JP2004103682A

JP2004103682A - Ｅｄｆａの利得−波長波形の傾斜を制御する長周期ファイバグレーティング及びその制御方法

Info

Publication number: JP2004103682A
Application number: JP2002260925A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tsuda; 津田　寿昭; Yasuo Uemura; 植村　康生
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】ＷＤＭ伝送システムの伝送容量の増大に対応するため、ＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ）の利得−波長波形の平坦度を更に高める必要がある。
【解決手段】ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に応じて、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜を変化させることによって、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜を任意に制御可能である。また、その傾斜がゼロになるように制御することで、従来技術では達成できなった平坦度の高い利得−波長波形が得られる。
この透過損失−波長波形の傾斜の制御は、長周期ファイバグレーティングのクラッド層の外周部に屈折率の温度依存性の高い物質を備え、この物質の温度を変化させることによって行うことができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；エルビニウム添加光ファイバ増幅器）の利得−波長波形の傾斜を制御し、この利得−波長波形を平坦化する長周期ファイバグレーティング、及びその制御方法、更に、この長周期ファイバグレーティングをカスケード接続した可変損失等化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブロードバンド時代の到来により、データ伝送量のさらなる増加が求められている。そこで、互いに異なる波長を有する複数の光を多重して伝送する波長多重伝送システム｛ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システム｝が実用に至っている。
【０００３】
このＷＤＭ伝送システムにおけるキーデバイスの１つとして、上記多重化光信号を、光電変換を行うことなく一括増幅可能なＥＤＦＡ等の光増幅器が開発されている。ＥＤＦＡは、光ファイバと同じ石英系の材料に、屈折率形成剤材料であるゲルマニア（ＧｅＯ_２）に加えてエルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３：Ｅｒ^３＋）が添加されており、Ｅｒ^３＋の離散的準位が光増幅に利用される。レーザと同じように、外部からエネルギを与えたとき、電子が上準位から下準位に遷移する際に、新しい光を発生し、入射光が増幅される。
【０００４】
このＥＤＦＡは、利得帯域が比較的広いために、波長帯域内の複数の信号光を一括増幅することが可能な光増幅器であり、伝送中継器の光増幅器としてＷＤＭ伝送システムには欠かせないものとなっている。
しかし、ＷＤＭ伝送システムにおいては、伝送される各波長の信号光にレベル偏差が生じていると、光信号が劣化して伝送距離や伝送帯域を低減させる恐れがある。したがって、光増幅器であるＥＤＦＡには、伝送帯域における利得特性を平坦化（等化）することが要求されている。
【０００５】
この点、ＥＤＦＡの伝送帯域（例えば、１５３０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）における利得特性は波長依存性を有している。また、入射信号に含まれる自然放出光が増幅されたＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ；　増幅された自然放出光）によるノイズの問題も発生する。
従って、この波長依存性を有する利得特性（利得波長依存性）を補償し、また、ＡＳＥを抑制することが重要となる。このために、ＥＤＦＡの利得−波長特性と相反する透過損失−波長特性を有するフィルタデバイスをＥＤＦＡに組み合わせることにより、ＥＤＦＡの利得特性を平坦化することが実用化されている。特に、このフィルタデバイスとしては、グレーティングピッチが１００μｍから５００μｍ程度の長周期ファイバグレーティングが多く利用されている。
【０００６】
しかし、上述の長周期ファイバグレーティングをＥＤＦＡに適用する場合において、下記の２点の問題が存在する。
【０００７】
ひとつの問題は、ＥＤＦＡの利得特性が温度の変化によって変化する問題である。ＥＤＦＡでは、イオンのエネルギ準位の変化を伴うため、波長シフトではなく、波形そのものが変化してしまう。よって、温度変化による利得−波長波形に傾斜が発生する。上述の利得等化方法では、温度変化による温度利得−波長波形の傾斜の補償はなされていない。
従って、一般的には、ＥＤＦＡ全体を温度調整をする必要があり、ＥＤＦＡを小型化できず、消費電力も大きくなるという問題がある。
【０００８】
もうひとつの問題は、ＥＤＦＡの利得特性は、入力信号のパワーの変動すると、ＥＤＦＡの反転分布の状態も変動し、利得−波長特性が変動する問題である。従って、もし、組み合わせるフィルタデバイスの透過損失−波長特性が固定されていると、このＥＤＦＡの利得―波長特性の変動を吸収できず、増幅されたアウトプット信号の利得−波長波形の平坦度が悪化する問題が生じる。
【０００９】
そこで、長周期ファイバグレーティング等のフィルタデバイスの透過損失−波長特性を可変にして、ＥＤＦＡの利得−波長特性が変動した場合に、この変動をキャンセルする方向に透過損失−波長特性を変化させて、その変動を抑える可変利得等化器等が報告されている。
【００１０】
一例としては、長周期ファイバグレーティングの外周に、屈折率の温度係数の大きい材料をコーティングし、ヒーター等によってこの材料の温度を変化させ、ピーク値の異なる損失波長特性を得る可変利得等化器が挙げられる。つまり、ＥＤＦＡの利得−波長波形に対して、それをキャンセルするようなプロフィールの透過損失−波長波形を組み合わせることで、ＥＤＦＡの利得−波長波形の平坦度を向上させることを狙っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の技術によっては、ＥＤＦＡの利得―波長波形に相反するプロフィールを有する透過損失−波長波形を組み合わせて、利得−波長波形の平坦度を向上させるものである。よって、ピーク値を中心とした、あくまで全体的なプロフィールを対象としたものであり、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾き、及び、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾きは考慮されていない。
【００１３】
従って、上記の可変利得等化器の場合、利得の絶対値としては、ある変動値以内に抑えられたとしても、可変利得等化器経た後の最終的な利得−波長波形の傾きを制御することはできない。よって、最終的に得られる利得−波長波形の平坦度にはおのずと限界がある。
【００１４】
また、上述したように、ＥＤＦＡの温度変化によって、利得−波長波形に傾斜がつく場合に、従来の利得等化方法では、傾斜の補償はできなかった。そこで、ＥＤＦＡ全体の温度調整を行なう必要があった。従って、ＥＤＦＡは小型化できず、消費電力も大きくなる問題が発生していた。
【００１５】
ＷＤＭ伝送システムにおいては、今後ますますその伝送容量の増大が要求されており、ＥＤＦＡの利得−波長波形も、更に平坦度を増すことが要求されている。
従って、本発明の目的は、従来の問題点を解決して、今後のＷＤＭ伝送の要求に合致した、平坦度の高いＥＤＦＡの利得−波長波形特性を得るための長周期ファイバグレーティングを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、以下に示すように、従来技術では解決が不可能であった問題を解決した、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜を制御する長周期ファイバグレーティング、及び、その制御方法を知見した。
【００１８】
本発明の長周期ファイバグレーティングでは、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の変化に応じて、その透過損失−波長波形の傾斜を変化させることで、従来の利得等化器では不可能であった、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜を任意に制御することが可能である。また、その傾斜角がゼロになるように制御することで、従来技術では得られない平坦度の高い利得−波長波形を得ることができる。
【００１９】
この長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜は、長周期ファイバグレーティングのクラッド層の外周に屈折率の温度依存性の高い物質で覆い、この物質の温度を変化させることで制御可能である。また、更にその外周にハーメチックコートを施すことで、周囲の環境に影響されることなく、長期的に長周期ファイバグレーティングの性能を維持することができる。
【００２０】
また、複数のこの長周期ファイバグレーティングをカスケード結合することによって、所定の波長帯域において、非常に平坦な透過損失−波長波形を得ることができ、性能の高い可変利得等化器を得ることもできる。
【００２１】
ここで、この発明の長周期ファイバグレーティングの第１の態様は、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に応じて、透過損失−波長波形の傾斜が変化し、前記利得−波長波形の傾斜を任意に制御する長周期ファイバグレーティングである。
【００２２】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第２の態様は、前記利得−波長波形の傾斜角がゼロになるように制御して、所定の波長帯域における前記利得−波長波形を平坦化する長周期ファイバグレーティングである。
【００２３】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第３の態様は、クラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度が変化して、前記透過損失−波長波形の傾斜が変化する長周期ファイバグレーティングである。
【００２４】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第４の態様は、周囲温度の変化によって、前記物質の温度が変化する長周期ファイバグレーティングである。
【００２５】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第５の態様は、コア層にゲルマニア（ＧｅＯ_２）とボロン（Ｂ_２Ｏ_３）が共添加され、温度変化による中心波長の変化が抑制された長周期ファイバグレーティングである。
【００２６】
この発明の長周期ファイバグレーティングの第６の態様は、前記物質の外周部にハーメチックコートが施され、前記透過損失−波長波形の周囲環境による長期的な変動が抑制された長周期型ファイバグレーティングである。
【００２７】
この発明の長周期ファイバグレーティングを利用した可変損失等化器の第１の態様は、クラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度が変化して、透過損失−波長波形の傾斜が変化する複数の長周期ファイバグレーティングがカスケード接続されて、所定の波長帯域において、平坦化された透過損失−波長波形を有する可変損失等化器である。
【００２８】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第１の態様は、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に応じて、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜を変化させ、前記利得−波長波形の傾斜を任意に制御するＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【００２９】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第２の態様は、前記利得−波長波形の傾斜角がゼロになるように制御して、所定の波長帯域における前記利得−波長波形を平坦化するＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【００３０】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第３の態様は、前記長周期ファイバグレーティングのクラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度を変化させて、前記透過損失−波長波形の傾斜を変化させるＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【００３１】
この発明のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法の第４の態様は、前記長周期ファイバグレーティングの周囲温度を変化させて、前記物質の温度を変化させるＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法である。
【発明の実施の形態】
【００３２】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１に、本発明の長周期ファイバグレーティングの概略図を示す。
長周期ファイバグレーティングの外周に屈折率の温度依存性の高い（温度係数の大きい）樹脂等をコーティングし、更にハーメチックコートを施したものである。
【００３４】
ファイバグレーティングは、コア層と、その周囲にコア層の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層を有するファイバにおいて、コア層の軸方向に沿って、周期的な屈折率変化を形成したものであり、その周期に対応した特定の波長のみを反射するデバイスである。この周期的な屈折率変化は、側面から照射された紫外線による干渉縞をファイバ上において形成し、そのパターンが光誘起屈折率変化により、ファイバ中に書き込まれ実現される。
【００３５】
ファイバグレーティングの光学的な特性は、屈折率変化量の大きさ、ファイバグレーティングの周期、ファイバグレーティングの長さの３つのパラメータで決定される。屈折率変調の大きさ、ファイバグレーティング長は、主に反射率、バンド幅に大きく影響する。一方、ファイバグレーティング周期は、中心波長を決定するほか、その大きさを長手方向に変化させたりすることにより、いろいろな種類のファイバグレーティングが実現できる。
【００３６】
ここで１００μｍ〜５００μｍ程度の周期を持つものは、長周期ファイバグレーティングと呼ばれている。長周期ファイバグレーティングは、導波モードから同じ方向に進むクラッドモードへの結合を利用したもので、結合条件を満たす波長の光はカットされ、帯域カットフィルタとして機能する。カットされたエネルギはクラッドモードに変換されるため、対応する反射ピークは現れない。従って、ＥＤＦＡの利得等化器等の用途に適したデバイスとして、広く知られている。
【００３７】
図１において、ファイバ１のコア層２に紫外線照射を行って、屈折率変調が施された照射部４を有する長周期ファイバグレーティング５が得られる。この長周期ファイバグレーティング５のクラッド層３の外周に、屈折率の温度依存性が高い樹脂６をコーティングする。この樹脂６の詳細に関しては、後述する。
【００３８】
この樹脂６の屈折率を変化させるために、樹脂６の温度を変化させる必要がある。樹脂６の温度を変化させる方法は様々あるが、例えば、この長周期ファイバグレーティングの周囲温度を変化させることも可能であるし、ヒータ等を長周期ファイバグレーティング外周に設置して樹脂６の温度を変化させることも可能である。樹脂６の温度が変化すると、樹脂６の温度特性によって、屈折率が変化する。
【００３９】
コア層２を伝搬する光は、照射部４の回折格子によって、その進路を曲げられてクラッドモードの伝搬となる。ここでクラッド層の周囲を覆う樹脂６の屈折率が変化すると、クラッドモードの伝搬特性が変化し、基本モードとの結合定数が変化する。従って、この長周期ファイバグレーティングの透過損失の特性が変わり、透過損失−波長波形の傾きが変化する。この樹脂６の温度変化と、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾きの変化の関係は、後段で詳述する。
【００４０】
また、上記のように樹脂６に温度変化を与えると、熱伝導等により、コア層２の温度も変化する。長周期ファイバグレーティングは、温度変化によって中心波長がシフトする中心波長の温度依存性を有するため、中心波長が樹脂６に温度変化によって変動する問題が発生する。この問題を解決するために、コア層２にゲルマニア（ＧｅＯ_２）とボロン（Ｂ_２Ｏ_３）が共添加することが有効である。詳細な説明は後述する。
【００４１】
更に、長周期ファイバグレーティングには、環境温度の変動等による長周期ファイバグレーティングの温度変動によって、長期的な透過損失−波長波形の変動が見られる。これは長期的な長周期ファイバグレーティングの性能補償を妨げる問題である。
そこで、この対策としては、長周期ファイバグレーティングの樹脂６の外周に、更にハーメチックコート７を施すことが有効である。ハーメチックコート７は、メタルコートでもよいし、カーボンコートでもよい。このハーメチックコートによって、長周期ファイバグレーティングの、温度変動による長期的な透過損失−波長波形の変動を抑えることができる。詳細に関しては、後述する。
【００４２】
図２に、本発明の長周期ファイバグレーティングの断面方向（半径方向）の屈折率のプロフィールを示す。コア層は、外部温度環境変化による中心波長シフトを可能な限り小さくするために、Ｇｅ（ＧｅＯ_２）とＢ（Ｂ_２Ｏ_３）を共添加した。また、クラッド層はＳｉＯ_２である。その外側に、温度の依存性の高い樹脂をコーティングし、最外層はハーメチック構造にするために、メタルコートまたは、カーボンコートを施した。半径方向での屈折率の変化は、図２に示すプロフィールのようになる。
【００４３】
次に、屈折率の温度依存性の高い樹脂６に関して、詳細な説明を行なう。
クラッド層３の外周を覆う材料は、樹脂だけでなく接着剤も可能である。また、屈折率の温度依存性が高い、つまり、温度の変化によって屈折率がなるべく大きく変化する特性を有するものが望ましい。更に、この樹脂の屈折率は、母材の中心材料であるＳｉの屈折率よりも、常に大きいことを要する。具体的には、下記の要件を有することが必要となる。
【００４４】
（１）０〜６５℃の温度範囲で、屈折率の温度依存性が、０．００１／℃以上　あることが望ましい。特に、０．００２／℃程度の屈折率の高い温度依存　　性が得られれば、非常に多様な利得傾斜のコントロールが可能となる。た　　だし、符号の正負は問わない。（例えば、温度上昇に対して、屈折率は増　　加する特性であっても、減少する特性であってもかまわない。）
（２）０〜６５℃の温度範囲で、屈折率はＳｉの屈折率１．４５８を下回らない
ことが要求される。
（３）紫外線硬化型樹脂が最も望ましいが、液状でもよい。屈折率の特性が最
優先される。
【００４５】
以上の要件から、具体的な樹脂等を検討する。
エポキシ系樹脂は、高い屈折率を有するが、屈折率の温度依存性は低い。一方、シリコン系樹脂は、屈折率は低いが、高い屈折率の温度依存性を有する。
従って、両樹脂を混合した樹脂を利用すれば、０〜６５℃の温度範囲で、Ｓｉの屈折率１．４５８を下回らずに、極力高い屈折率の温度依存性を有することを得ることができる。
【００４６】
次に、上述の温度依存性の高い樹脂をクラッド層の外周にコーティングした長周期ファイバグレーティングの特性を、図３及び図４を用いて説明する。この樹脂の屈折率の温度依存性を、０．００１／℃として、樹脂の温度が０℃、１３℃、２６℃、３９℃、５２℃、６５℃の６種類の場合について、各々の透過損失−波長特性をシミュレーションした。
【００４７】
図３、図４では、縦軸に透過損失（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）取っている。図３，４の（ａ）は、使用波長帯域である１５２５ｎｍから１５６５ｎｍにおける透過損失−波長波形の拡大図を示し、（ｂ）は全波長域における透過損失−波長波形を示す。
【００４８】
図３は、使用波長帯域である１５２５ｎｍから１５６５ｎｍにおいて、透過損失−波長特性波形が、右肩上がりになる、つまり、透過損失をＴ、波長をλとするとｄＴ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が正となる場合を示す。これを実現するには、図３（ｂ）に示すように、中心波長が、使用波長帯域よりも小さい側にある長周期ファイバグレーティングを選択する必要がある。
【００４９】
樹脂の温度が０℃の場合には、特性曲線の傾斜は水平に近く、温度が上がるにつれて傾斜が大きくなる。これは、（ｂ）の全体図で示されるように、外周の樹脂の温度が上がると屈折率が上がり、長周期ファイバグレーティングの透過損失のピーク値も増大する。これに従い、使用帯域での特性曲線の傾きは、温度が高くなるにつれて大きくなることがわかる。
【００５０】
図３に示す特性の長周期ファイバグレーティングを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾きをプラス側に傾ける制御を行うことができる。
特に、ＥＤＦＡのフラットな利得−波長波形を得ようとする場合には、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜が右肩下がりの場合、つまり利得をＧとするとｄＧ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が負の場合に有効である。理論的には、同じ波長域においてｄＧ／ｄλ＝−ｄＴ／ｄλであれば、利得−波長波形を常にフラットに制御することができることになる。
【００５１】
従って、ＥＤＦＡの温度変化や入力側信号のパワーの変化によって生じるＥＤＦＡの傾き（ｄＧ／ｄλ）を捉え、それをちょうどキャンセルする長周期ファイバグレーティングの傾き（ｄＴ／ｄλ）を与えればよい。つまり、長周期ファイバグレーティングの外周を覆う樹脂の温度をコントロールして、透過損失−波長波形の傾斜をコントロールすることによって、使用波長帯域において、フラットなＥＤＦＡの利得−波長波形を得ることができる。
【００５２】
ちなみに、樹脂の温度が０℃から６５℃の間で、透過損失−波長波形の傾きは、ほぼ０から０．２５ｄＢ／ｎｍぐらいの範囲を変動する。従って、この温度領域で変化させれば、実際に発生するＥＤＦＡの利得の傾斜変動に十分対応できると考えられる。
【００５３】
次に、図４は、使用波長帯域である１５２５ｎｍから１５６５ｎｍにおいて、透過損失−波長特性波形が、右肩下がりになる、つまり、ｄＴ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が負となる場合である。これを実現するには、図４（ｂ）に示すように、中心波長が、使用波長帯域よりも大きい側にある長周期ファイバグレーティングを選択する必要がある。
【００５４】
樹脂の温度が０℃の場合には、特性曲線の傾斜は水平に近く、温度が上がるにつれて傾斜が、（マイナスの向きに）大きくなる。これは、（ｂ）の全体図で示されるように、外周の樹脂の温度が上がると屈折率が上がり、長周期ファイバグレーティングの透過損失のピーク値も増大する。これに従い、使用帯域での特性曲線の傾きは、温度が高くなるにつれて、（マイナスの向きに）大きくなることがわかる。
【００５５】
図４に示す特性の長周期ファイバグレーティングを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾きをマイナス側に傾ける制御を行うことができる。
特に、ＥＤＦＡのフラットな利得−波長波形を得ようとする場合には、図４に示す特性の長周期ファイバグレーティングは、図３とは逆に、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜が右肩上がりの場合、つまり利得をＧとするとｄＧ／ｄλ（ｄＢ／ｎｍ）が正の場合に有効である。理論的には、同じ波長域においてｄＧ／ｄλ＝−ｄＴ／ｄλであれば、利得−波長波形を常にフラットに制御することができることになる。
【００５６】
従って、ＥＤＦＡの温度変化や入力側信号のパワーの変化によって生じるＥＤＦＡの傾き（ｄＧ／ｄλ）を捉え、それをちょうどキャンセルする長周期ファイバグレーティングの傾き（ｄＴ／ｄλ）を与えればよい。つまり、長周期ファイバグレーティングの外周を覆う樹脂の温度をコントロールして、透過損失−波長波形の傾斜をコントロールすることによって、使用波長帯域において、フラットなＥＤＦＡの利得−波長波形を得ることができる。
【００５７】
ちなみに、樹脂の温度が０℃から６５℃の間で、透過損失−波長波形の傾きは、ほぼ０から−２．５ｄＢ／ｎｍぐらいの範囲を変動する。従って、この温度領域で変化させれば、実際に発生するＥＤＦＡの利得の変動に十分対応できると考えられる。
【００５８】
上述の説明から明らかなように、図３に示す長周期ファイバグレーティングと図４に示す長周期ファイバグレーティングを、ＥＤＦＡに組み合わせることによって、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾きを、任意に制御することが可能である。また、ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の正負にかかわらず、ｄＧ／ｄλ＝−ｄＴ／ｄλとなるような長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の制御を行うことによって、フラットなＥＤＦＡの利得−波長波形を得ることができる。つまり、温度変化や入力信号の変動によるＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に対応して、透過損失−波長波形の傾斜を制御して、ＥＤＦＡの利得−波長波形の平坦化を実現できる。
【００５９】
次に、図５では、ＥＤＦＡが温度変化によって傾斜の付いた利得−波長波形を示している。縦軸に利得（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）を取っている。図５では、温度が−５℃、２５度、５０℃、７０℃の４種類の場合の、利得−波長波形を示す。図５のプロフィールより、かなり大きな傾斜がついていることがわかる。
【００６０】
図６では、ＥＤＦＡに上述した本発明の長周期ファイバグレーティンを適用した場合の、利得−波長波形を示す。図５と同様に、縦軸に利得（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）を取っている。また、図５と同様に、温度が−５℃、２５度、５０℃、７０℃の種類の場合の、利得−波長波形を示す。
図６における利得−波長波形は、図５に比べて、傾斜が減り、フラットなプロフィールに近づいていることがわかる。
【００６１】
次に、長周期ファイバグレーティングの中心波長が、周囲の温度変化によってシフトする（ずれる）問題を説明する。
上述したように、本発明では、長周期ファイバグレーティングの外周に温度依存性の高い樹脂で覆い、周囲温度等を変化させることによって、この樹脂の温度を変化させて、樹脂の屈折率を変化せせる。この樹脂の屈折率が変化することで、クラッドモードと基本モードの結合定数が変化し、透過損失−波長波形の傾斜を制御できる。しかし、樹脂の温度を変化させると、必然的に、熱伝導等によってファイバ自体の温度も変化する。
【００６２】
図７には、ファイバグレーティングの温度による中心波長のずれを示す。縦軸は中心波長のずれ（ｎｍ）、横軸は温度（℃）を表す。図７に示すように、中心波長は、約５０ｐｍ／℃の中心波長温度特性を有する。
【００６３】
この問題を解決するために、コア層にゲルマニア（ＧｅＯ_２）とボロン（Ｂ_２Ｏ_３）が共添加することが有効である。ファイバ材料の屈折率の温度依存性は、下表に示される。

コア層にＧｅを添加することによるプラスの温度依存性を、適量のＢを添加することによって、キャンセルすることができる。
【００６４】
図８に、本発明のコア層にゲルマニア（ＧｅＯ_２）とボロン（Ｂ_２Ｏ_３）が共添加した長周期ファイバグレーティングの屈折率の温度依存性を示す。縦軸は中心波長のずれ（ｎｍ）、横軸は温度（℃）を表す。
図８が示すように、約５０ｐｍ／℃もあった温度依存性が、非常に小さくなり、グラフのプロフィールは、ほぼフラットになっている。
【００６５】
次に、長周期ファイバグレーティングの温度変動によって、長期的な透過損失−波長波形が変動する問題を説明する。
図９、図１０に、ベルコア（ＧＲ−１２２１）の長期信用性試験の結果を示す。図９の縦軸は透過損失（ｄＢ）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００６６】
試験条件は、温度：８５℃、湿度：８５％の環境下で、従来の長周期ファイバグレーティングを２０００時間置いた。その後、この長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形を、初期状態の透過損失−波長波形と比較したものが図９である。図９に示すように、２０００時間経過後の場合は、初期状態に比べて、中心波長が約３ｎｍシフトしている。
【００６７】
この長期的な中心波長のシフトを防ぐためには、長周期ファイバグレーティングの外周に、ハーメチックコートを施すことが有効である。ここでハーメチックコートは、気密性が高く、外環境の影響を遮断することができるコーティングである。具体的なコーティング材料としては、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等によるメタルコートも可能であるし、カーボンコートも適用可能である。
【００６８】
図１０に、メタルコートを施した長周期ファイバグレーティングの長期信用性試験の結果を示す。グラフの縦軸は透過損失（ｄＢ）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００６９】
試験条件は、図９の従来型ファイバグレーティングの場合と同様で、温度：８５℃、湿度：８５％の環境下で、メタルコートを施した長周期ファイバグレーティングを２０００時間放置した後の、透過損失−波長波形を、初期状態の場合と比較した。図１０に示すように、２０００時間経過した後であっても、ほとんど初期状態から、透過損失−波長波形が変化していないことがわかる。この結果より、本発明の長周期ファイバグレーティングに、このハーメチックコートを施すことによって、初期の性能を維持することができることは明らかである。
【００７０】
次に、本発明の長周期ファイバグレーティングを利用した可変損失等化器への適用例を説明する。
図１１に示すように、本発明の長周期ファイバグレーティングを、ＬＰＧ１、ＬＰＧ２、ＬＰＧ３、ＬＰＧ４の４個、多段にカスケード結合する。図１２は、これらの長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長特性のシミュレーション結果を示す。本シミュレーションでは、外周を覆う樹脂の屈折率温度依存性を、０．００２／℃という条件で計算をしている。
【００７１】
ここで、ＬＰＧ１の透過損失−波長波形を図１２（ａ）に示し、ＬＰＧ２の透過損失−波長波形を図１２（ｂ）に示し、ＬＰＧ３の透過損失−波長波形を図１２（ｃ）に示し、ＬＰＧ４の透過損失−波長波形を図１２（ｄ）に示す。
【００７２】
図１２の各グラフは、縦軸に透過損失（ｄＢ）を取り、横軸に波長（ｎｍ）を取る。また、各グラフは、外部環境温度が０℃、２５℃、５０℃の３種類の場合における、透過損失−波長波形を示す。ＬＰＧ１からＬＰＧ４の透過損失−波長波形は、同じ特性を有しており、中心波長のみが異なる。
【００７３】
次に、図１２（ｅ）に、ＬＰＧ１からＬＰＧ４までの長周期ファイバグレーティングをカスケード接続させて、外部環境温度を変化させた場合の波長特性を示す。温度は、他と同様に外部環境温度が０℃、２５℃、５０℃の３種類の場合における、シミュレーションを行った。
【００７４】
図１２（ｅ）で明らかなように、波長１５３０ｎｍから１５４０ｎｍの範囲では、透過損失−波長波形がほぼフラットとなり、可変損失等化器を形成することが可能である。以上のように、本発明の長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜をうまく組み合わせることによって、所定の波長帯域における平坦度の高い透過損失−波長波形を得ることができ、可変損失等化器等の様々な応用が可能である。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、更に様々な実施形態が考えられる。
【００７６】
【発明の効果】
【００７７】
従来の可変利得等化器においては、ＥＤＦＡの温度変化による利得−波長波形の傾斜の制御ができないため、所定の利得−波長波形を得るために、ＥＤＦＡ全体の温度調整を行なう必要があった。従って、ＥＤＦＡは小型化できず、消費エネルギも大きくなる問題が発生した。
しかし、本発明の長周期ファイバグレーティグを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、利得−波長波形の傾きを制御することが可能であり、ＥＤＦＡ自体の温度調整は不要となる。従って、設備的にも小型ですみ、消費エネルギも少なくすることができる。
【００７８】
更に、従来の可変利得等化器においては、利得−波長波形の傾斜の制御ができないため、可変利得等化器を経た後の最終的な利得−波長波形の傾きを制御することはできかった。よって、最終的に得られる利得−波長波形の平坦度にはおのずと限界があり、今後の伝送容量の増大に対応するのには不十分であった
しかし、本発明の長周期ファイバグレーティグを、ＥＤＦＡに組み合わせれば、利得−波長波形の傾きを制御することが可能であり、今後の伝送容量の増大に十分対応できる平坦度の高い利得−波長波形を得ることができる。
【００７９】
更に、本発明の長周期ファイバグレーティグでは、コア層にゲルマニア（ＧｅＯ_２）とボロン（Ｂ_２Ｏ_３）が共添加することによって、上記の利得−波長波形の傾斜を制御するために温度が変化したとしても、長周期ファイバグレーティグの中心波長のずれを防ぐことができる。
【００８０】
更に、本発明の長周期ファイバグレーティグでは、外周にハーメチックコートを施すことで、周囲の環境に影響されることなく、長期的に上述の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の長周期ファイバグレーティングの構造を示した概略図。
【図２】本発明の長周期ファイバグレーティングの、半径方向における屈折率のプロフィールを示した図。
【図３】本発明の長周期ファイバグレーティングにおける、使用波長帯域における右肩上がりの透過損失−波長波形を示す図。
【図４】本発明の長周期ファイバグレーティングにおける、使用波長帯域における右肩下がりの透過損失−波長波形を示す図。
【図５】ＥＤＦＡの温度変化による利得−波長波形の変化を示した図。
【図６】ＥＤＦＡに本発明の長周期ファイバグレーティングを組み合わせた場合の、温度変化による利得−波長波形の変化を示した図。
【図７】従来型ファイバグレーティングの中心波長の温度依存性を示した図。
【図８】本発明のコア層にＧｅ／Ｂを共添加した長周期ファイバグレーティングの中心波長の温度依存性を示した図。
【図９】従来型ファイバグレーティングの長期信頼試験結果を示した図。
【図１０】外周にハーメチックコートを施した長周期ファイバグレーティングの長期信頼試験結果を示した図。
【図１１】本発明の長周期ファイバグレーティングを利用した可変損失等化器の構成を示した図。
【図１２】図１１に示す可変損失等化器を構成する長周期ファイバグレーティング、及び、この可変損失等化器の透過損失−波長波形を示す図。
【符号の説明】
１　　ファイバ
２　　コア層
３　　クラッド層
４　　照射部
５　　長周期ファイバグレーティング
６　　樹脂
７　　ハーメチックコート

Claims

ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；エルビニウム添加光ファイバ増幅器）の利得−波長波形の傾斜に応じて、透過損失−波長波形の傾斜が変化し、前記利得−波長波形の傾斜を任意に制御する長周期ファイバグレーティング。
前記利得−波長波形の傾斜角がゼロになるように制御して、所定の波長帯域における前記利得−波長波形を平坦化する請求項１に記載の長周期ファイバグレーティング。
クラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度が変化して、前記透過損失−波長波形の傾斜が変化する請求項１または２に記載の長周期ファイバグレーティング。
周囲温度の変化によって、前記物質の温度が変化する請求項３に記載の長周期ファイバグレーティング。
コア層にゲルマニア（ＧｅＯ_２）とボロン（Ｂ_２Ｏ_３）が共添加され、温度変化による中心波長の変化が抑制された請求項１から４の何れか１項に記載の長周期ファイバグレーティング。
前記物質の外周部にハーメチックコートが施され、前記透過損失−波長波形の周囲環境による長期的な変動が抑制された請求項１から５の何れか１項に記載の長周期型ファイバグレーティング。
クラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度が変化して、透過損失−波長波形の傾斜が変化する複数の長周期ファイバグレーティングがカスケード接続されて、所定の波長帯域において、平坦化された透過損失−波長波形を有する可変損失等化器。
ＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜に応じて、長周期ファイバグレーティングの透過損失−波長波形の傾斜を変化させ、前記利得−波長波形の傾斜を任意に制御するＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法。
前記利得−波長波形の傾斜角がゼロになるように制御して、所定の波長帯域における前記利得−波長波形を平坦化する請求項８に記載のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法。
前記長周期ファイバグレーティングのクラッド層の外周部に屈折率の温度依存性が高い物質を備え、前記物質の温度を変化させて、前記透過損失−波長波形の傾斜を変化させる請求項８または９に記載のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法。
前記長周期ファイバグレーティングの周囲温度を変化させて、前記物質の温度を変化させる請求項１０に記載のＥＤＦＡの利得−波長波形の傾斜の制御方法。