JP2006522366A - 減じられたクラッド径の希土類添加ファイバコイル及びこれを利用した光増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】高いデータ速度通信において光増幅器内で小さいコイル径で使用可能な希土類添加ファイバコイルを提供する。
【解決手段】本発明による希土類添加ファイバコイルはクラッドによって包囲された希土類添加コアを含む希土類添加光ファイバからなる。外側クラッド径は１００μｍ未満である。希土類添加光ファイバは１０ｍから５０ｍの長さを有しており、４０ｍｍ未満の曲げ半径でコイルに巻回されている。

Description

本出願は、２００３年４月１日に出願された米国仮出願第６０／４５９，８４２号の「減じられたクラッド径の希土類添加ファイバコイル及び該コイルを利用した光増幅器」の利益を請求する。

本発明は、小なるクラッド径を有する光希土類添加ファイバに関し、より詳細には、小なるクラッド径を有するコイルに巻回若しくは屈曲収容された光希土類添加ファイバに関する。

希土類添加光ファイバは一般的に光増幅器に利用されている。光増幅器の例としては、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦＡ）が知られている。典型的なエルビウム添加ファイバは１２５μｍの外側クラッド径を有する。このタイプのファイバを小なる曲げ半径（３５ｍｍ若しくはそれ未満）でコイル化したとき、該コイルは曲げ誘起複屈折による問題を生ずる。よりきつい（より小さい）曲げ半径となればなるほど、より大なる曲げ誘導複屈折量となる。より詳細には、曲げ誘起複屈折は曲げ半径の二乗に反比例する。曲げ誘起複屈折は、ＤＧＤ、すなわち差動群遅延を結果として引き起こす。図１に示した如く、より小なる曲げ半径であればあるほど大なるＤＧＤとなるのである。すなわち、曲げ誘起複屈折によって、光信号のある偏波成分は他の偏波成分よりも速くファイバを伝播するのである。この結果、偏波モード分散、すなわちＰＭＤが波長バンドに亘ってＤＧＤ値の平均値となるので、曲げ誘起複屈折もＰＭＤを増加させる結果となる。ＰＭＤは信号パルス幅を広げるために特に高データ速度の増幅器では問題を含む。つまり、光ファイバ伝送システムにおいてエラーを生じることのないビット伝送速度を制限する。すなわち、ＤＧＤ及びＰＭＤは高いデータ速度において光増幅器内により小さいコイル径を使用することを妨げる制限因子となるのである。

本発明によれば、希土類添加ファイバコイルはクラッドによって包囲された希土類添加コアを有する希土類添加光ファイバからなる。外側クラッド径は１００μｍ未満である。希土類添加光ファイバは、１０ｍから５０ｍの長さを有し且つ４０ｍｍ未満の曲げ半径で巻回される。

１つの実施例によれば、希土類添加光ファイバはＥｒを添加された光ファイバである。

１つの実施例によれば、曲げ半径は８ｍｍから２０ｍｍの間にある。

１つの実施例によれば、外側クラッド径は７０μｍから９５μｍの間にある。

本発明の１つの効果は、製造のためのガラス量をより減じて、巻回された光ファイバが減じられたＤＧＤ及びＰＭＤを示すということである。更に、同じ長さのファイバであってもより小さい体積内に実装することが出来て、光増幅器全体のサイズを減じることができる。従って、例えば、本発明は、より小さいパッケージ内に若しくは超低ＰＭＤを有する光増幅器を製作するために利用できる。

本発明の更なる特徴及び効果は後述する詳細な説明に記載され、部分的には、当業者であれば直ちに明らかであるか若しくは添付図面、特許請求の範囲、詳細な説明を含むここに記載された発明を実施することによって直ちに認識されるであろう。

前述の概要及び以下の詳細な説明は本発明の典型的な実施例を示しており、特許請求の範囲に記載された本発明の性質又は特徴を理解するための概要若しくは骨格を与えることを目的としていると理解されるであろう。添付図面は、本発明の更なる理解を与えるためにここに含まれて、本明細書に取り込まれることで本明細書の一部を構成する。図面は、本発明のさまざまな実施例を示すとともに、発明の詳細な説明の記載とともに本発明の原理及び動作の説明を与える。

発明を実施するための形態

添付図面に示された実施例を参照しながら本発明の好適な実施例を詳細に説明する。可能な限り、同じ参照番号は同じ若しくは類似の部分を参照するように図面全体に亘って使用されている。

本発明による減じられたクラッド径の希土類添加ファイバコイルの１つの実施例が図２に示される。これは参照番号１０によって全ての図面で参照されている。ファイバコイル１０は、４０ｍｍ未満の曲げ半径（コイル半径Ｒと記載されている）を有する。複屈折によるＰＭＤ効果を最小に維持する一方で、よりコンパクトにするためには、曲げ半径Ｒは８ｍｍから３５ｍｍの間、より好ましくは８ｍｍから２０ｍｍの間、最も好ましくは１０ｍｍから１５ｍｍの間にあることが好ましい。しかしながら、曲げ半径Ｒが小さすぎると（すなわち、５ｍｍ未満）、ファイバ曲げ損失が増加するとともに、さらに重要なことにはファイバの信頼性の低下、つまりファイバの寿命が短くなるのである。

本実施例、特に図３に示すように、ファイバ・コイル１０は、１００μｍ未満の外側クラッド径ｄを有するクラッド１６によって包囲された希土類添加コア１４を有する希土類添加光ファイバ１２からなる。外側クラッド径ｄは、７０μｍから９５μｍの範囲内、より好ましくは７２μｍから９０μｍの範囲内、更に、より好ましくは７５μｍから８５μｍの範囲にある。希土類添加光ファイバは、１０ｍから５０ｍの長さＬを有し、光増幅器に利用されるときには１０ｍから３０ｍの範囲内の長さであることが好ましい。外側クラッド径ｄがあまり小さすぎる（すなわち７０μｍ未満の）場合、ファイバの強度が低下して取り扱いが困難となってしまうとともに、ミクロ曲げのような摂動に対してより敏感になってしまうのである。

曲げ誘起複屈折、ＤＧＤ及びＰＭＤは、外側クラッド径ｄの二乗に比例する。すなわち、１２５μｍから８０μｍまで外側クラッド径のサイズを減少せしめると、（８０／１２５）²＝０．４１×（１２５μｍ外径全く同じ構成のファイバの）ＰＭＤ、つまりＰＭＤを５９％減じるのである。同様に、９０μｍの外側クラッド径は、１２５μｍ外径の全く同じ構成ファイバのＰＭＤのわずか０．５２倍、つまり、ＰＭＤを４８％減じるのである。

図４は、２つの典型的な光ファイバのＤＧＤ及び外側クラッド径との関係を例示する。特に、図４の垂直軸は、ＤＧＤ（ｆｓで測定）を表す。水平軸は、ｍｍ^-2の単位で、ファイバの外側クラッド径の二乗の逆数（１／ｄ²）である。図４に示すこれらの測定値は、さまざまな半径Ｒの２０ｍファイバ・コイルを使用して測定された。これらの測定において、コイル半径Ｒは５ｍｍから１０ｍｍの間にあった。外側クラッド径ｄ＝１２５μｍを有する希土類添加ファイバ（Ｅｒ添加ファイバ）は線Ａで示されている。減じられたクラッド径ｄ＝８０μｍである以外は全く同じ構成を有する他の希土類添加ファイバは線Ｂで示されている。ファイバＡよりもファイバＢはより小さいＤＧＤとなることを図４は明確に示している。ＰＭＤの減少は、およそ上記の計算と一致している。

典型的なファイバＡ及びＢは、以下のコア組成：８．６ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、１３．６ｗｔ％のＧｅＯ₂、７００ｗｔｐｐｍのＥｒ₂Ｏ₃を有する。ファイバ分布は、図５に示される。これらのファイバのクラッドはシリカからなる。

しかしながら、上記した如く、ＤＧＤ及びＰＭＤはファイバの構成に関係なくファイバの外側クラッド径の二乗に比例するので、巻回された希土類添加光ファイバのクラッド径を減少せしめることで、より良好なＤＧＤ、ＰＭＤ及びより小さいパッケージ体積を得ることが出来るのである。後者の特性は、特に光増幅器全体のサイズを減じることに役立つ。

図６に示すように、光増幅器２０はその増幅媒体として希土類添加ファイバコイル１０を利用している。この典型的な増幅器において、光結合器２４によって希土類添加ファイバ１２に接続されたポンプ源２２（例えば、レーザーダイオード）によって、コイル１０はポンプされる。光カプラー２４は、入力信号Ｓを増幅して出力として増幅信号Ｓ’を与える希土類添加ファイバ１２へポンプ源２２から入射光信号Ｓ及びポンプ光を与える。選択的に、付加ポンプパワーを与えるために他のポンプ源２２’が付加光カプラー２４’を経て、希土類添加ファイバ１２に接続されてもよい。

上記した如く、コイル１０の希土類添加増幅ファイバ１２はクラッドによって包囲された希土類添加コア１４を有する。外側クラッド径ｄは１００μｍ未満、好ましくは９５μｍ未満、より好ましくは９０μｍ以下、更に好ましくは７５μｍから８５μｍである。希土類添加光ファイバ１２の長さは、１０ｍから５０ｍであって、曲げ半径は４０ｍｍ未満である。好ましくは、曲げ半径Ｒは３５ｍｍ以下であって、より好ましくは１０ｍｍから２０ｍｍである。

多様な変更及びバリエーションが本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明によりなされえることは当業者であれば明らかであろう。すなわち、本発明は、ここに添付される特許請求の範囲及びその均等の範囲で与えられる本発明の変更及びバリエーションをカバーすることを意図している。

曲げ半径Ｒに対する差動群遅延ＤＧＤの図である。 本発明の１つの実施例の図である。 図２の光ファイバの断面図である。 同じ構造の２つの光ファイバのＤＧＤと外側クラッド径との関係を示す図である。 典型的な希土類添加ファイバの屈折率分布の図である。 図２のファイバ・コイルを用いた光増幅器の図である。

Claims (10)

1. １００μｍ未満の外側クラッド径を有するクラッドによって包囲された希土類添加コアを含む希土類添加光ファイバを含む希土類添加ファイバコイルであって、
   前記希土類添加光ファイバは１０ｍから５０ｍの長さを有し且つ４０ｍｍ未満の曲げ半径でコイルに巻回されていることを特徴とする希土類添加ファイバコイル。
2. 前記クラッド径は７２μｍから９０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の希土類添加ファイバコイル。
3. 前記希土類添加光ファイバはＥｒを添加された光ファイバであることを特徴とする請求項１又は２記載の希土類添加ファイバコイル。
4. 前記曲げ半径は８ｍｍから３５ｍｍの間にあることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１に記載の希土類添加ファイバコイル。
5. 前記曲げ半径は１０ｍｍから１５ｍｍの間にあることを特徴とする請求項４記載の希土類添加ファイバコイル。
6. 一定長の希土類添加増幅ファイバを含む光増幅器であって、前記増幅ファイバは１００μｍ未満の外側クラッド径を有するクラッドによって包囲された希土類添加コアを有し、前記希土類添加光ファイバは１０ｍから５０ｍの長さを有し且つ４０ｍｍ未満の曲げ半径を有することを特徴とする光増幅器。
7. 前記希土類添加光ファイバはＥｒ添加光ファイバであることを特徴とする請求項６記載の光増幅器。
8. 前記曲げ半径は８ｍｍから２０ｍｍの間にあることを特徴とする請求項６又７記載の光増幅器若しくは請求項１乃至５のうちの１に記載の希土類添加ファイバコイル。
9. 前記クラッド径は７０μｍから９５μｍの間にあることを特徴とする請求項７乃至８のうちの１に記載の光増幅器。
10. 前記外側クラッド径は７５μｍから８５μｍの間にあることを特徴とする請求項９記載の光増幅器。
    
    
    

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