説明

波長多重光源

【課題】 本発明の課題は、出力光のピーク波長の数や強度などの出力特性をより良くすることのできる波長多重化光源を提供することにある。
【解決手段】 定常光からなる励起光が発生される励起光発生部1と、前記励起光が入射され、この励起光により誘起される非線形光学効果によって、該励起光とは異なる波長の光を発生し、前記励起光の波長の光とともに、出力光として出力する光ファイバ2とを有する波長多重化光源であって、前記光ファイバ2としては、誘導ブリルアン散乱を抑圧する光ファイバが用いられている波長多重化光源。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に光通信に利用される波長多重光源に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバ通信システムにおいて、通信容量の増大に伴い、波長多重通信(WDM)システムが注目されている。このシステムにおいては、複数の異なる波長を持つ信号光を一括し波長多重信号として伝送することにより、伝送容量を拡大している。このような波長多重通信システムにおいて使用される波長多重光源の一例を図6に示す。
【0003】図6に示すように、この波長多重光源は、それぞれ異なったピーク波長を有する信号光を発生する複数の信号光発生器3a,3b,・・・,3nと、これら信号光発生器3a,3b,・・・,3nから出た信号光を合波し、波長多重信号光とする合波器4と、この波長多重信号光を出力する光ファイバ5とを有している。このような波長多重光源では、波長多重信号光のピーク波長数を増加させるためには、信号光発生器3a,3b,・・・,3nの数をも増加させなければならず、装置構成が複雑になってしまうという問題があった。
【0004】そのため従来より、このような問題を解決した波長多重光源として、例えば四光波混合やラマン散乱等の非線形光学効果を利用して、1つ以上の波長の光から、波長変換によって、それとは異なる1つ以上の波長の光を発生させて波長多重信号光とするものが提案されてきた。
【0005】このような波長変換技術を応用した従来の波長多重光源の例として、上記四光波混合効果を利用したものを図7に示す。図7に示すように、この波長多重光源は、励起光発生部1と、非線形媒質となる光ファイバ5とを有している。
【0006】前記励起光発生部1は、例えば第一、第二の信号光発生器3a,3bと、合波器4とからなる。
【0007】この図7の波長多重光源においては、第一、第二の信号光発生器3a,3bで発生した各信号光は合波器4により合波され、励起光として光ファイバ5に入射される。そしてこの光ファイバ5において、四光波混合効果により、前記励起光とは異なったピーク波長の光が発生する。四光波混合の場合、3つの光周波数f1,f2,f3(f1=f2であってもよい)の光からf4=f1+f2−f3の光周波数を有する光が発生する。
【0008】これらの光同士の相互作用によって、さらに、異なるピーク波長の光の発生が繰り返され、波長多重信号光として光ファイバ5から出力される。このように図7の波長多重光源では、信号光発生器3a,3bを2個しか使用していないにも係わらず、多数のピーク波長を有する波長多重信号光を出力させることができる。
【0009】さて、このような波長多重光源において、発生する波長多重信号光の強度を大きくするためには、非線形媒質中での励起光強度の密度を大きくしたり、非線形媒質の作用長を長くする等の手段が有効である。光ファイバ5は、細い径のコア内に励起光を閉じ込めることができるので、励起光強度の密度を大きくすることができ、かつ条長を長くすることにより作用長を長くすることができるので、上記条件を満たす高性能の非線形媒質として利用されている。
【0010】ただし従来は、例えばドーパントの濃度や比屈折率差やコア径などの条件が、光ファイバ長手方向で均一な通常の光ファイバ5が使用されていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし上述のような波長多重光源においては、光ファイバ5の長手方向全体でブリルアン散乱が発生し、励起光とは逆方向に伝搬する誘導ブリルアン散乱(Stimulated Brillouin Scattering :以下単にSBSと省略する)光が発生してしまうことがある。
【0012】このSBS光は、光ファイバ5中を伝搬する光が該光ファイバ5中の音響フォノンによって散乱されるブリルアン散乱光が誘導的に発生したものである。
【0013】ここで光ファイバ5に入射する励起光(以下単に、入射励起光、と称する)の強度変化に対する、入射励起光のうち波長多重信号光の発生に寄与するもの(以下単に、有効励起光、と称する)の強度変化と、後方散乱光の強度変化の関係を図8に示す。
【0014】図8に示すように、光ファイバ5中への入射励起光の強度を大きくしていくと、最初は有効励起光の強度がほぼ正比例して大きくなり、後方散乱光の強度はあまり大きくならない。しかし入射励起光の強度がある値(以下単に、SBS発生閾値、と称する)を越えると、飽和分となる入射励起光は殆どSBS光に変換されてしまうようになり、そのため後方散乱光の強度は急激に増大し、有効励起光の強度はほとんど大きくならなくなる。すなわち入射励起光から波長多重信号光への光変換効率が低下してしまう。
【0015】従って従来の波長多重光源では、上記SBS発生閾値が低かったので、光変換効率の低下により、波長多重信号光のピーク波長の数や強度などの出力特性があまり良くならない、という問題が生じていた。このような問題は、光ファイバ中を伝搬する光がパルス型から定常型に近づくにつれ、SBS光の強度が大きくなるため、顕著なものとなっていた。
【0016】本発明は前記課題を解決するためになされたもので、その目的は、波長多重信号光のピーク波長の数や強度などの出力特性をより良くすることのできる波長多重光源を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の波長多重光源は、励起光を発生する励起光発生部と、前記励起光が入射され、この励起光により誘起される四光波混合効果によって、該励起光とは異なる波長の光を発生し、波長多重信号光として出力する光ファイバとを有する波長多重光源であって、前記光ファイバとしては、誘導ブリルアン散乱を抑圧する光ファイバが用いられていることを特徴とする。
【0018】請求項2記載の本発明の波長多重光源は、請求項1記載のものであって、誘導ブリルアン散乱を抑圧する光ファイバとして、励起光波長のいずれかまたは全てに対する波長分散が零となる関係が光ファイバの比屈折率差とコア径を大小同方向に変化させることによって得られる特性を持った光ファイバであって、コアの外周側にクラッドを形成して成る光ファイバの少なくともコアの比屈折率差とコア径が光ファイバの長手方向に変化しており、該コアの比屈折率差が小さくなるにつれてコア径を小さくしコアの比屈折率差が大きくなるにつれてコア径を大きく形成して使用波長帯での波長分散を光ファイバの長手方向全域にわたって等しく形成したものが使用されていることを特徴とする。
【0019】請求項3記載の本発明の波長多重光源は、請求項1記載のものであって、誘導ブリルアン散乱を抑圧する光ファイバとして、励起光波長のいずれかまたは全てに対する波長分散が零となる関係が光ファイバの比屈折率差とコア径を大小異方向に変化させることによって得られる特性を持った光ファイバであって、コアの外周側にクラッドを形成して成る光ファイバの少なくともコアの比屈折率差とコア径が光ファイバの長手方向に変化しており、該コアの比屈折率差が小さくなるにつれてコア径を大きくしコアの比屈折率差が大きくなるにつれてコア径を小さく形成して使用波長帯での波長分散を光ファイバの長手方向全域にわたって等しく形成したものが使用されていることを特徴とする。
【0020】上述の請求項1記載の本発明の波長多重光源においては、非線形媒質となる光ファイバとして、SBS光を抑圧する特性を有する光ファイバ(以下単に、SBS抑圧光ファイバ)が使用されている。
【0021】ここでSBSは、ブリルアン散乱が光ファイバ長手方向の各点で誘導されて発生する現象なので、光ファイバが長手方向で屈折率や濃度分布などに不均一性を有すると、発生しにくくなる。SBS抑圧光ファイバは、このような性質を利用し、光ファイバ長手方向で上述のような特性を不均一にすることによりSBSを抑圧するものである。
【0022】このようなSBS抑圧光ファイバを使用することにより、図9に示すように、入射励起光の強度において、SBS光が急激に増加するSBS発生閾値を従来より高くすることができるので、入射励起光から変換されるSBS光の強度が抑圧され、有効励起光の強度をより増大させることができる。
【0023】ここで、上記SBS抑圧光ファイバは、元来、主に光伝送路において光ファイバ線路用に開発されてきた。すなわち光伝送システムにおいて中継間隔を長距離化するに当たって、光伝送路における光損失の増加を補償するためには、光伝送路となる光ファイバにより高強度の光を入射させる必要があるが、上述のように、あるSBS発生閾値を越えると、入射した光の飽和分がSBS光に変換されてしまうため、有効に活用できる光の強度が制限を受け、前述の中継間隔の距離が制限されていた。
【0024】そこでSBSの発生を抑圧し、有効に活用できる光の強度を向上させ、前記中継間隔の距離を長くする目的で、SBS抑圧光ファイバが開発された。従って、光伝送路でSBS抑圧光ファイバを用いた場合、単に信号光の強度が向上するだけに過ぎない。
【0025】これに対し本発明では、上述したように、波長多重光源において、SBS抑圧光ファイバを使用することにより、入射励起光の高い強度まで良い光変換効率を維持することができる。したがって、波長多重信号光のピーク波長の強度をより高くすることができる効果に加えて、例えば多波長信号光のピーク波長の数までもが増える、という優れた効果が得られ、従来よりも波長多重光源の出力特性が大きく改善される。
【0026】上記請求項2,3記載の本発明の波長多重光源は、上記請求項1の本発明の波長多重光源の好ましい態様を示したものである。
【0027】これらの波長多重光源では、光ファイバにおいて、零分散波長と比屈折率差とコア径との関係に対応させて、比屈折率差とコア径とが形成されている。すなわち上記請求項2記載の本発明の波長多重光源においては、コアの比屈折率差が小さくなるにつれてコア径が小さくされコアの比屈折率差が大きくなるにつれてコア径が大きくされ、これにより使用波長帯での波長分散が光ファイバの長手方向全域にわたって等しく形成されているために、光ファイバの長手方向での波長分散特性の均一化が図られている。
【0028】また上記請求項3記載の本発明の波長多重光源においては、コアの比屈折率差が小さくなるにつれてコア径が大きくされコアの比屈折率差が大きくなるにつれてコア径を小さくされ、これにより使用波長帯での波長分散が光ファイバの長手方向全域にわたって等しく形成されているために、光ファイバの長手方向での波長分散特性の均一化が図られている。
【0029】そして上述のように、光ファイバのコアの比屈折率差とコア径が光ファイバの長手方向に変化していることから、請求項2,3記載の本発明の波長多重光源における光ファイバは、いずれも、光ファイバの長手方向での構造不均一化によってSBS抑圧が行われている。
【0030】さらに例えば光ファイバ長手方向でのFドープ濃度を変化させて成るSBS抑圧光ファイバと比べると、このFドープ濃度を変化させて成るSBS抑圧光ファイバの場合、Fドープに伴ってコア中のGeO2 が拡散し、これによって伝送ロスが生じることがあり、また光ファイバ作製に際し、コアおよび光ファイバの分散特性に影響を与えるオプティカルクラッド部(コアからクラッド側に光が染み出す部分)とコアとを同時合成する必要があるため、一般に用いられるVAD(Vapor phase Axial Deposition)法を用いて光ファイバ母材を作製するのは困難であるといった問題があるが、請求項2,3記載の本発明の波長多重光源で使用されるSBS抑圧光ファイバにおいては、Fドープ濃度を変える必要がないため、上述の問題が解決される。
【0031】従ってこれらの光ファイバは作製が容易で、かつ低損失のSBS抑圧光ファイバとなり、しかも光ファイバ長手方向での波長分散特性の均一化も図られるので、本発明で使用されるSBS抑圧光ファイバとして好ましい。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。尚、従来の波長多重光源(図7R>7参照)と同一の符号が付され、とくに追加説明を必要としないものは、説明を省略する。図1は本発明の実施の形態の一例となる波長多重光源を示す。ここでは非線形光学効果として四光波混合を利用している。
【0033】図1に示すように、波長多重光源は、それぞれ信号光を発生する、例えば半導体レーザなどの第一、第二の信号光発生器3a,3bと、これら信号光同士を合波する合波器4とからなり、この合波された光を励起光として出力する励起光発生部1と、SBS抑圧光ファイバ2から構成されている。SBS抑圧光ファイバ2の構造や特性については、本実施形態例の最後に説明することにして、ここでは表1にファイバ長、損失、モードフィールド径、零分散波長、SBS発生閾値だけを示す。表1に示すように四光波混合効果を利用した波長多重光源の場合、SBS抑圧光ファイバを励起光波長のいずれかまたは全てに対する波長分散が零になるようにしたものとした方がよい(ここでは1534nmに対して波長分散が零としている)。
【0034】
【表1】


【0035】このような波長多重光源において、第一、第二の信号光発生器3a,3bで発生した信号光は合波器4により合波され、励起光としてSBS抑圧光ファイバ2に入射される。そしてこのSBS抑圧光ファイバ2において、非線形光学効果により、励起光とは異なるピーク波長の光が発生し、これらの光同士の相互作用によって、さらに異なるピーク波長の光が発生する。従ってこの波長多重光源から多数のピーク波長を有する波長多重信号光が出力される。
【0036】この波長多重光源による出力特性について説明する。第一の信号光の波長は、SBS抑圧光ファイバ2の零分散波長と一致する1534nmであり、その光強度は+22dBmである。また第二の信号光の波長は1535nmであり、光強度は+21.5dBmである。このときの波長多重信号光のスペクトルを図2に示す。
【0037】また本発明の効果を確認するために、図1の波長多重光源において、SBS抑圧光ファイバ2のみを、四光波混合光の発生に関係あるファイバ長、損失、モードフィールド径、零分散波長等の特性値がほぼ同じである通常の光ファイバ5(表2参照)に交換し、従来の波長多重光源の構成(図7参照)とした場合の波長多重信号光のスペクトルを図3に示している。
【0038】
【表2】


【0039】表1と表2から、従来の波長多重光源で使用されていた通常の光ファイバよりも、本実施形態例の波長多重光源で使用したSBS抑圧光ファイバ2の方が、SBS発生閾値が大きいことが分かる。
【0040】本実施形態例の波長多重光源では、図2のように、波長多重信号光において、1530nm、1531nm、1532nm、1533nm、1536nm、1537nm、1538nmのピーク波長が出ており、これらの波長の四光波混合光が発生していることが分かる。
【0041】これに対し従来の波長多重光源では、図3に示すように、四光波混合光は1532nm、1533nm、1536nm、1537nmにしか発生しておらず、図2のものに比べて、数が少ないことが分かる。
【0042】また波長多重信号光のピーク波長の強度について比較すると、1533nmの光の強度は、本実施形態例の波長多重光源による結果では1.6dBmであり、従来の波長多重光源による結果では−8.8dBmであるので、10.4dBmだけ本実施形態例の波長多重光源の方が大きかった。
【0043】以上のように、本実施形態例の波長多重光源の方が、従来の波長多重光源に比べて光変換効率が良く、より強度が大きく多数のピーク波長を有する出力光を得ることができることが確認された。
【0044】尚、本実施形態例では、非線形光学効果として四光波混合効果を利用した例を示したが、本発明の波長多重光源で利用する非線形光学効果はこれに限定されるものではなく、例えば誘導ラマン散乱や光パラメトリック効果を利用したものであってもよい。
【0045】そして本実施形態例では、図1に示すような構成の励起光発生部1を用いたが、本発明の励起光発生部1はこのような構成に限定されるものではなく、例えば上記誘導ラマン散乱を利用する場合等には信号光発生器3nは1個であってもよい。
【0046】(本実施形態例で用いたSBS抑圧光ファイバ2の説明)
ここで本実施形態例で用いたSBS抑圧光ファイバ2について説明する。尚、ここでは請求項1,3に記載の本発明の波長多重光源に使用されるSBS抑圧光ファイバ2の例を示し、請求項2に記載された本発明の波長多重光源に使用されるSBS抑圧光ファイバ2の例は下記の説明から充分理解できるので割愛する。
【0047】図4にSBS抑圧光ファイバ2の断面図を示す。図4に示すように、SBS抑圧光ファイバ2はコア6とクラッド7とからなる。
【0048】図5(a),(b)にこのSBS抑圧光ファイバ2の屈折率分布構造の一例を示す。
【0049】図5(a),(b)に示すように、SBS抑圧光ファイバの屈折率分布構造(プロファイル)は階段型であり、コア6はセンタコア6aと、比屈折率差が該センタコア6aよりも小さくクラッド7よりも大きいサイドコア6bとからなる。
【0050】図5(a),(b)から分かるように、SBS抑圧光ファイバ2では、光ファイバ長手方向において、コア6の径とコア6の比屈折率差とが変化しており、コア6の比屈折率差が小さくなるにつれてコア6の径を大きく形成し、コア6の比屈折率差が大きくなるにつれてコア6の径を小さく形成し、それにより、使用波長帯での波長分散を光ファイバの長手方向全域にわたって等しく形成している。
【0051】このようなSBS抑圧光ファイバ2を製造するには、コア6(6a+6b)を形成するGeドープ石英スートを、VAD法を用いて形成し、その周りにクラッド7を形成する純シリカスートを堆積形成させた後、ガラス化して光ファイバ母材を作製し、さらにその後、線引によって光ファイバとした。
【0052】ここでコア6の比屈折率差を光ファイバ長手方向に変化させるためには、VAD合成中にセンタコア6a形成用のバーナのGe濃度を変化させることによりセンタコア6aの比屈折率差を光ファイバ長手方向に変化させた。
【0053】またコア6の径を光ファイバ長手方向に変化させるためには、Geドープ石英スート合成後に、外削加工によってコア6の径を光ファイバ長手方向に変化させ、この後、純シリカスートを堆積形成させるようにした。
【0054】このSBS抑圧光ファイバ2は、コア6の比屈折率差とコア6の径が光ファイバの長手方向に変化しており、コア6の比屈折率差が大きくなるにつれてコア6の径を小さくし、コア6の比屈折率差が小さくなるにつれてコア6の径を大きく形成したものであるから、使用波長帯での波長分散を光ファイバ長手方向全域にわたって等しく形成することができた。
【0055】またこのSBS抑圧光ファイバ2は、光ファイバ長手方向にコア6の比屈折率差とコア6の径が変化して光ファイバ長手方向の構造が変化するために、SBS光の発生を効果的に抑圧することができた。
【0056】しかもこのSBS抑圧光ファイバ2は、光ファイバ長手方向にFドープ濃度を変化させたものと異なり、コア6を形成するコア部と同時にクラッド7を形成するクラッド部を合成する必要はなく、コア6を形成するコア部のみをVAD法を用いて容易に形成した後に、その外周側にクラッド部を堆積形成すればよいために、光ファイバ母材の作製が容易となり、このSBS抑圧光ファイバ2を容易に作製することができ、またFドープに伴うコア中のGeO2 拡散によって光ファイバの伝送ロスを増大させることもなく低光損失の光ファイバとすることができた。
【0057】尚、本実施形態例の波長多重光源では、SBS抑圧光ファイバ2として、ここで説明したものを用いたが、請求項1記載の本発明の波長多重光源で使用されるSBS抑圧光ファイバ2はこれに限定されるものではなく、SBS光を抑圧する特性を有する光ファイバであればどのようなものであってもよい。例えば特開平5−249329号に記載されているSBS抑圧光ファイバ2などであってもよい。
【0058】また請求項3に記載された本発明の波長多重光源に使用されるSBS抑圧光ファイバ2もここで説明したものに限定されるものではなく、例えばコア6の径を光ファイバ長手方向に変化させずに、センタコア6aとサイドコア6bとの比屈折率差の比を変化させてもよいし、光ファイバのプロファイルは階段型のものではなく、コア6がセンタコア6aとサイドコア6bに分かれていない、いわゆる単峰型のものであってもよい。
【0059】そして請求項2に記載された本発明の波長多重光源に使用されるSBS抑圧光ファイバの場合には、コアの比屈折率差とコア径を光ファイバ長手方向に変化させると共に、コアの比屈折率差が小さくなるにつれてコア径を小さくし、コアの比屈折率差が大きくなるにつれてコア径を大きく形成して使用波長帯での波長分散を光ファイバ長手方向全域にわたって等しく形成すればよい。
【0060】
【発明の効果】請求項1記載の本発明の波長多重光源では、SBS抑圧光ファイバによって、入射励起光の強度において、SBS光が急激に増加する閾値を高くすることができるので、有効励起光の強度が増大し、波長多重信号光の強度やピーク波長の数等の出力特性をより良くすることができる。請求項2、3記載の本発明の波長多重光源では、光ファイバが、作製が容易で、かつ低損失のSBS抑圧光ファイバとなり、しかも光ファイバ長手方向での波長分散特性の均一化も図られるので、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態の一例となる波長多重光源を示す説明図。
【図2】 本発明の実施の形態の一例となる波長多重光源による波長多重信号光のスペクトルを示す特性図。
【図3】 従来の波長多重光源(図7参照)による波長多重信号光のスペクトルを示す特性図。
【図4】 本発明の実施の形態の一例となる波長多重光源において使用されるSBS抑圧光ファイバを示す側面断面図。
【図5】 本発明の実施の形態の一例となる波長多重光源において使用されるSBS抑圧光ファイバの屈折率分布構造の一例を示す説明図であり、(a)は光ファイバ入射端におけるものであって、(b)は光ファイバ出射端におけるものである。
【図6】 従来の波長多重光源の一例を示す説明図。
【図7】 従来の波長多重光源の他の例を示す説明図。
【図8】 従来の波長多重光源の通常の光ファイバにおける、入射励起光の強度変化に対する、波長多重信号光に変換される励起光有効励起光とSBS光の強度変化の関係を模式的に示すグラフ。
【図9】 本発明の波長多重光源のSBS抑圧光ファイバにおける、入射励起光の強度変化に対する、波長多重信号光に変換される励起光有効励起光とSBS光の強度変化の関係を模式的に示すグラフ。
【符号の説明】
1 励起光発生部
2 SBS抑圧光ファイバ
3a,3b,・・・,3n 信号光発生器
4 合波器
5 (通常の)光ファイバ
6 コア
7 クラッド

【特許請求の範囲】
【請求項1】 励起光を発生する励起光発生部と、前記励起光が入射され、この励起光により誘起される非線形光学効果によって、該励起光とは異なる波長の光を発生し、波長多重信号光として出力する光ファイバとを有する波長多重光源であって、前記光ファイバとしては、誘導ブリルアン散乱を抑圧する光ファイバが用いられていることを特徴とする波長多重光源。
【請求項2】 誘導ブリルアン散乱を抑圧する光ファイバとして、励起光波長のいずれかまたは全てに対する波長分散が零となる関係が光ファイバの比屈折率差とコア径を大小同方向に変化させることによって得られる特性を持った光ファイバであって、コアの外周側にクラッドを形成して成る光ファイバの少なくともコアの比屈折率差とコア径が光ファイバの長手方向に変化しており、該コアの比屈折率差が小さくなるにつれてコア径を小さくしコアの比屈折率差が大きくなるにつれてコア径を大きく形成して使用波長帯での波長分散を光ファイバの長手方向全域にわたって等しく形成したものが使用されていることを特徴とする請求項1記載の波長多重光源。
【請求項3】 誘導ブリルアン散乱を抑圧する光ファイバとして、励起光波長のいずれかまたは全てに対する波長分散が零となる関係が光ファイバの比屈折率差とコア径を大小異方向に変化させることによって得られる特性を持った光ファイバであって、コアの外周側にクラッドを形成して成る光ファイバの少なくともコアの比屈折率差とコア径が光ファイバの長手方向に変化しており、該コアの比屈折率差が小さくなるにつれてコア径を大きくしコアの比屈折率差が大きくなるにつれてコア径を小さく形成して使用波長帯での波長分散を光ファイバの長手方向全域にわたって等しく形成したものが使用されていることを特徴とする請求項1記載の波長多重光源。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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