JP2016219753A - Multicore optical fiber amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチコア伝送で用いられるマルチコア光ファイバ増幅器に関する。 The present invention relates to a multi-core optical fiber amplifier used in multi-core transmission.
光伝送システムの伝送容量を飛躍的に増大するために、１本のファイバに複数コアを有するマルチコアファイバを伝送路に用いたマルチコア光伝送システムの開発が進められている。マルチコアファイバの各コアにそれぞれ異なる情報を伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）信号を伝搬させることにより、従来の１本に１コアを有する単一コアファイバを伝送路とする場合と比較して飛躍的に伝送容量を増大させることができる。長距離のマルチコア光伝送システムでは、従来の単一コアファイバを伝送路とする光伝送システムと同様に伝送中に強度が小さくなった信号光を増幅するため、マルチコア光ファイバ増幅器は必要不可欠である。 In order to drastically increase the transmission capacity of an optical transmission system, development of a multi-core optical transmission system using a multi-core fiber having a plurality of cores in one fiber as a transmission path has been advanced. Propagation of wavelength division multiplexing (WDM) signals for transmitting different information to each core of a multi-core fiber makes a dramatic difference compared to a conventional single-core fiber having one core per transmission line. In addition, the transmission capacity can be increased. In a long-distance multi-core optical transmission system, a multi-core optical fiber amplifier is indispensable to amplify signal light whose intensity has decreased during transmission, as in a conventional optical transmission system using a single core fiber as a transmission line. .
図１は、非特許文献１に示される従来のマルチコア光ファイバ増幅器の構成を示す。図１には、信号入力側に設けられた第１の伝送用マルチコアファイバ１1及び信号出力側に設けられた第２の伝送用マルチコアファイバ１2が両端に接続された従来のマルチコア光ファイバ増幅器２−１が示されている。非特許文献１に示される従来のマルチコア光ファイバ増幅器２−１は、シングルクラッド構造で構成されるとともに希土類元素の一つであるエルビウムイオンを添加した複数のコアを有する増幅用マルチコアファイバ３−１と、増幅用マルチコアファイバ３−１の両端側にそれぞれ設けられたコア励起部１５1及び１５2と、コア励起部１５2と第２の伝送用マルチコアファイバ１2との間に設けられた利得を平坦化するための利得等化器６とを備える。コア励起部１５1及び１５2は、それぞれ複数のコア励起ユニット４と、２つのファンイン/ファンアウト５とを含む。複数のコア励起ユニット４は、２つのファンイン/ファンアウト５の間に並列に設けられている。 FIG. 1 shows a configuration of a conventional multi-core optical fiber amplifier shown in Non-Patent Document 1. 1 shows a first transmission multicore fiber 1 of 1 and a second transmission multicore fiber 1 2 conventional multi-core optical fiber amplifier connected to both ends provided on the signal output side which is provided on the signal input side 2-1. A conventional multi-core optical fiber amplifier 2-1 shown in Non-Patent Document 1 has an amplification multi-core fiber 3-1, which has a single clad structure and has a plurality of cores to which erbium ions which are one of rare earth elements are added. And core excitation units 15 1 and 15 2 provided on both ends of the amplification multi-core fiber 3-1, respectively, and a gain provided between the core excitation unit 15 2 and the second transmission multi-core fiber 1 2. And a gain equalizer 6 for flattening. Each of the core excitation units 15 1 and 15 2 includes a plurality of core excitation units 4 and two fan-in / fan-outs 5. The plurality of core excitation units 4 are provided in parallel between the two fan-in / fan-outs 5.
図１に示すように、ファンイン/ファンアウト５を使用して増幅用マルチコアファイバ３−１のコア毎に信号光及び励起光を入力することで光増幅を実現している。図１に示すマルチコア光ファイバ増幅器における励起方法はコア励起法と呼ばれる。 As shown in FIG. 1, optical amplification is realized by inputting signal light and excitation light to each core of the amplification multicore fiber 3-1 using a fan-in / fan-out 5. The pumping method in the multi-core optical fiber amplifier shown in FIG. 1 is called a core pumping method.
コア励起法を用いたマルチコア光ファイバ増幅器２−１は、コア毎にコア励起ユニット４を備えており、コア励起ユニット４は、コア励起用光源７と、信号光とコア励起用光源７から出力された励起光とを合分波して出力する合分波器８と、単一コアファイバの入出力ファイバを有する光アイソレータ９とを含む。ＷＤＭ信号の増幅時に必要となる利得制御について、マルチコア光ファイバ増幅器２−１は、コア毎にコア励起用光源７を独立に制御することが可能であり、μｓ或いはそれより十分短い時間で各コアの利得・出力光パワーを独立に制御することができる。 The multi-core optical fiber amplifier 2-1 using the core pumping method includes a core pumping unit 4 for each core. The core pumping unit 4 outputs from the core pumping light source 7, the signal light, and the core pumping light source 7. It includes an multiplexer / demultiplexer 8 that multiplexes and demultiplexes the pumped light and outputs it, and an optical isolator 9 having a single core fiber input / output fiber. With respect to gain control required when amplifying a WDM signal, the multi-core optical fiber amplifier 2-1 can independently control the core excitation light source 7 for each core, and each core can be used in a time sufficiently shorter than μs. Gain and output optical power can be controlled independently.
しかし、図１に示す従来のマルチコア光ファイバ増幅器２−１では、コア毎にコア励起ユニット４を備える必要があるため、部品点数が多く、サイズや消費電力に課題があった。特に、コア数の増加に比例して消費電力が増加するため、低消費電力特性を有するマルチコア光ファイバ増幅器の実現が困難であった。 However, in the conventional multi-core optical fiber amplifier 2-1 shown in FIG. 1, since it is necessary to provide the core pumping unit 4 for each core, the number of parts is large, and there are problems in size and power consumption. In particular, since power consumption increases in proportion to the increase in the number of cores, it has been difficult to realize a multi-core optical fiber amplifier having low power consumption characteristics.
図１に示す構成の課題である低消費電力化を実現する構成として、非特許文献２に示されるマルチコア光ファイバ増幅器が挙げられる。図２は、非特許文献２に示される従来のマルチコア光ファイバ増幅器を示す。図２には、第１及び第２の伝送用マルチコアファイバ１1及び１2が両端に接続された従来のマルチコア光ファイバ増幅器２−２が示されている。図２に示されるように、非特許文献２に示される従来のマルチコア光ファイバ増幅器２−２は、ダブルクラッド構造で構成されるとともにエルビウムイオンを添加した複数のコアを有する増幅用マルチコアファイバ３−２と、クラッド励起部２０1及び２０2と、クラッド励起部２０2と第２の伝送用マルチコアファイバ１2との間に設けられた利得等化器６とを備える。クラッド励起部２０1及び２０2はそれぞれ、マルチモードのクラッド励起用光源１０と、信号光とクラッド励起用光源１０から出力された励起光とを合分波して出力する合分波器８と、単一コアファイバの入出力ファイバを有する光アイソレータ９とを含む。増幅用マルチコアファイバ３−２は、ダブルクラッド構造、すなわち内側の第１クラッド及び外側の第２クラッドを有し、第１クラッド材屈折率がコアガラス屈折率より小さく第２クラッド材屈折率より大きい構造を有しており、複数のコアは第１クラッド内に配置されている。 A multi-core optical fiber amplifier shown in Non-Patent Document 2 can be cited as a configuration that realizes low power consumption, which is a problem with the configuration shown in FIG. FIG. 2 shows a conventional multi-core optical fiber amplifier shown in Non-Patent Document 2. FIG. 2 shows a conventional multicore optical fiber amplifier 2-2 in which first and second transmission multicore fibers 1 1 and 1 2 are connected to both ends. As shown in FIG. 2, the conventional multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in Non-Patent Document 2 is an amplification multi-core fiber 3 having a double-clad structure and a plurality of cores doped with erbium ions. 2, a cladding excitation unit 20 1 and 20 2, and a gain equalizer 6 provided between the cladding excitation unit 20 2 and the second transmission multicore fiber 1 2 . Each of the cladding excitation units 20 1 and 20 2 includes a multimode cladding excitation light source 10, and a multiplexer / demultiplexer 8 that combines and demultiplexes the signal light and the excitation light output from the cladding excitation light source 10. And an optical isolator 9 having a single core fiber input / output fiber. The multicore fiber for amplification 3-2 has a double clad structure, that is, an inner first clad and an outer second clad, and the first clad material refractive index is smaller than the core glass refractive index and larger than the second clad material refractive index. The plurality of cores are disposed in the first cladding.
図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器における励起方法はクラッド励起法と呼ばれ、クラッド励起用光源１０として高出力マルチモード半導体レーザを使用することにより、１つまたはコアより少ない数のクラッド励起用光源１０を用いたとしても増幅器を実現することが可能である。また、高出力マルチモード半導体レーザは、ペルチェ素子などを使用した電気的な温度調整機構が不要であり、空冷ファンを用いた温度調整を利用したとしても十分動作可能である。したがって、クラッド励起法を採用したマルチコア光ファイバ増幅器２−２は、図１に示すコア励起法を採用したマルチコア光ファイバ増幅器２−１と比較して、部品点数の削減及びサイズ低減が可能となり、且つ、消費電力の低減が可能となる。ここで、図１及び図２に示す構成では、低雑音・高出力のため、信号入出力端の両側から励起を行う双方向励起の励起方法を採用している。 The pumping method in the multi-core optical fiber amplifier shown in FIG. 2 is referred to as a cladding pumping method. By using a high-power multimode semiconductor laser as the cladding pumping light source 10, a number of cladding pumping light sources 10 smaller than one or a core is used. Even if is used, an amplifier can be realized. In addition, the high-power multimode semiconductor laser does not require an electrical temperature adjustment mechanism using a Peltier element or the like, and can operate sufficiently even when temperature adjustment using an air cooling fan is used. Therefore, the multi-core optical fiber amplifier 2-2 adopting the cladding pumping method can reduce the number of parts and the size as compared with the multi-core optical fiber amplifier 2-1 adopting the core pumping method shown in FIG. In addition, power consumption can be reduced. Here, the configuration shown in FIGS. 1 and 2 employs a bidirectional excitation excitation method in which excitation is performed from both sides of the signal input / output end for low noise and high output.
しかしながら、図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２では、コア数よりクラッド励起用光源１０の数が少ないことから、コア毎に利得・出力光パワーを独立に制御することが困難であり、各波長の信号光の利得または出力パワーが波長に対して常に一定となるように制御することが困難であった。図３を用いて図２に示す従来技術の課題を説明する。 However, in the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. 2, since the number of cladding excitation light sources 10 is smaller than the number of cores, it is difficult to independently control the gain and output optical power for each core. It has been difficult to control the gain or output power of signal light having a wavelength to be always constant with respect to the wavelength. The problem of the prior art shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
図３は、図２に示す増幅用マルチコアファイバ３−２における波長と入出力パワーと利得との関係を示す。図３（ａ）及び（ｂ）は増幅用マルチコアファイバ３−２のＮ番目のコア（コアＮと呼ぶ）とＭ番目のコア（コアＭと呼ぶ）に同じ数のＷＤＭ信号（入力信号：７波）が入力された場合を示し、図３（ｃ）及び（ｄ）はコアＮとコアＭに異なる数のＷＤＭ信号（コアＮへの入力信号：７波、コアＭへの入力信号：５波）が入力された場合を示す。図３（ａ）〜（ｃ）では、ＷＤＭ信号波長がそれぞれ１５３０ｎｍ、１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５６０ｎｍである７つの信号を用い、図３（ｄ）では、ＷＤＭ信号波長がそれぞれ１５３０ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５６０ｎｍである入力パワーは同一な５つの信号を用いた。図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２では、各コアに所定の信号数の信号光が入力された状態において、出力パワー及び利得の波長依存性が最小となるようにクラッド励起用光源１０を制御して励起光パワーを決定する。 FIG. 3 shows the relationship among the wavelength, input / output power, and gain in the amplification multi-core fiber 3-2 shown in FIG. 3 (a) and 3 (b) show the same number of WDM signals (input signal: 7) in the Nth core (referred to as core N) and Mth core (referred to as core M) of the multicore fiber for amplification 3-2. 3 (c) and 3 (d) show different numbers of WDM signals (input signal to core N: 7 waves, input signal to core M: 5). This shows the case where a wave is input. 3A to 3C, seven signals having WDM signal wavelengths of 1530 nm, 1535 nm, 1540 nm, 1545 nm, 1550 nm, 1555 nm, and 1560 nm, respectively, are used. In FIG. 3D, the WDM signal wavelength is 1530 nm, respectively. , 1540 nm, 1545 nm, 1555 nm, and 1560 nm, the same input power used five signals. In the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. 2, the clad excitation light source 10 is set so that the wavelength dependency of output power and gain is minimized in a state where a predetermined number of signal lights are input to each core. The pump light power is determined by control.
図３（ｄ）に示すように、出力パワー及び利得の波長依存性が最小となるように決定された励起光パワーにおいてコアＭへのＷＤＭ信号数が変化した場合、コアＭによって増幅されるＷＤＭ信号の出力パワー及び利得に波長依存性が生じる。この現象は、マルチコア光ファイバ増幅器のチルト特性と呼ばれ、波長に対して一定の傾きを有する特性を示す。 As shown in FIG. 3D, when the number of WDM signals to the core M changes at the pumping light power determined so that the wavelength dependency of the output power and the gain is minimized, the WDM amplified by the core M Wavelength dependence occurs in the output power and gain of the signal. This phenomenon is called a tilt characteristic of a multi-core optical fiber amplifier, and shows a characteristic having a certain tilt with respect to the wavelength.
また、図４に、図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２のコアへ入力するＷＤＭ信号数に対する利得の変化例を示す。図４に示すように、７波信号を基準にして出力パワー及び利得の波長依存性が最小となるように励起光パワーを制御した場合、図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２の利得は、入力ＷＤＭ信号数に依存して傾きが変化するという特性を有する。 FIG. 4 shows an example of a change in gain with respect to the number of WDM signals input to the core of the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. As shown in FIG. 4, when the pumping light power is controlled so that the wavelength dependence of the output power and gain is minimized based on the seven-wave signal, the gain of the multicore optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. The slope changes depending on the number of input WDM signals.
以上のように、図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２では、各コアの利得・出力光パワーを独立に制御することが困難であり、特に、各コアに入射されたＷＤＭ信号の波長及び信号数の増減の変化に対して、各波長の信号光の利得または出力パワーが波長に対して常に一定となるように制御することが困難であるという課題があった。 As described above, in the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. 2, it is difficult to independently control the gain and output optical power of each core. In particular, the wavelength of the WDM signal incident on each core There is a problem that it is difficult to control the gain or output power of the signal light of each wavelength to be always constant with respect to the wavelength with respect to changes in the number of signals.
図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２の課題を解決するため、図５に示す構成とすることが考えられる。図５は、利得補正器を追加した従来のマルチコア光ファイバ増幅器を示す。図５には、図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２の後段にチルト特性を補正すると共に各コアの利得を揃えるための利得補正器５０を追加したマルチコア光ファイバ増幅器が示されている。図５に示されるように、利得補正器５０は、２つのファンイン/ファンアウト５と、複数のチルト補正部５１と、複数の可変減衰器５２とを備える。複数のチルト補正部５１及び可変減衰器５２は、２つのファンイン/ファンアウト５の間に設けられている。 In order to solve the problem of the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. 2, the configuration shown in FIG. 5 can be considered. FIG. 5 shows a conventional multi-core optical fiber amplifier to which a gain corrector is added. FIG. 5 shows a multicore optical fiber amplifier in which a gain corrector 50 for correcting the tilt characteristics and aligning the gain of each core is added to the subsequent stage of the multicore optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the gain corrector 50 includes two fan-in / fan-outs 5, a plurality of tilt correction units 51, and a plurality of variable attenuators 52. The plurality of tilt correction units 51 and variable attenuators 52 are provided between the two fan-in / fan-outs 5.
図６はチルト補正部１１の特性を例示し、図７は可変減衰器１２の特性を例示する。チルト補正部１１及び可変減衰器１２は、外部から電流あるいは電圧を印加することによって、各々、図６又は図７に示すような損失変化をする。 FIG. 6 illustrates characteristics of the tilt correction unit 11, and FIG. 7 illustrates characteristics of the variable attenuator 12. The tilt correction unit 11 and the variable attenuator 12 change loss as shown in FIG. 6 or FIG. 7 by applying a current or voltage from the outside.
図５に示す構成では、増幅用マルチコアファイバ２−２の各コアに入射されるＷＤＭ信号の最小数及び最小数に基づき、増幅器から出力されるＷＤＭ信号のチャンネル毎の出力パワーが一定になるように、チルト補正部５１及び可変減衰器５２の特性を詳細に設計する必要がある。 In the configuration shown in FIG. 5, the output power for each channel of the WDM signal output from the amplifier is constant based on the minimum number and the minimum number of WDM signals incident on each core of the amplification multi-core fiber 2-2. In addition, it is necessary to design the characteristics of the tilt correction unit 51 and the variable attenuator 52 in detail.
しかし、図５に示す構成では、利得補正器５０を用いることで、図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２の上記課題を解決することはできるが、利得補正器５０の構成が非常に複雑な部品構成となり、また利得補正器５０の動作を実現するためにはチルト補正部５１及び可変減衰器５２を複雑且つ精密に制御しなくてはならないため、高速に動作する実用的なチルト補正部５１及び可変減衰器５２の実現が困難であった。 However, in the configuration shown in FIG. 5, the above-described problem of the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. 2 can be solved by using the gain corrector 50, but the configuration of the gain corrector 50 is very complicated. In order to realize the operation of the gain corrector 50, the tilt corrector 51 and the variable attenuator 52 must be controlled in a complicated and precise manner. 51 and the variable attenuator 52 were difficult to realize.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、部品点数を削減し、サイズ低減が可能で消費電力低減の効果を有するクラッド励起法を採用したファイバ増幅器を簡便な構成によって実現しつつ、同ファイバ増幅器の各コアに入射されるＷＤＭ信号の波長及び信号数の増減の変化に対して、各信号光の利得または出力パワーが波長に対して常に一定となるような実用的動作を高速で行うことが可能なマルチコア伝送用光ファイバ増幅器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a simple configuration of a fiber amplifier that employs a cladding pumping method that can reduce the number of parts, reduce the size, and reduce power consumption. In practice, the gain or output power of each signal light is always constant with respect to the wavelength with respect to changes in the wavelength of the WDM signal incident on each core of the fiber amplifier and the change in the number of signals. An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier for multi-core transmission capable of performing a general operation at high speed.
上記課題を解決するために、請求項１に記載のマルチコア光ファイバ増幅器は、ダブルクラッド構造で構成されるとともに希土類イオンを添加した複数のコアを有する増幅用マルチコアファイバと、前記増幅用マルチコアファイバの一端に接続され、前記増幅用マルチコアファイバのクラッドに第１の励起光を出力するマルチモードのクラッド励起用光源を含むクラッド励起部と、前記増幅用マルチコアファイバの他端に接続され、第２の励起光を出力するコア励起用光源を有する複数のコア励起ユニットを含むコア励起部とを備え、前記複数のコア励起ユニットの各々は、前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々にそれぞれ独立に前記第２の励起光を出力するように前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々と光学的に結合されており、前記増幅用マルチコアファイバは、前記第１及び第２の励起光により前記信号光を増幅することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a multi-core optical fiber amplifier according to claim 1 includes an amplifying multi-core fiber having a plurality of cores having a double clad structure and doped with rare earth ions, and the amplifying multi-core fiber. A clad excitation unit including a multimode clad excitation light source connected to one end and outputting a first excitation light to the clad of the amplification multicore fiber; and connected to the other end of the amplification multicore fiber; A core pumping unit including a plurality of core pumping units having a core pumping light source that outputs pumping light, and each of the plurality of core pumping units is independent of each of the plurality of cores of the multicore fiber for amplification. Each of the plurality of cores of the multi-core fiber for amplification so as to output the second pumping light to Are histological coupled, the amplification multicore fiber is characterized by amplifying the signal light by the first and second excitation light.
請求項２に記載のマルチコア光ファイバ増幅器は、請求項１に記載のマルチコア光ファイバ増幅器であって、前記クラッド励起部は前記増幅用マルチコアファイバの入力端に接続され、前記コア励起部は前記増幅用マルチコアファイバの出力端に接続されていることを特徴とする。 The multi-core optical fiber amplifier according to claim 2 is the multi-core optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the cladding pumping unit is connected to an input end of the multi-core fiber for amplification, and the core pumping unit is the amplifier. It is connected to the output end of the multi-core fiber for use.
請求項３に記載のマルチコア光ファイバ増幅器は、請求項２に記載のマルチコア光ファイバ増幅器であって、前記クラッド励起部は、信号光を入力する第１の光アイソレータと、前記光アイソレータを介して入力した信号光と前記クラッド励起用光源から出力された前記第１の励起光とを合波して前記増幅用マルチコアファイバの前記クラッドに出力する第１の光合分波器とをさらに含み、前記コア励起部は、第１及び第２のファンイン/ファンアウトをさらに含み、前記複数のコア励起ユニットは、前記第１及び第２のファンイン/ファンアウトの間にそれぞれ並列に設けられ、前記第１のファンイン/ファンアウトを介して前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々と光学的に結合され、前記複数のコア励起ユニットは、第２のアイソレータと、前記コア励起用光源から出力された前記第２の励起光を前記第１のファンイン/ファンアウトに出力し、前記増幅用マルチコアファイバで増幅された増幅光を前記第２のアイソレータを介して第２のファンイン/ファンアウトに出力する第２の光合分波器とをさらに含むことを特徴とする。 The multi-core optical fiber amplifier according to claim 3 is the multi-core optical fiber amplifier according to claim 2, wherein the cladding pumping unit is connected to the first optical isolator for inputting signal light and the optical isolator. A first optical multiplexer / demultiplexer that multiplexes the input signal light and the first pumping light output from the cladding pumping light source and outputs the multiplexed light to the cladding of the multicore fiber for amplification; The core excitation unit further includes first and second fan-in / fan-out, and the plurality of core excitation units are provided in parallel between the first and second fan-in / fan-out, Optically coupled to each of the plurality of cores of the multi-core fiber for amplification via a first fan-in / fan-out, the plurality of core excitation units comprising: An isolator and the second pumping light output from the core pumping light source are output to the first fan-in / fan-out, and the amplified light amplified by the multicore fiber for amplification is supplied to the second isolator. And a second optical multiplexer / demultiplexer that outputs to the second fan-in / fan-out.
請求項４に記載のマルチコア光ファイバ増幅器は、請求項１に記載のマルチコア光ファイバ増幅器であって、前記クラッド励起部は前記増幅用マルチコアファイバの出力端に接続され、前記コア励起部は前記増幅用マルチコアファイバの入力端に接続されていることを特徴とする。 The multi-core optical fiber amplifier according to claim 4 is the multi-core optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the cladding pumping unit is connected to an output end of the multi-core fiber for amplification, and the core pumping unit is the amplification unit. It is connected to the input end of the multi-core fiber for use.
請求項５に記載のマルチコア光ファイバ増幅器は、請求項４に記載のマルチコア光ファイバ増幅器であって、前記コア励起部は、第１及び第２のファンイン/ファンアウトをさらに含み、前記複数のコア励起ユニットは、前記第１及び第２のファンイン/ファンアウトの間にそれぞれ並列に設けられ、前記第１のファンイン/ファンアウトを介して信号光をそれぞれ供給され、前記第２のファンイン/ファンアウトを介して前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々と光学的に結合され、前記複数のコア励起ユニットは、前記第１のファンイン/ファンアウトから信号光を入力する第１のアイソレータと、前記光アイソレータを介して入力した信号光と前記コア励起用光源から出力された前記第２の励起光とを合波して前記第２のファンイン/ファンアウトを介して前記増幅用マルチコアファイバの前記コアに当該合波光を出力する第１の光合分波器とをさらに含み、前記クラッド励起部は、第２のアイソレータと、前記クラッド励起用光源から出力された前記第１の励起光を前記増幅用マルチコアファイバに出力し、前記増幅用マルチコアファイバで増幅された増幅光を前記第２のアイソレータに出力する第２の光合分波器とをさらに含むことを特徴とする。 The multi-core optical fiber amplifier according to claim 5 is the multi-core optical fiber amplifier according to claim 4, wherein the core excitation unit further includes first and second fan-in / fan-out, Core excitation units are provided in parallel between the first and second fan-in / fan-outs, respectively, and are supplied with signal light via the first fan-in / fan-out, respectively, and the second fan Optically coupled to each of the plurality of cores of the multi-core fiber for amplification via in / fan-out, and the plurality of core excitation units receive signal light from the first fan-in / fan-out. 1 isolators, the signal light input via the optical isolator and the second pumping light output from the core pumping light source are combined to generate the second facilitator. A first optical multiplexer / demultiplexer that outputs the multiplexed light to the core of the multi-core fiber for amplification via in / fan-out, and the cladding pumping unit includes a second isolator and the cladding pumping A second optical multiplexer / demultiplexer that outputs the first pumping light output from a light source to the amplification multicore fiber and outputs the amplified light amplified by the amplification multicore fiber to the second isolator; It is further characterized by including.
請求項６に記載のマルチコア光ファイバ増幅器は、請求項１乃至５のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ増幅器であって、前記増幅用マルチコアファイバの出力端側に利得等化器をさらに備えたことを特徴とする。 A multi-core optical fiber amplifier according to claim 6 is the multi-core optical fiber amplifier according to any one of claims 1 to 5, further comprising a gain equalizer on an output end side of the amplification multi-core fiber. It is characterized by.
請求項７に記載のマルチコア光ファイバ増幅器は、請求項１乃至６のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ増幅器であって、前記増幅用マルチコアファイバは、エルビウムイオン添加マルチコアファイバであることを特徴とする。 The multi-core optical fiber amplifier according to claim 7 is the multi-core optical fiber amplifier according to any one of claims 1 to 6, wherein the multi-core fiber for amplification is an erbium ion-doped multi-core fiber. .
本発明は、部品点数削減、サイズ低減及び消費電力低減が可能であるクラッド励起法を採用したマルチコア光ファイバ増幅器において、各コアに入射されるＷＤＭ信号の波長及び信号数の増減の変化に対して、各信号光についての利得または出力パワーが波長に対して常に一定となるような動作が可能であり、且つ高速制御が可能である実用的なマルチコア光ファイバ増幅器の実現に大きく貢献することができる。 The present invention is a multi-core optical fiber amplifier that employs a cladding pumping method capable of reducing the number of components, reducing the size, and reducing power consumption. It is possible to greatly contribute to the realization of a practical multi-core optical fiber amplifier that can operate such that the gain or output power of each signal light is always constant with respect to the wavelength and that can be controlled at high speed. .
以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述するが、以下に開示する実施例は本発明の単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を何等限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the embodiments disclosed below are merely examples of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
（実施例１）
図８は、本発明の実施例１に係るマルチコア光ファイバ増幅器を示す。図８には、入出力端に第１及び第２の伝送用マルチコアファイバ１1及び１2が接続されたマルチコア光ファイバ増幅器１００−１が示されている。図８に示されるように、マルチコア光ファイバ増幅器１００−１は、ダブルクラッド構造で構成されるとともにエルビウムイオンを添加した複数のコアを有する増幅用マルチコアファイバ１０１と、第１の伝送用マルチコアファイバ１1と増幅用マルチコアファイバ１０１との間に設けられたクラッド励起部１１０と、第２の伝送用マルチコアファイバ１2と増幅用マルチコアファイバ１０１との間に設けられたコア励起部１２０と、コア励起部１２０と第２の伝送用マルチコアファイバ１2との間に設けられた利得を平坦化するための利得等化器１３０とを備える。
Example 1
FIG. 8 shows a multi-core optical fiber amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 8 shows a multi-core optical fiber amplifier 100-1 in which first and second transmission multi-core fibers 11 and 12 are connected to the input / output terminals. As shown in FIG. 8, the multi-core optical fiber amplifier 100-1 includes a multi-core fiber 101 for amplification having a plurality of cores having a double clad structure and doped with erbium ions, and a first multi-core fiber 1 for transmission. 1 and a clad excitation portion 110 which is provided between the amplifying multicore fiber 101, the core exciting unit 120 provided between the second transmission multicore fiber 1 2 and amplifying the multicore fiber 101, the core excitation comprising part 120 and a gain equalizer 130 for flattening the gain provided between the second transmission multicore fiber 1 2.
クラッド励起部１１０は、増幅用マルチコアファイバ１０１のクラッドに第１の励起光を供給するマルチモードのクラッド励起用光源１０２と、信号光とクラッド励起用光源１０２で発生した第１の励起光とを合波あるいは分波して出力する第１の合分波器１０３と、マルチコアファイバの入出力ファイバを有する第１の光アイソレータ１０４とを含む。 The clad excitation unit 110 includes a multi-mode clad excitation light source 102 that supplies the first excitation light to the clad of the amplification multi-core fiber 101, and the signal light and the first excitation light generated by the clad excitation light source 102. It includes a first multiplexer / demultiplexer 103 that outputs by multiplexing or demultiplexing, and a first optical isolator 104 that has a multi-core fiber input / output fiber.
コア励起部１２０は、第１及び第２のファンイン/ファンアウト１０５1及び１０５2と、第１及び第２のファンイン/ファンアウト１０５1及び１０５2の間に並列に設けられた複数のコア励起ユニット１０６とを含む。コア励起ユニット１０６は、増幅用マルチコアファイバ１０１のコアに第２の励起光を供給するコア励起用光源１０７と、信号光とコア励起用光源１０７で発生した第２の励起光とを合波あるいは分波して出力する第２の合分波器１０８と、単一コアファイバの入出力ファイバを有する第２の光アイソレータ１０９とを含む。第１のファンイン/ファンアウト１０５1は、増幅用マルチコアファイバ１０１の複数のコアの各々と光学的に結合されており、第１のファンイン/ファンアウト１０５1を介して増幅用マルチコアファイバ１０１のコア毎に各コア励起部１２０のコア励起用光源１０７から出力された第２の励起光をそれぞれ独立に入力することが可能である。 The core excitation unit 120 includes a plurality of parallelly provided between the first and second fan-in / fan-outs 105 1 and 105 2 and the first and second fan-in / fan-outs 105 1 and 105 2 . A core excitation unit 106. The core pumping unit 106 combines the core pumping light source 107 that supplies the second pumping light to the core of the multi-core fiber 101 for amplification and the second pumping light generated by the signal light and the core pumping light source 107 or It includes a second multiplexer / demultiplexer 108 that demultiplexes and outputs, and a second optical isolator 109 having a single core fiber input / output fiber. The first fan-in / fan-out 105 1 is optically coupled to each of the plurality of cores of the amplification multi-core fiber 101, and the amplification multi-core fiber 101 is connected via the first fan-in / fan-out 105 1. The second pumping light output from the core pumping light source 107 of each core pumping unit 120 can be input independently for each core.
第１の伝送用マルチコアファイバ１1を介して入力された信号光は、第１の光アイソレータ１０４を介して第１の合分波器１０３に入力されて、第１の合分波器１０３で、クラッド励起用光源１０２から出力された第１の励起光と合波されて増幅用マルチコアファイバ１０１のクラッドに出力される。また、複数のコア励起部１２０の各々のコア励起用光源１０７から出力された第２の励起光は、各々の第２の合分波器１０８及び第１のファンイン/ファンアウト１０５1を介して増幅用マルチコアファイバ１０１の各コアに出力される。 The signal light inputted through a first transmission multicore fiber 1 1 is input to the first demultiplexer 103 through the first optical isolator 104, a first demultiplexer 103 The first excitation light output from the cladding excitation light source 102 is combined and output to the cladding of the multicore fiber 101 for amplification. Further, the second excitation light output from the core excitation light source 107 of each of the plurality of core excitation units 120 passes through each second multiplexer / demultiplexer 108 and the first fan-in / fan-out 105 1 . And output to each core of the multi-core fiber 101 for amplification.
増幅用マルチコアファイバ１０１に入力された信号光は、第１及び第２の励起光により増幅用マルチコアファイバ１０１で増幅されて増幅光として第１のファンイン/ファンアウト１０５1に出力される。第１のファンイン/ファンアウト１０５1に入力された増幅光は、第１のファンイン/ファンアウト１０５1で複数に分岐されて複数のコア励起部１２０にそれぞれ入力され、各々の第２の合分波器１０８、第２の光アイソレータ１０９及び第２のファンイン/ファンアウト１０５2を介して利得等化器１３０に入力されて利得が平坦化され、第２の伝送用マルチコアファイバ１2に出力される。 Signal light inputted to the amplification multicore fiber 101 is outputted as an amplified light is amplified by the amplifying multicore fiber 101 by the first and second excitation light to the first fan-in / fan-out 105 1. The amplified light input to the first fan-in / fan-out 105 1 is branched into a plurality at the first fan-in / fan-out 105 1 and input to the plurality of core excitation units 120, respectively. The signal is input to the gain equalizer 130 via the multiplexer / demultiplexer 108, the second optical isolator 109, and the second fan-in / fan-out 105 2 , the gain is flattened, and the second transmission multi-core fiber 1 2 is obtained. Is output.
本発明では、複数のコアを有する一本の増幅用マルチコアファイバ１０１を伝搬する信号光についてクラッド励起法とコア励起法を併用して光増幅している。ＷＤＭ信号の主な励起をクラッド励起部１１０が行い、増幅用マルチコアファイバ１０１の各コアに入射されるＷＤＭ信号の信号数の変化によって生じた出力パワー及び利得の波長依存性に対応するように各コア励起部１２０でコア励起用光源１０７をそれぞれ独立に制御して励起光を補うことにより、利得の平坦性を実現することができる。各コア励起部１２０のコア励起用光源１０７を制御する分、消費電力は図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２よりは若干大きくなるが、図１に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−１と比較すると消費電力について大きな削減を実現することができる。また、コア励起部１２０を備えることから、コア励起の特徴の一つである高速制御が可能であり、μｓ或いはそれより短時間で利得・出力光パワーを制御することができる。 In the present invention, the signal light propagating through one amplification multi-core fiber 101 having a plurality of cores is optically amplified by using both the cladding excitation method and the core excitation method. The main excitation of the WDM signal is performed by the cladding excitation unit 110, and each of the output power and the gain depends on the wavelength dependence caused by the change in the number of signals of the WDM signal incident on each core of the amplification multicore fiber 101. Gain flatness can be realized by controlling the core excitation light sources 107 independently by the core excitation unit 120 to supplement the excitation light. The power consumption is slightly larger than that of the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG. 2 by controlling the core pumping light source 107 of each core pumping unit 120, but compared with the multi-core optical fiber amplifier 2-1 shown in FIG. Then, a great reduction in power consumption can be realized. In addition, since the core pumping unit 120 is provided, high-speed control, which is one of the features of core pumping, is possible, and the gain and output light power can be controlled in μs or a shorter time.
図９を用いて本発明に係るマルチコア光ファイバ増幅器の動作を説明する。図９は、ＷＤＭ信号波長に対する利得の依存性を示す。増幅用マルチコアファイバ１０１に入射するＷＤＭ信号数を１（１波の信号）とし、１波信号の光増幅に対して、１波信号の波長が任意のＷＤＭ信号波長に設定された場合に出力パワー及び利得の波長依存性が最小となるようにクラッド励起部１１０のクラッド励起用光源１０２が発生する励起光パワーを設定した状態（初期状態）とする。 The operation of the multi-core optical fiber amplifier according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the dependence of gain on the WDM signal wavelength. Output power when the number of WDM signals incident on the amplification multi-core fiber 101 is 1 (one-wave signal) and the wavelength of one-wave signal is set to an arbitrary WDM signal wavelength for optical amplification of one-wave signal. In addition, the pumping light power generated by the cladding excitation light source 102 of the cladding excitation unit 110 is set (initial state) so that the wavelength dependency of gain is minimized.
図９（ａ）は、初期状態において、１５３０ｎｍ、１５３５ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５６０ｎｍのそれぞれのＷＤＭ信号波長の１波信号が増幅用マルチコアファイバ１０１に入力されて増幅されたときの利得値を特性９０１として示している。初期状態では、コア励起部１２０のコア励起用光源１０７が発生する励起光パワーは０であり、消費電力は図２に示すマルチコア光ファイバ増幅器２−２と等しい。 FIG. 9A shows a characteristic value 901 when a single wave signal of each WDM signal wavelength of 1530 nm, 1535 nm, 1545 nm, 1555 nm, and 1560 nm is input to the multicore fiber 101 for amplification and amplified in the initial state. As shown. In the initial state, the pumping light power generated by the core pumping light source 107 of the core pumping unit 120 is 0, and the power consumption is equal to that of the multi-core optical fiber amplifier 2-2 shown in FIG.
図９（ａ）は、初期状態からＷＤＭ信号数が１３に増えた場合であって、本発明のようにコア励起を適用しない場合の利得値を特性９０２として示している。ＷＤＭ信号数に対する波長依存性がない場合、同じ波長の信号は同じ利得となるが、図９（ａ）の特性９０２に示されるように波長に対して長波長側利得が大きくなるチルト特性を有する波長依存性が生じている。 FIG. 9A shows a gain value 902 when the number of WDM signals is increased from the initial state to 13 and the core excitation is not applied as in the present invention. When there is no wavelength dependency with respect to the number of WDM signals, signals having the same wavelength have the same gain, but have a tilt characteristic that increases the long wavelength gain with respect to the wavelength as shown by the characteristic 902 in FIG. 9A. Wavelength dependence has occurred.
図９（ｂ）は、初期状態からＷＤＭ信号数が１３に増えた場合であって、コア励起部１２０によるコア励起を適用した場合の利得値を特性９０３として示す。図９（ｂ）の特性９０３に示すように、コア励起用光源１０７で発生する励起光の励起光パワーを調整することにより、図９（ａ）の特性９０２で示されたチルト特性を抑制することができ、特性９０１に示す１波ＷＤＭ信号の波長依存性と同一の波長依存性を有する特性を実現することができる。すなわち、信号波長数増減（信号光パワー変化）に対してクラッド励起用光源１０２が発生する励起光の励起光パワーを一定の状態に保ちつつ、コア励起用光源１０７が発生する励起光の励起光パワーを調整することにより、ＷＤＭ信号数に依存しない、利得平坦で一定の増幅特性を有する増幅動作を簡便な構成により高速で実現することができる。 FIG. 9B shows a gain value as a characteristic 903 when the number of WDM signals is increased to 13 from the initial state and the core excitation by the core excitation unit 120 is applied. As shown by the characteristic 903 in FIG. 9B, the tilt characteristic indicated by the characteristic 902 in FIG. 9A is suppressed by adjusting the excitation light power of the excitation light generated by the core excitation light source 107. Therefore, the characteristic having the same wavelength dependency as the wavelength dependency of the one-wave WDM signal shown in the characteristic 901 can be realized. That is, the pumping light of the pumping light generated by the core pumping light source 107 while keeping the pumping light power of the pumping light generated by the cladding pumping light source 102 constant with respect to increase / decrease in the number of signal wavelengths (change in signal light power). By adjusting the power, it is possible to realize an amplifying operation having a flat gain and constant amplification characteristics independent of the number of WDM signals at a high speed with a simple configuration.
上述のように、図１及び図２に示す従来の構成では、低雑音・高出力のためにコア励起法及びクラッド励起法のいずれかによる双方向励起の励起方法を採用していたが、本発明では、ＷＤＭ信号数が増減した結果生じる出力パワー及び利得の波長依存性を抑制するようにクラッド励起法とコア励起法を併用した双方向励起の励起方法を採用している。これにより、本発明によると、部品点数を削減しサイズ低減が可能で消費電力低減の効果を有するクラッド励起法を採用したマルチコア光ファイバ増幅器を簡便な構成且つシンプルな制御で実現し、同ファイバ増幅器の各コアに入射されるＷＤＭ信号数及び波長の増減の変化に対して、各波長の信号光の利得または出力パワーを波長に対して常に一定となるような実用的動作を高速で行うことが可能なマルチコア伝送用光ファイバ増幅器を提供できる。 As described above, the conventional configuration shown in FIG. 1 and FIG. 2 employs the bidirectional excitation excitation method by either the core excitation method or the cladding excitation method for low noise and high output. In the present invention, a bidirectional excitation excitation method using both the cladding excitation method and the core excitation method is adopted so as to suppress the wavelength dependence of the output power and gain resulting from the increase / decrease in the number of WDM signals. As a result, according to the present invention, a multi-core optical fiber amplifier that employs a cladding pumping method that can reduce the number of components, reduce the size, and reduce power consumption can be realized with a simple configuration and simple control. Practical operation can be performed at high speed so that the gain or output power of the signal light of each wavelength is always constant with respect to the wavelength with respect to changes in the number of WDM signals incident on each core and the increase or decrease of the wavelength. A possible multi-core transmission optical fiber amplifier can be provided.
ここで、上記では、増幅用マルチコアファイバ１０１としてエルビウムイオンを添加したコアを有するものを例示したが、これに限定されず、希土類イオンを添加したコアを有するものを増幅用マルチコアファイバ１０１として用いることができる。以下も同様とする。 Here, the amplification multi-core fiber 101 is exemplified as having the core added with erbium ions, but is not limited thereto, and the one having a core added with rare-earth ions is used as the amplification multi-core fiber 101. Can do. The same applies to the following.
（実施例２）
次に、本発明の実施例２に係るマルチコア光ファイバ増幅器について説明する。実施例２に係るマルチコア光ファイバ増幅器では、図８に示す構成において、第１及び第２の伝送用マルチコアファイバ１1及び１2としては１２コアを有する伝送用マルチコアファイバ（モードフィールド径：１１μｍ、カットオフ波長：１．４μｍ、コアピッチ：３７μｍ）を用い、増幅用マルチコアファイバ１０１としてはダブルクラッド構造で構成されるとともに１２コアを有するエルビウムイオン添加マルチコアファイバ（コア径：６μｍ、Δｎ：１．１％、コアピッチ：３７μｍ、Ｅｒ3+添加濃度：１０００ｐｐｍ、Ｙｂ3+添加濃度：１３０００ｐｐｍ、ファイバ長：５ｍ）を用い、クラッド励起用光源１０２としては非電子冷却型のマルチモード９７８ｎｍ帯ＬＤ（最大出力：４Ｗ）を用い、ファンを用いて空冷している。
(Example 2)
Next, a multi-core optical fiber amplifier according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The multi-core optical fiber amplifier according to a second embodiment, in the configuration shown in FIG. 8, the transmission multicore fiber (mode field diameter having a first and second transmission multicore fiber 1 1 and 1 12 core as 2 for: 11 [mu] m, An erbium-ion-doped multicore fiber (core diameter: 6 μm, Δn: 1.1) having a cut-off wavelength: 1.4 μm and a core pitch: 37 μm and having a double-clad structure as the amplification multicore fiber 101 and having 12 cores. %, Core pitch: 37 μm, Er 3+ addition concentration: 1000 ppm, Yb 3+ addition concentration: 13000 ppm, fiber length: 5 m), and the non-electron-cooled multimode 978 nm band LD (maximum output) as the cladding excitation light source 102 : 4W) and air cooling using a fan.
また、第１の合分波器１０３としてはダイクロイックミラーを含むレンズ光学系を用い、ダイクロイックミラーにより、第１及び第２の伝送用マルチコアファイバ１1及び１2と、増幅用マルチコアファイバ１０１と、クラッド励起用光源１０２とを光学的に結合して、励起光及び信号光を合波する。第１の合分波器１０３における信号光及び励起光の挿入損失は１ｄＢ以下である。 As the first demultiplexer 103 using a lens optical system including a dichroic mirror, a dichroic mirror, a multi-core fiber 1 1 and 1 2 for the transmission of the first and second, an amplification multicore fiber 101, Optically coupled to the cladding excitation light source 102, the excitation light and the signal light are combined. The insertion loss of signal light and pump light in the first multiplexer / demultiplexer 103 is 1 dB or less.
また、第１の光アイソレータ１０４としてはアイソレーションが５０ｄＢ以上、挿入損失が１ｄＢ未満の光アイソレータを用い、第１及び第２のファンイン/ファンアウト１０５1及び１０５2としては細経ファイバをＶ溝によって束ねた後に光ファイバと機械的に突き合わせたファンイン/ファンアウト（挿入損失：１ｄＢ未満）を用いた。 Further, as the first optical isolator 104, an optical isolator having an isolation of 50 dB or more and an insertion loss of less than 1 dB is used, and as the first and second fan-in / fan-outs 105 1 and 105 2 , meridian fibers are used. A fan-in / fan-out (insertion loss: less than 1 dB) that was mechanically abutted with an optical fiber after being bundled by a groove was used.
コア励起用光源１０７としては電子冷却型の９８０ｎｍ帯ＬＤ（出力：２００ｍＷ）を用い、ＬＤチップがthermoelectric cooler（ＴＥＣ）を用いて冷却されている。第２の合分波器１０６としては挿入損失が０．５ｄＢ以下の合分波器を用い、第２の光アイソレータ１０９としては挿入損失が０．５ｄＢ以下の光アイソレータを用いた。利得等化器１３０としては利得平坦性が０．５ｄＢ以下、挿入損失が０．７ｄＢ以下の利得等化器を用いた。 As the core excitation light source 107, an electronically cooled 980 nm band LD (output: 200 mW) is used, and the LD chip is cooled using a thermoelectric cooler (TEC). As the second multiplexer / demultiplexer 106, an multiplexer / demultiplexer having an insertion loss of 0.5 dB or less was used, and as the second optical isolator 109, an optical isolator having an insertion loss of 0.5 dB or less was used. As the gain equalizer 130, a gain equalizer having a gain flatness of 0.5 dB or less and an insertion loss of 0.7 dB or less was used.
図１０に本発明の実施例２に係るマルチコア光ファイバ増幅器を用いて実現された波長−利得特性を示す。図１０は、本発明に係るマルチコア光ファイバ増幅器１００の各コアに入射されるＷＤＭ信号数が１、すなわち１波長信号の場合のＷＤＭ信号の増幅特性１００１と、ＷＤＭ信号数１１の場合のＷＤＭ信号の増幅特性１００２を示している。図１０では、１２コアを有する増幅用マルチコアファイバ１０１の４番目のコアで増幅された信号について観測された増幅特性を示しており、ＷＤＭ信号の各波長の信号光の信号パワーは−３０ｄＢｍであり、クラッド励起用光源１０２で発生した励起光の励起パワーは２．１Ｗである。 FIG. 10 shows wavelength-gain characteristics realized by using the multicore optical fiber amplifier according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a WDM signal amplification characteristic 1001 when the number of WDM signals incident on each core of the multi-core optical fiber amplifier 100 according to the present invention is 1, that is, one wavelength signal, and a WDM signal when the number of WDM signals is 11. The amplification characteristic 1002 is shown. FIG. 10 shows the amplification characteristics observed for the signal amplified by the fourth core of the amplification multi-core fiber 101 having 12 cores, and the signal power of the signal light of each wavelength of the WDM signal is −30 dBm. The excitation power of the excitation light generated by the cladding excitation light source 102 is 2.1 W.
また、増幅特性１００１では、ＷＤＭ信号波長として１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５６０ｎｍの各１波長信号の場合をそれぞれ例示し、電子冷却型の９８０ｎｍ帯ＬＤで構成されたコア励起用光源１０７が発生する励起光の出力パワーを０に設定している。増幅特性１００２では、ＷＤＭ信号波長として１５３５ｎｍ、１５３７．５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４２．５ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５４７．５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５２．５ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５５７．５ｎｍ、１５６０ｎｍの１１波長信号の場合を例示し、コア励起用光源１０８が発生する励起光の出力パワーを５０ｍＷに設定している。 The amplification characteristic 1001 exemplifies a case where each wavelength signal of 1535 nm, 1540 nm, 1545 nm, 1550 nm, 1555 nm, and 1560 nm is used as the WDM signal wavelength, and the core excitation light source 107 configured by an electronically cooled 980 nm band LD. The output power of the excitation light generated by is set to zero. The amplification characteristic 1002 illustrates the case of 11 wavelength signals of 1535 nm, 1537.5 nm, 1540 nm, 1542.5 nm, 1545 nm, 1547.5 nm, 1550 nm, 1552.5 nm, 1555 nm, 1557.5 nm, and 1560 nm as WDM signal wavelengths, The output power of the excitation light generated by the core excitation light source 108 is set to 50 mW.
図１０に示されるように、本発明の励起方法を用いることで、０．５ｄＢ以下の精度で信号利得の平坦性を保持できることが明らかとなった。すなわち、本発明の構成を用いることで、クラッド励起法を採用したマルチコア光ファイバ増幅器において、簡便な構成及びシンプルな制御により、同ファイバ増幅器の各コアに入射されるＷＤＭ信号波長数の増減の変化に対して、各波長の信号光の利得または出力パワーが波長に対して常に一定となるような実用的動作が実現可能であることが明らかとなった。 As shown in FIG. 10, it became clear that the flatness of the signal gain can be maintained with an accuracy of 0.5 dB or less by using the excitation method of the present invention. That is, by using the configuration of the present invention, in a multi-core optical fiber amplifier adopting the cladding pumping method, the change in the number of WDM signal wavelengths incident on each core of the fiber amplifier can be changed with a simple configuration and simple control. On the other hand, it has become clear that a practical operation in which the gain or output power of the signal light of each wavelength is always constant with respect to the wavelength can be realized.
また、図１１は、本発明の実施例２に係るマルチコア光ファイバ増幅器を用いて実現された利得変化−時間特性を示す。本発明の実施例２に係るマルチコア光ファイバ増幅器において、上記ＷＤＭ波長数をＡＯ（Acoust Optical）変調器で変化させると共に、第２の光アイソレータ１０９の後段に光タップモニタを配置し、本光タップモニタからの検知信号によってコア励起用光源１０７（アンクール型の９８０ｎｍ帯ＬＤ）の出力パワーを変化させるという自動制御系を付加する。それにより、図１１に示すように、５０μｓ以下の高速な制御が可能となることも合わせて確認をしている。また、電気の制御回路を高速化することで制御の更なる速度向上は可能である。 FIG. 11 shows gain change-time characteristics realized using the multi-core optical fiber amplifier according to the second embodiment of the present invention. In the multi-core optical fiber amplifier according to the second embodiment of the present invention, the number of WDM wavelengths is changed by an AO (Acoust Optical) modulator, and an optical tap monitor is disposed after the second optical isolator 109 to An automatic control system is added that changes the output power of the core excitation light source 107 (an uncooled 980 nm band LD) in accordance with a detection signal from the monitor. As a result, as shown in FIG. 11, it has also been confirmed that high-speed control of 50 μs or less is possible. Further, the speed of the electric control circuit can be increased to further improve the control speed.
（実施例３）
図１２は、本発明の実施例３に係るマルチコア光ファイバ増幅器を示す。図１２には、両端に第１及び第２の伝送用マルチコアファイバ１1及び１2が接続されたマルチコア光ファイバ増幅器１００−２が示されている。図１２に示されるように、マルチコア光ファイバ増幅器１００−２は、増幅用マルチコアファイバ１０１と、第２の伝送用マルチコアファイバ１2と増幅用マルチコアファイバ１０１との間に設けられたクラッド励起部１１０と、第１の伝送用マルチコアファイバ１1と増幅用マルチコアファイバ１０１との間に設けられたコア励起部１２０と、クラッド励起部１１０と第２の伝送用マルチコアファイバ１2との間に設けられた利得等化器１３０とを備える。本実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器１００−２は、図８に示したマルチコア光ファイバ増幅器１００−１に対して、クラッド励起部１１０とコア励起部１２０の位置がそれぞれ入れ替わった構成となっている。その他の構成要素は実施例２に係るマルチコア光ファイバ増幅器と同じである。
Example 3
FIG. 12 shows a multi-core optical fiber amplifier according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 12 shows a multicore optical fiber amplifier 100-2 in which first and second transmission multicore fibers 1 1 and 1 2 are connected to both ends. As shown in FIG. 12, multi-core optical fiber amplifier 100-2, an amplification multicore fiber 101, cladding pumping unit 110 which is provided between the second transmission multicore fiber 1 2 and amplification multicore fiber 101 When provided between the core exciting unit 120 provided between the first transmission multicore fiber 1 1 an amplification multicore fiber 101, the clad pumping section 110 and the multicore fiber 1 2 second for transmission Gain equalizer 130. The multi-core optical fiber amplifier 100-2 according to the present embodiment has a configuration in which the positions of the cladding pumping unit 110 and the core pumping unit 120 are interchanged with respect to the multi-core optical fiber amplifier 100-1 shown in FIG. . Other components are the same as those of the multi-core optical fiber amplifier according to the second embodiment.
本実施例においては、第１の伝送用マルチコアファイバ１1を介して入力された信号光は、第１のファンイン/ファンアウト１０５1に出力されて複数に分岐されて複数のコア励起部１２０にそれぞれ入力され、第２の合分波器１０８でコア励起用光源１０７から出力された第２の励起光と合波されて第２の光アイソレータ１０９及び第２のファンイン/ファンアウト１０５2を介して増幅用マルチコアファイバ１０１の各コアに出力される。また、クラッド励起部１１０のクラッド励起用光源１０２から出力された第１の励起光は、第１の合分波器１０３を介して増幅用マルチコアファイバ１０１のクラッドに出力される。 In this embodiment, the signal light input through the first transmission multi-core fiber 11 is output to the first fan-in / fan-out 105 1 and branched into a plurality of core excitation units 120. Are combined with the second pumping light output from the core pumping light source 107 by the second multiplexer / demultiplexer 108 to be combined with the second optical isolator 109 and the second fan-in / fan-out 105 2. Is output to each core of the multi-core fiber 101 for amplification. The first pumping light output from the cladding pumping light source 102 of the cladding pumping unit 110 is output to the cladding of the multicore fiber 101 for amplification via the first multiplexer / demultiplexer 103.
増幅用マルチコアファイバ１０１に入力された信号光は、第１及び第２の励起光により増幅用マルチコアファイバ１０１で増幅されて増幅光として第１の合分波器１０３及び第１の光アイソレータ１０４を介して利得等化器１３０に入力されて利得が平坦化され、第２の伝送用マルチコアファイバ１2に出力される。 The signal light input to the amplifying multi-core fiber 101 is amplified by the amplifying multi-core fiber 101 by the first and second pumping lights, and passes through the first multiplexer / demultiplexer 103 and the first optical isolator 104 as amplified light. To the gain equalizer 130, the gain is flattened, and output to the second transmission multi-core fiber 12.
図８に示したマルチコア光ファイバ増幅器１００−１では、増幅用マルチコアファイバ１０１の信号入力側からクラッド励起法で励起し、信号出力側からコア励起法により励起する構成としているが、図１２に示す実施例３に係るマルチコア光ファイバ増幅器１００−２のように、増幅用マルチコアファイバ１０１の信号入力側からコア励起法で励起し、信号出力側からクラッド励起法で励起する構成とすることも可能である。 The multi-core optical fiber amplifier 100-1 shown in FIG. 8 is configured to be excited by the cladding excitation method from the signal input side of the amplification multi-core fiber 101 and excited from the signal output side by the core excitation method. As in the multi-core optical fiber amplifier 100-2 according to the third embodiment, the amplification multi-core fiber 101 can be excited by the core excitation method from the signal input side and excited by the cladding excitation method from the signal output side. is there.
図１３に本発明の実施例３に係るマルチコア光ファイバ増幅器を用いて実現された特性を示す。図１３では、図１０で示した条件と同様の条件で、１波長信号の場合のＷＤＭ信号の増幅特性１３０１と、ＷＤＭ信号数１１の場合のＷＤＭ信号の増幅特性１３０２を示している。 FIG. 13 shows characteristics realized using the multi-core optical fiber amplifier according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 shows the WDM signal amplification characteristic 1301 in the case of a single wavelength signal and the WDM signal amplification characteristic 1302 in the case of 11 WDM signals under the same conditions as those shown in FIG.
図１３に示すように、本実施例に係るマルチコア光ファイバ増幅器１００−２を用いることで、実施例２に係るマルチコア光ファイバ増幅器と同様に、０．５ｄＢ以下の精度で信号利得の平坦性を保持できることが明らかとなった。また、図１４に示すように、本実施例の自動制御における高速性は実施例２と同様に５０μｓ以下の高速制御が可能であることも確認できている。 As shown in FIG. 13, by using the multi-core optical fiber amplifier 100-2 according to the present embodiment, the flatness of the signal gain can be achieved with an accuracy of 0.5 dB or less as in the multi-core optical fiber amplifier according to the second embodiment. It became clear that it could be retained. Further, as shown in FIG. 14, it is confirmed that the high speed in the automatic control of this embodiment can be controlled at a high speed of 50 μs or less as in the second embodiment.
本実施例では、増幅用マルチコアファイバ１０１の信号光出力側からクラッド励起用光源１０２が発生する励起光が常に入力しているため、各コア励起用光源１０７の出力パワーを実施例２よりも小さくすることができるため、さらなる低消費電力化を実現できる。しかし、本実施例では、増幅用マルチコアファイバ１０１の信号光入力側から入力される、コア励起用光源１０７が発生する励起光が小さいために、増幅用マルチコアファイバ１０１の信号光入力側の反転分布が小さくなって、雑音指数は実施例２より劣化し、特に初期状態のときに本実施形態の雑音指数は実施例２の雑音指数より１ｄＢ大きくなった。 In this embodiment, since the pumping light generated by the cladding pumping light source 102 is always input from the signal light output side of the amplification multicore fiber 101, the output power of each core pumping light source 107 is smaller than that of the second embodiment. Therefore, further reduction in power consumption can be realized. However, in this embodiment, since the pumping light generated by the core pumping light source 107 that is input from the signal light input side of the amplification multicore fiber 101 is small, the inversion distribution on the signal light input side of the amplification multicore fiber 101 is small. The noise figure deteriorated from that of Example 2, and the noise figure of the present embodiment was 1 dB larger than that of Example 2 particularly in the initial state.
伝送用マルチコアファイバ １1、１2
マルチコア光ファイバ増幅器 ２−１、２−２、１００−１、１００−２
増幅用マルチコアファイバ ３−１、３−２
コア励起ユニット ４、１０６
ファンイン/ファンアウト ５、１０５1、１０５2
利得等化器 ６、１３０
コア励起用光源 ７、１０７
合分波器 ８、１０３、１０８
光アイソレータ ９、１０４、１０９
クラッド励起用光源 １０、１０２
コア励起部 １５1、１５2、１２０
クラッド励起部 ２０1、２０2、１１０
利得補正器 ５０
チルト補正部 ５１
可変減衰器 ５２
Multicore fiber for transmission 1 1 , 1 2
Multi-core optical fiber amplifiers 2-1, 2-2, 100-1, 100-2
Multicore fiber for amplification 3-1, 3-2
Core excitation unit 4, 106
Fan-in / fan-out 5 , 105 1 , 105 2
Gain equalizer 6,130
Light source for core excitation 7, 107
MUX / DEMUX 8, 103, 108
Optical isolator 9, 104, 109
Light source for cladding excitation 10, 102
Core excitation parts 15 1 , 15 2 , 120
Clad excitation part 20 1 , 20 2 , 110
Gain compensator 50
Tilt correction unit 51
Variable attenuator 52
Claims (7)
前記増幅用マルチコアファイバの一端に接続され、前記増幅用マルチコアファイバのクラッドに第１の励起光を出力するマルチモードのクラッド励起用光源を含むクラッド励起部と、
前記増幅用マルチコアファイバの他端に接続され、第２の励起光を出力するコア励起用光源を有する複数のコア励起ユニットを含むコア励起部と
を備え、
前記複数のコア励起ユニットの各々は、前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々にそれぞれ独立に前記第２の励起光を出力するように前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々と光学的に結合されており、
前記増幅用マルチコアファイバは、前記第１及び第２の励起光により前記信号光を増幅することを特徴とするマルチコア光ファイバ増幅器。 A multi-core fiber for amplification having a plurality of cores with a double clad structure and doped with rare earth ions;
A cladding pumping unit including a multimode cladding pumping light source connected to one end of the multicore fiber for amplification and outputting a first pumping light to the cladding of the multicore fiber for amplification;
A core pumping unit including a plurality of core pumping units connected to the other end of the multicore fiber for amplification and having a core pumping light source that outputs second pumping light;
Each of the plurality of core pumping units includes each of the plurality of cores of the multicore fiber for amplification so that the second pumping light is output independently to each of the plurality of cores of the multicore fiber for amplification. Optically coupled,
The multi-core optical fiber amplifier, wherein the amplification multi-core fiber amplifies the signal light by the first and second pumping lights.
信号光を入力する第１の光アイソレータと、
前記光アイソレータを介して入力した信号光と前記クラッド励起用光源から出力された前記第１の励起光とを合波して前記増幅用マルチコアファイバの前記クラッドに出力する第１の光合分波器と
をさらに含み、
前記コア励起部は、第１及び第２のファンイン/ファンアウトをさらに含み、
前記複数のコア励起ユニットは、前記第１及び第２のファンイン/ファンアウトの間にそれぞれ並列に設けられ、前記第１のファンイン/ファンアウトを介して前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々と光学的に結合され、
前記複数のコア励起ユニットは、
第２のアイソレータと、
前記コア励起用光源から出力された前記第２の励起光を前記第１のファンイン/ファンアウトに出力し、前記増幅用マルチコアファイバで増幅された増幅光を前記第２のアイソレータを介して第２のファンイン/ファンアウトに出力する第２の光合分波器と
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のマルチコア光ファイバ増幅器。 The cladding excitation part is
A first optical isolator for inputting signal light;
A first optical multiplexer / demultiplexer that multiplexes the signal light input via the optical isolator and the first pumping light output from the cladding pumping light source and outputs the multiplexed light to the cladding of the multicore fiber for amplification. And further including
The core excitation unit further includes first and second fan-in / fan-out,
The plurality of core excitation units are provided in parallel between the first and second fan-in / fan-outs, respectively, and the plurality of amplification multi-core fibers are connected via the first fan-in / fan-out. Optically coupled to each of the cores,
The plurality of core excitation units includes:
A second isolator;
The second pumping light output from the core pumping light source is output to the first fan-in / fan-out, and the amplified light amplified by the multi-core fiber for amplification is output via the second isolator. The multi-core optical fiber amplifier according to claim 2, further comprising: a second optical multiplexer / demultiplexer that outputs to two fan-in / fan-out.
前記複数のコア励起ユニットは、前記第１及び第２のファンイン/ファンアウトの間にそれぞれ並列に設けられ、前記第１のファンイン/ファンアウトを介して信号光をそれぞれ供給され、前記第２のファンイン/ファンアウトを介して前記増幅用マルチコアファイバの前記複数のコアの各々と光学的に結合され、
前記複数のコア励起ユニットは、前記第１のファンイン/ファンアウトから信号光を入力する第１のアイソレータと、
前記光アイソレータを介して入力した信号光と前記コア励起用光源から出力された前記第２の励起光とを合波して前記第２のファンイン/ファンアウトを介して前記増幅用マルチコアファイバの前記コアに当該合波光を出力する第１の光合分波器と
をさらに含み、
前記クラッド励起部は、
第２のアイソレータと、
前記クラッド励起用光源から出力された前記第１の励起光を前記増幅用マルチコアファイバに出力し、前記増幅用マルチコアファイバで増幅された増幅光を前記第２のアイソレータに出力する第２の光合分波器と
をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のマルチコア光ファイバ増幅器。 The core excitation unit further includes first and second fan-in / fan-out,
The plurality of core excitation units are provided in parallel between the first and second fan-in / fan-out, respectively, and are supplied with signal light via the first fan-in / fan-out, Optically coupled to each of the plurality of cores of the multi-core fiber for amplification via two fan-in / fan-out,
The plurality of core excitation units includes a first isolator that inputs signal light from the first fan-in / fan-out, and
The signal light input through the optical isolator and the second pumping light output from the core pumping light source are combined and the multicore fiber for amplification is coupled through the second fan-in / fan-out. A first optical multiplexer / demultiplexer that outputs the combined light to the core;
The cladding excitation part is
A second isolator;
A second optical coupling unit that outputs the first pumping light output from the cladding pumping light source to the amplifying multicore fiber and outputs the amplified light amplified by the amplifying multicore fiber to the second isolator; The multi-core optical fiber amplifier according to claim 4, further comprising:
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