光耦合器以及光放大器的制作方法

1.本发明涉及光耦合器以及光放大器。


背景技术：

2.非专利文献1公开了研磨型的光耦合器。非专利文献1所公开的研磨型的光耦合器通过对两根单模(sm)光纤的包层进行研磨，从而将两根sm光纤的纤芯配置为接近。通过将两根sm光纤的纤芯配置为接近，能够使在一方的纤芯中传输的信号光转移到另一方的纤芯。非专利文献1还公开了通过调整纤芯间的距离以及接近的长度，可得到各种耦合率的光耦合器。
3.现有技术文献
4.非专利文献
5.非专利文献1：保立和夫，“光纤及其应用-viii光纤应用部件(1)-单模光纤型光学器件”，光学第19卷第6号，1990年6月


技术实现要素：

6.发明所要解决的问题
7.近年来，为了扩大光通信系统的传送容量，利用多芯(mc)光纤。mc光纤是具有多个纤芯的光纤。在使用mc光纤的通信系统中，一组光发送装置以及光接收装置经由mc光纤的一个纤芯进行信号光的发送接收。因此，例如，在使用具有p个(p为2以上的整数)纤芯的mc光纤的光通信系统中，需要将p个单芯(sc)光纤的纤芯和该mc光纤的p个纤芯连接的光学部件。以下，将连接p个sc光纤的纤芯和mc光纤的p个纤芯的光学部件称为p芯mc型光耦合器。
8.例如，将非专利文献1所公开的研磨型光耦合器应用于mc光纤，将p个sc光纤的纤芯分别配置为与mc光纤的p个纤芯中的一个纤芯接近，由此能够生成p芯mc型光耦合器。但是，通常，在mc光纤的包层中设置有用于对各纤芯进行识别、鉴定的标记。标记具有与纤芯、包层不同的折射率，因此mc光纤的多个纤芯中的配置于标记的附近的纤芯与sc光纤的纤芯的耦合率同mc光纤的其他纤芯与sc光纤的纤芯之间的耦合率相比而劣化。
9.用于解决问题的手段
10.根据本发明的一个方式，光耦合器具有第一构件至第n构件(n为2以上的整数)，第k构件(k为1～n的整数)包含：多芯光纤，其具有在圆周上等间隔地配置的第一纤芯至第p(p为n以上的整数)纤芯、以及配置在与所述第一纤芯至所述第p纤芯中的所述第一纤芯最近的位置的标记；以及一个以上的单芯光纤，所述第k构件的单芯光纤的纤芯与所述第一纤芯至所述第p纤芯中的与所述第一纤芯不同的耦合纤芯耦合，第m构件(m为1～n-1的整数)的所述多芯光纤的各纤芯与第(m 1)构件的所述多芯光纤的各纤芯连接，所述第一构件至所述第n构件所包含的所述单芯光纤的合计数为p，通过所述第一构件至所述第n构件的所述连接而构成的所述多芯光纤的p个纤芯分别与所述第一构件至所述第n构件所包含的p个所述单芯光纤的纤芯中的一个纤芯耦合。
11.发明效果
12.根据本发明，能够减小多芯光纤与各纤芯之间的耦合率的差。
13.本发明的其他特征以及优点，通过以附图为参照的以下说明而得以明确。此外，在附图中，对于相同或同样的结构，标注相同的附图标记。
附图说明
14.图1是四芯mc光纤的剖视图。
15.图2是一个实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器中使用的光学构件的生成方法的说明图。
16.图3是表示一个实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器中使用的光学构件的图。
17.图4a是一个实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器的结构的说明图。
18.图4b是一个实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器的结构的说明图。
19.图5是表示一个实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器中使用的光学构件的图。
20.图6a是一个实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器的结构的说明图。
21.图6b是一个实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器的结构的说明图。
22.图7a是一个实施方式所涉及的四芯mc-edf的结构的说明图。
23.图7b是一个实施方式所涉及的四芯mc-edf的结构的说明图。
具体实施方式
24.以下，参照附图对实施方式进行详细说明。此外，以下的实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定，另外，在实施方式中说明的特征的组合未必全部都是发明所必须的。也可以对实施方式中说明的多个特征中的两个以上的特征任意地进行组合。另外，对相同或者同样的结构标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
25.《第一实施方式》
26.以下，对本实施方式的p芯mc型光耦合器(p为2以上的整数)进行说明。此外，在本实施方式中设为p＝4。图1示出了在四芯mc型光耦合器中使用的mc光纤1的、在与长边方向正交的平面上的剖面。mc光纤1在包层内具有四个纤芯11～14。纤芯11～纤芯14等间隔地配置在以剖面的中心为中心的预定半径的圆周上。即，各纤芯与剖面的中心之间的距离相同，并且，将彼此相邻的两个纤芯与剖面的中心连接的两个线段的角度(以下，称为纤芯间角度)，就相邻的两个纤芯的各个组合而言是相等的。在四芯的mc光纤的情况下，纤芯间角度为2π/4＝π/2。此外，在p芯的mc光纤的情况下，纤芯间角度为2π/p。
27.另外，mc光纤1在包层内具有标记2。标记2是为了对纤芯11～纤芯14进行识别、鉴定而设置的。例如，最接近标记2的纤芯是纤芯11，能够从纤芯11起按顺时针方向的顺序确定为纤芯12、纤芯13、纤芯14。标记2以与纤芯11～纤芯14、包层不同的折射率构成。
28.例如，从mc光纤1的外周侧对包层部分进行切削，并使四个sc光纤的纤芯分别与纤芯11～纤芯14接近，由此能够构成四芯mc型光耦合器。但是，由于在纤芯11的附近设置有标记2，因此纤芯11与耦合于纤芯11的sc光纤的纤芯之间的耦合率同纤芯12～纤芯14分别与sc光纤的纤芯之间的耦合率相比而劣化。本实施方式减小mc光纤的各纤芯与sc光纤的纤芯之间的耦合率的差。
29.以下，对四芯mc型光耦合器的制造方法进行说明。如图2所示，从距与标记2的距离最大的纤芯13最近的mc光纤1的外周面对包层进行研磨。另外，也对具有纤芯31的sc光纤3的包层进行研磨。然后，如图3所示，使mc光纤1的研磨面与sc光纤3的研磨面熔接。在以下的说明中，将如图3所示那样使mc光纤1的研磨面与sc光纤3的研磨面熔接而成的构件称为光学构件100。
30.如非专利文献1所记载的那样，在所耦合的光的波长(频率)已确定的情况下，纤芯31与纤芯13之间的耦合率依赖于纤芯31与纤芯13之间的距离、和使纤芯13以及纤芯31接近的长边方向上的长度。即，mc光纤1以及sc光纤3的研磨量和所研磨的长边方向上的长度基于纤芯13与纤芯31之间所需的耦合率来决定。
31.此外，纤芯31也能够与纤芯11、纤芯12以及纤芯14耦合。纤芯31与纤芯11、纤芯12以及纤芯14各自的耦合率也依赖于芯间的距离和所研磨的长边方向上的距离。因而，更详细而言，mc光纤1以及sc光纤3的研磨量和所研磨的长边方向上的长度以将纤芯31与纤芯11、纤芯12以及纤芯14各自的耦合率设为预定值以下或者最小(例如，0，即无耦合)，并且将纤芯31与纤芯13之间的耦合率设为目标值的方式来决定。此外，纤芯31与纤芯11、纤芯12以及纤芯14各自的耦合率小于纤芯31与纤芯13之间的耦合率。
32.在本实施方式中，以纤芯数p对应量制作图3所示的光学构件100，即，在本例中制作四个。该四个光学构件100是相同的结构，但以下为了对四个光学构件100进行区别，记载为光学构件#1、光学构件#2、光学构件#3以及光学构件#4。
33.图4a是本实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器1000的结构的说明图。如图4a所示，四芯mc型光耦合器1000是将四个光学构件100串联连接而成的。此外，在图4a中，为了简化附图，省略了sc光纤3。此外，光学构件#1和光学构件#2例如通过熔接处理，将彼此的剖面连接，以使各纤芯相互连接。对于光学构件#2以及光学构件#3和光学构件#3以及光学构件#4而言也是同样的。
34.在本实施方式中，在使光学构件#(m 1)的纤芯11相对于光学构件#m(在本例中m为1～3的整数)的纤芯11旋转了π/2对应量、即旋转了纤芯间角度对应量的状态下，将光学构件#m和光学构件#(m 1)的剖面连接。图4b示出了如上述那样进行了连接的情况下的各纤芯的连接状态。此外，在图4b中，阴影的纤芯表示与sc光纤3的纤芯31耦合的耦合纤芯。
35.例如，如图4a以及图4b所示，将光学构件#4的与连接于光学构件#3的剖面不同的剖面与mc光纤4连接。此外，mc光纤4是与mc光纤1相同的结构。若将各光学构件100中的纤芯13与sc光纤3的纤芯31之间的耦合率设为1，则由光学构件#1的sc光纤3的纤芯31而来的信号光射入到光学构件#1的纤芯13，由此射入到mc光纤4的纤芯13。同样地，由光学构件#2、光学构件#3以及光学构件#4各自的sc光纤3的纤芯31而来的信号光射入到mc光纤4的纤芯14、纤芯11以及纤芯12。因而，能够使由四个sc光纤而来的信号光分别射入到mc光纤4的四个纤芯。例如，若使四个不同的光发送装置输出的信号光#1～信号光#4分别射入到光学构件#1～光学构件#4的sc光纤3的纤芯31，则能够使信号光#1～信号光#4射入到mc光纤4的纤芯13、纤芯14、纤芯11以及纤芯12。
36.此外，由于四芯mc型光耦合器1000不具有方向性，因此从mc光纤4的纤芯11、纤芯12、纤芯13以及纤芯14射入到四芯mc型光耦合器1000的信号光分别射入到光学构件#3、光学构件#4、光学构件#1以及光学构件#2的sc光纤3的纤芯31。因此，能够使在mc光纤4的纤芯
11～纤芯14中传输的信号光#1～信号光#4经由光学构件#1～光学构件#4的sc光纤3的纤芯31射入到四个不同的光接收装置。
37.在本实施方式的四芯mc型光耦合器1000中，光学构件#1～光学构件#4这四个sc光纤3的纤芯31均与相同的光学构件的mc光纤1的相同的纤芯13耦合。因而，通过将光学构件#1～光学构件#4串联连接而构成的四个纤芯(图4b的表的一行与一个纤芯对应)与各sc光纤的纤芯之间的耦合率的差变小。
38.此外，在本实施方式中，使mc光纤1的纤芯13与sc光纤3的纤芯31耦合，但也可以设为与纤芯12、纤芯14耦合的结构。即，与sc光纤3的纤芯31耦合的mc光纤1的纤芯只要是不受标记2的影响的与纤芯11不同的纤芯即可。另外，在本实施方式中，光学构件#1～光学构件#4的mc光纤1的耦合纤芯全部为纤芯13，但耦合纤芯只要是不受标记2的影响的与纤芯11不同的纤芯即可，在光学构件#1～光学构件#4中不需要设为相同。即，例如，也可以在光学构件#1以及光学构件#2中将耦合纤芯设为纤芯12，在光学构件#3以及光学构件#4中将耦合纤芯设为纤芯14。无论哪种情况，通过对在光学构件间的连接中相互连接的纤芯进行调整，能够使p个sc光纤与mc光纤的p个纤芯分别耦合。
39.总而言之，本实施方式的p芯mc型光耦合器由第一光学构件至第p光学构件构成。第一光学构件至第p光学构件分别由一个预定长度的mc光纤和一个sc光纤构成。该mc光纤具有在圆周上等间隔地配置的第一纤芯至第p纤芯、以及标记。标记被配置在最接近第一纤芯的位置。而且，第k光学构件(k为1～p的整数)的sm光纤的纤芯与第一纤芯至第p纤芯中的与第一纤芯不同的耦合纤芯耦合。耦合纤芯是第二纤芯到第p纤芯中的一个，对于每个光学构件而言可以不同的，也可以相同的。另外，第m光学构件(m为1～p-1的整数)的mc光纤的各纤芯与第(m 1)光学构件的mc光纤的各纤芯连接。此外，以通过将第一光学构件至第p光学构件依次串联连接而构成的p个纤芯分别与一个sm光纤的纤芯耦合的方式，将第m光学构件和第(m 1)光学构件的mc光纤1连接。
40.例如，在将各光学构件的耦合纤芯设为相同的情况下，只要在使第(m 1)光学构件的第一纤芯相对于第m光学构件的第一纤芯旋转了2π/p对应量的状态下使第m光学构件的mc光纤的各纤芯与第(m 1)光学构件的mc光纤的各纤芯连接即可。
41.《第二实施方式》
42.接着，以与第一实施方式的不同点为中心对第二实施方式进行说明。图5示出了本实施方式的光学构件101。光学构件101使mc光纤1的纤芯12与sc光纤5的纤芯51耦合，并且使mc光纤1的纤芯14与sc光纤6的纤芯61耦合。此外，使得纤芯51与mc光纤1的纤芯11、纤芯13以及纤芯14之间的耦合率为最小值或者预定值以下。同样地，使得纤芯61与mc光纤1的纤芯11、纤芯12以及纤芯13之间的耦合率为最小值或者预定值以下。
43.在本实施方式中，以n＝p/2对应量制作图5所示的光学构件101，即，在本例中制作两个。该两个光学构件101是相同的结构，但以下为了对两个光学构件101进行区别，标记为光学构件#1以及光学构件#2。
44.图6a是本实施方式所涉及的四芯mc型光耦合器1000的结构的说明图。如图6a所示，四芯mc型光耦合器1000将两个光学构件#1以及光学构件#2串联连接。此外，在图6a中，为了简化附图，省略了sc光纤5以及sc光纤6。此外，在本实施方式中，也在使光学构件#(m 1)的纤芯11相对于光学构件#1的纤芯11旋转了π/2对应量、即纤芯间角度对应量的状态下，
将光学构件#m与光学构件#(m 1)的剖面连接。图6b示出了如上述那样进行了连接的情况下的各纤芯的连接状态。此外，在图6b中，阴影的纤芯表示与sc光纤5的纤芯51以及sc光纤6的纤芯61耦合的耦合纤芯。
45.例如，如图6a以及图6b所示，将光学构件#2的与连接于光学构件#1的剖面不同的剖面与mc光纤4连接。此外，mc光纤4是与mc光纤1相同的结构。若将各光学构件100中的耦合纤芯与sc光纤的纤芯之间的耦合率设为1，则由光学构件#1的sc光纤5的纤芯51而来的信号光射入到光学构件#1的纤芯12，由此射入到mc光纤4的纤芯12。另外，由光学构件#1的sc光纤6的纤芯61而来的信号光射入到光学构件#1的纤芯14，由此射入到mc光纤4的纤芯14。同样地，由光学构件#2的sc光纤5的纤芯51以及sc光纤6的纤芯61而来的信号光分别射入到mc光纤4的纤芯13以及纤芯11。因而，能够使由四个sc光纤而来的信号光分别射入到mc光纤的四个纤芯。
46.以上，在本实施方式中，一个光学构件具有两个sc光纤，因此，一个光学构件的mc光纤1的四个纤芯中的两个纤芯成为耦合纤芯。此外，耦合纤芯是与纤芯11不同的纤芯。而且，通过对在光学构件间的串联连接中相互连接的mc光纤的纤芯进行调整，使由光学构件间的串联连接构成的四个纤芯全部与任一个sc光纤的纤芯耦合。根据该结构，能够减小mc光纤的各纤芯与sc光纤的纤芯之间的耦合率的差。
47.此外，在本实施方式中，将各光学构件的耦合纤芯设为相同，但在光学构件#1以及光学构件#2中不需要设为相同。即，例如，也可以在光学构件#1中将耦合纤芯设为纤芯12以及纤芯13，在光学构件#2中将耦合纤芯设为纤芯13以及纤芯14。
48.总而言之，本实施方式的p芯mc型光耦合器由第一光学构件至第n光学构件构成。此外，在本实施方式中，p为偶数，n＝p/2。第一光学构件至第n光学构件分别由一个预定长度的mc光纤和两个sc光纤构成。该mc光纤具有在圆周上等间隔地配置的第一纤芯至第p纤芯、以及标记。标记被配置在最接近第一纤芯的位置。而且，第k光学构件(k为1～n的整数)的两个sc光纤的纤芯与第一纤芯至第p纤芯中的与第一纤芯不同的两个不同的耦合纤芯耦合。耦合纤芯是第二纤芯至第p纤芯中的任一个，对于每个光学构件而言可以是不同的，也可以是相同的。另外，第m光学构件(m为1～n-1的整数)的mc光纤的各纤芯与第(m 1)光学构件的mc光纤的各纤芯连接。此外，以通过将第一光学构件至第n光学构件依次串联连接而构成的p个纤芯分别与一个sc光纤的纤芯耦合的方式，将第m光学构件与第(m 1)光学构件的mc光纤1连接。
49.例如，可以将第一光学构件至第n光学构件各自的两个耦合纤芯设为相同，并且设为相对于mc光纤的中心而相互位于相反侧的纤芯(例如，图5的纤芯12和纤芯14)。在该情况下，在使第(m 1)光学构件的第一纤芯相对于第m光学构件的第一纤芯旋转了π/n对应量的状态下，使第m光学构件的mc光纤的各纤芯与第(m 1)构件的mc光纤的各纤芯连接即可。
50.《第三实施方式》
51.接着，以与第一实施方式的不同点为中心对第三实施方式进行说明。第二实施方式的p芯mc型光耦合器将分别具有两个sc光纤的第一光学构件至第n光学构件串联连接。此外，p为偶数，且n＝p/2。在本实施方式中，设为n＝2。即，在本实施方式中，通过将第一光学构件和第二光学构件这两个光学构件串联连接而构成p芯mc型光耦合器。此外，与第二实施方式同样地，在本实施方式中也将p设为偶数，各光学构件具有q个(q＝p/2)sc光纤。各光学
构件的耦合纤芯为从在圆周上等间隔地配置的p个纤芯中每隔一个选择出的q个纤芯。例如，设为p＝10，编号1～编号10的纤芯沿顺时针方向配置，标记设置在与编号1的纤芯最近的位置。在该情况下，耦合纤芯可以是偶数编号的纤芯。偶数编号的纤芯在圆周上等间隔地配置。而且，通过将第一光学构件的耦合纤芯连接于与第二光学构件的耦合纤芯不同的纤芯，能够构成p芯mc型光耦合器。
52.《第四实施方式》
53.在第一实施方式中，各光学构件具有一个sc光纤，在第二实施方式中，各光学构件具有两个sc光纤，在第三实施方式中，两个光学构件具有q＝p/2个sc光纤。即，在第一实施方式至第三实施方式中，各光学构件所包含的sc光纤的数量相同。但是，能够针对每个光学构件使sc光纤的数量不同，由此能够使耦合纤芯的数量不同。例如，第一光学构件具有三个sc光纤，将图1的纤芯12、纤芯13以及纤芯14作为耦合纤芯。而且，第二光学构件具有一个sc光纤，将图1的纤芯13作为耦合纤芯。而且，通过使第二光学构件的纤芯13与第一光学构件的纤芯11耦合，能够构成四芯mc型光耦合器。
54.总而言之，p芯mc型光耦合器由第一光学构件至第n光学构件构成。此外，n为2以上的整数，p为n以上的整数。第一光学构件至第n光学构件分别由一个预定长度的mc光纤和一个以上的sc光纤构成。此外，第一光学构件至第n光学构件所包含的sc光纤的合计数为p。各光学构件的mc光纤具有在圆周上等间隔地配置的第一纤芯至第p纤芯、以及标记。标记被配置在最接近第一纤芯的位置。而且，第k光学构件(k为1～n的整数)的sm光纤的纤芯与第一纤芯至第p纤芯中的与第一纤芯不同的耦合纤芯耦合。耦合纤芯是第二纤芯至第p纤芯中的任一个。另外，第m光学构件(m为1～n-1的整数)的mc光纤的各纤芯与第(m 1)光学构件的mc光纤的各纤芯连接。此外，以通过将第一光学构件至第n光学构件依次串联连接而构成的p个纤芯分别与一个sm光纤的纤芯耦合的方式，将第m光学构件和第(m 1)光学构件的mc光纤连接。
55.《第五实施方式》
56.接着，对使用了在第一实施方式至第四实施方式中说明的p芯mc型光耦合器的光放大器进行说明。在利用p芯的mc光纤的通信系统中，为了将各纤芯的信号光放大，使用p芯mc型edf。p芯mc型edf具有添加有铒的p个纤芯。众所周知，通过在添加有铒的纤芯中传输信号光以及泵浦光，信号光被放大。因此，需要使由泵浦光源生成的泵浦光射入到p芯mc型edf的各纤芯。因此，在本实施方式中，使用在第一实施方式至第四实施方式中说明的p芯mc型光耦合器。即，本实施方式的p芯mc型edf通过在第一实施方式至第四实施方式中说明的p芯mc型光耦合器的p个纤芯中分别添加铒而构成。
57.图7a是本实施方式所涉及的p芯mc型edf1001的结构的说明图。此外，图7a利用了在第一实施方式中说明的p芯mc型光耦合器1000。但是，如上所述，mc光纤1的纤芯11～纤芯14构成为通过泵浦光对信号光进行放大。在p芯mc型edf1001的两端连接mc光纤7以及mc光纤4。mc光纤7以及mc光纤4的纤芯配置与mc光纤1相同。图7b示出了mc光纤7以及mc光纤4与p芯mc型edf1001的各纤芯的连接例。由mc光纤7的纤芯11～纤芯14而来的信号光#1～信号光#4经由p芯mc型edf1001射入到mc光纤4的纤芯11～纤芯14。在光学构件#1中，泵浦光射入到纤芯13，被用于对信号光#3进行放大。同样地，在光学构件#2～光学构件#4中射入的泵浦光被用于对信号光#4、信号光#1、信号光#2进行放大。
58.此外，在本实施方式中，需要使泵浦光从sc光纤3的纤芯31射入到mc光纤1的纤芯13，但需要防止在纤芯13中传输的信号光射入到sc光纤3的纤芯31。纤芯间的耦合率除了依赖于纤芯间的距离以及接近的长边方向上的长度以外，还依赖于光的波长。通常，在光放大中，泵浦光的波长与信号光的波长不同。因而，以在泵浦光的波长下使纤芯31与纤芯13之间的耦合率高于第一预定值、且在信号光的波长下使纤芯31与纤芯13之间的耦合率小于第二预定值的方式，来决定纤芯31与纤芯13之间的距离以及在长边方向上接近的长度。此外，第二预定值为第一预定位置以下。此外，在设为光放大器的情况下，即使sc光纤3的泵浦光射入到纤芯11、纤芯12以及纤芯14也没有问题。因而，与第一实施方式不同，关于泵浦光的波长下的纤芯31与纤芯11、纤芯12以及纤芯14之间的耦合率，不需要构成为比最小值、预定值低。
59.本发明并不局限于上述实施方式，可以不脱离本发明的精神以及范围地进行各种变更以及变形。因而，为了公开本发明的范围，附上以下的权利要求。
60.本技术以在2019年11月21日提交的日本专利申请特愿2019-210580为基础而主张优先权，将其记载内容的全部援引于此。