ）の焦点
位置に配置される。

【００８６】しかしながら、前記両ファイバの一体化条
件、研磨条件等により、両ファイバの先端部は必ずしも
その先端位置が揃っているとは限らず、このことは前述
のコリメータ形成において最適条件を崩す要因になる。
なぜなら、ファイバ先端位置とレンズとの距離が両者ま
ちまちであると最適結合（損失が最小）は得られないか
らである。

【００８７】特に従来の構成の光結合器では、前記ファ
イバ端・レンズ間距離の設定精度の厳しさからわかるよ
うに、ファイバ先端位置およびＭＦＤの不揃いは結合損
失の増大を招きやすい。

【００８８】本発明においては、前記のように、ファイ
バ先端部とレンズの間の距離設定条件が緩いことから、
このように両ファイバの先端部がたとえ不揃いであるに
しても、これら不完性を吸収し、結合特性を安定にする
利点がある。

【００８９】このことは励起光結合器製造時の組み立
て、調整を容易にするとともに、製造歩留まりを改善
し、ひいては製造コストを低減する効果につながる。

【００９０】さらに、上記ファイバ先端とレンズとの距
離設定条件の緩和性、および反射・透過フィルタの角度
設定条件の緩和性は、光結合特性の信頼性をも向上させ
る効果がある。

【００９１】つまり、何らかの外的環境条件、たとえ
ば、本発明の励起光結合器が温度変化を受けたとき、実
装条件によっては、ファイバ先端・レンズ間距離あるい
は反射・透過フィルタの角度が変化する可能性がある。

【００９２】しかし、上述のように、ＴＥＣ処理などに
よって端部の一定長さの部分のコア拡大処理がなされた
ファイバでは、その部分のＭＦＤが大になっているた
め、あたかもファイバコア径が大になっていることと等
しい効果をもたらす。

【００９３】このことは反射・透過フィルタの許容設定
角度条件が緩和されることを意味する。

【００９４】すなわち、本発明の励起光結合器は、外的
条件の変化に対しても安定している利点がある。

【００９５】以上を勘案するに、本発明の励起光結合器
は、組み立て調整が容易であり、製造歩留まりが良好
で、製造コストが小さく、特性バラツキが小さく、環境
に対する信頼性が高いなどの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＤＦ増幅器の基本構成を説明する図である。

【図２】本発明の励起光結合器の基本構成の例を説明す
る図である。

【図３】本発明の励起光結合器の基本構成の他の例を説
明する図である。

【図４】本発明の光結合器に用いるコア拡大ファイバを
説明する図である。

【図５】本発明の効果を説明するための実験データの図
である。

【図６】従来の励起光結合器の構成を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０１：波長合成器１０２：入力側アイソレータ１０３：励起光結合器１０４：ＥＤＦ１０５：出力側アイソレータ１０６：信号光入力ポート１０７：励起光入力ポート１０８：信号光出力ポート１０９：共通ポート１１０（ａ），１１０（ｂ），１１０（ｃ），２０８
（ａ），２０８（ｂ）３０８（ａ），３０８（ｂ），４
０８（ａ），４０８（ｂ），１１１（ａ），１１１
（ｂ），２０９（ａ），２０９（ｂ），３０９（ａ），
３０９（ｂ），４０９（ａ），４０９（ｂ），５０４，
５０５：矢印１１２：信号光入力ファイバ１１３，２０３，３０３，４０３：信号光出力ファイバ１１４，２０２，３０２，４０２：励起光入力ファイバ１１５，２０１，３０１，４０１：共通ポートファイバ２０４，３０４：レンズ（Ａ）２０５，３０５：レンズ（Ｂ）２０６，３０６：反射・透過フィルタ２０７，３０７，４０７：光アイソレータ３１０（ａ），３１０（ｂ），４１０（ａ），４１０
（ｂ）：コア拡大部４０４，４０５：円柱レンズ４０６：反射・透過フィルタとしての蒸着面５００：光ファイバ５０１：クラッド部５０２，５０３：コア部５５０：従来の光結合器の結合損失のグラフ５６０：本発明の光結合器の結合損失のグラフ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバ（以下、単にファイバともい
う）を使用した第１のポートと、第２のポートと、第３
のポートの３つのポートを有する光結合器において、前
記第１のポートの光ファイバは、その一端が信号光を増
幅することが出来る光増幅器に接続されているとともに
他端が前記光結合器のポートになっており、前記第２の
ポートの光ファイバは、その一端が半導体レーザなどの
励起用光源に接続されているとともに他端が前記光結合
器のポートになっており、前記第３のポートの光ファイ
バは、その一端が前記光結合器のポートになっており、
前記第２のポートは前記第１のポートに光結合するよう
に配置され、さらに、前記第１のポートは前記第３のポ
ートに光結合するように配置されており、前記第１のポ
ートの光ファイバと前記第２のポートの光ファイバの前
記光結合器の各ポートになっている端面における励起光
波長の光に対するモードフィールド径（すなわち、ｍｏ
ｄｅｆｉｅｌｄｄｉａｍｅｔｅｒ、以下、ＭＦＤと
もいう）が概ね同一であり、信号光の波長の光に対する
前記第１のポートの光ファイバの前記端面におけるＭＦ
Ｄは、前記第３のポートの光ファイバの端面における信
号光の波長の光に対するＭＦＤよりも小さくないことを
特徴とする光結合器。
【請求項２】請求項１に記載の光結合器において、前
記第１および第２のポートの光ファイバの励起光波長の
光に対するＭＦＤは、それぞれ、前記各光ファイバの前
記光結合器のポートになっている端面における値よりも
光ファイバの前記端面から遠い位置における値の方が小
さいことを特徴とする光結合器。
【請求項３】請求項２に記載の光結合器において、励
起光波長の光に対する前記第１および第２のポートの各
光ファイバの前記端面におけるＭＦＤが、前記各ポート
になっている光ファイバの端面から少なくとも３ｍｍの
長さの範囲において、前記端面から離れるにしたがって
小さくなっているいわゆるコア拡大ファイバであること
を特徴とする光結合器。
【請求項４】請求項２または３に記載の光結合器にお
いて、前記第１および第２のポートに使用される光ファ
イバとして、前記ポートになっている端面の近傍の光フ
ァイバコアが前記端面から１０ｍｍ以上離れた部分の光
ファイバコアよりも実質的なコアの直径が拡大されてい
るいわゆるコア拡大ファイバが使用されていることを特
徴とする光結合器。
【請求項５】請求項３または４に記載の光結合器にお
いて、前記コア拡大ファイバが熱拡散法により拡大され
たコア（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｎｌ−ａｒｇｅ
ｃｏｒｅ、ＴＥＣともいわれている）を有する光ファイ
バであることを特徴とする光結合器。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の光
結合器において、前記第２のポートに入力され前記第１
のポートに結合される光の波長が約０．９８μｍであ
り、前記第１のポートから出射して前記第３のポートに
結合される光の波長が約１．５５μｍであることを特徴
とする光結合器。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の光
結合器において、前記第１のポートの光ファイバはその
内部で信号光と励起光がそれぞれ逆の方向に進行する共
通ポートファイバであり、前記第２のポートの光ファイ
バは励起光入力ファイバであり、前記第３のポートの光
ファイバは前記第１のポートから光結合して入射される
信号光を出力する信号光出力ファイバであり、前記第１
のポートと第２のポートの光ファイバの端面が平行に配
置されており、前記第１のポートから出射され前記第３
のポートに光結合するように進行する光の光路に、第１
のレンズ、反射・透過フィルタ、アイソレータ、第２の
レンズの順に各構成要素が配置されており、前記反射・
透過フィルタは、前記第２のポートの光ファイバ端面か
ら出射され前記第１のレンズを通って入射される励起光
を反射して再び前記第１のレンズを通して前記第１のポ
ートの光ファイバに光結合することができるようにする
ものであるとともに、前記第１のポートから出射されて
前記第３のポートに入射させる信号光は透過されるもの
であることを特徴とする光結合器。
【請求項８】請求項７に記載の光結合器において、前
記第３のポートの光ファイバの端面が前記第２のレンズ
の焦点の位置に配置されていることを特徴とする光結合
器。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の光
結合器において、前記光結合器のポートになっている前
記第１と第２のポートの光ファイバの端部が同一の保持
具に固定保持されていることを特徴とする光結合器。
【請求項１０】請求項９に記載の光結合器において、
前記保持具が、前記第１のポートの光ファイバを挿入す
る第１の貫通孔と前記第２のポートの光ファイバを挿入
する第２の貫通孔を有し、さらに、前記第１の貫通孔と
前記第２の貫通孔の長さ方向において前記第１および第
２の貫通孔の少なくとも一部がスリット状の隙間（以
下、スリットともいう）で連結されていることを特徴と
する光結合器。
【請求項１１】請求項１０に記載の光結合器におい
て、前記保持具の第１の貫通孔と第２の貫通孔の横断面
（貫通孔の長手方向に垂直な断面）の形状が前記スリッ
トによる切欠部を有する円形状であり、前記第２の貫通
孔の直径が第１の貫通孔の直径より小さくないことを特
徴とする光結合器。