JP2017098296A

JP2017098296A - 光増幅装置

Info

Publication number: JP2017098296A
Application number: JP2015225612A
Authority: JP
Inventors: 五十嵐　浩司; Koji Igarashi; 浩司五十嵐; 釣谷　剛宏; Takehiro Tsuritani; 剛宏釣谷; 雄太若山; Yuta Wakayama; 恭井上; Yasushi Inoue
Original assignee: Osaka University NUC; KDDI Corp
Current assignee: Osaka University NUC; KDDI Corp
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-06-01

Abstract

【課題】緻密な不純物添加調整技術を必要とすることなく、利得差を抑えた光増幅が可能な光増幅装置を提供する。【解決手段】光増幅装置は、信号光を増幅するための不純物が添加された光ファイバと、励起光を生成する光源と、前記励起光を前記光ファイバのクラッドに入射し、受信する信号光を前記光ファイバのコアに入射する合波手段と、を備えており、前記不純物は、前記コア及び前記クラッドの両方に添加されている。【選択図】図２

Description

本発明は、モード多重を行う光通信システムの光増幅装置に関する。

光通信システムにおいて、１本の光ファイバでの伝送容量を拡大させるための技術の１つとしてモード多重が注目を集めている。モード多重においても、光信号を電気信号に変換することなく光信号のまま増幅を行う光増幅装置の利用が望まれている。モード多重された複数の信号光の光増幅において、各信号光の増幅利得（以下、単に利得と呼ぶ。）の差は少ないことが好ましい。ここで、光増幅において利得は、信号光の空間的な強度分布と、励起光の空間的な強度分布と、光増幅のために光ファイバに添加された不純物、例えば、エルビウム（Ｅｒ）の空間的な添加分布により決定される。具体的には、これら分布がオーバラップしている所で光増幅が行われる。非特許文献１〜非特許文献３は、モード多重された信号光間の利得差を小さくするため、Ｅｒの添加分布をリング状にする構成を開示している。

Ｎ. Ｂａｉｅｔａｌ．，"Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｗｉｔｈｔｕｎａｂｌｅｍｏｄａｌｇａｉｎａｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｍｕｌｔｉｍｏｄｅｐｕｍｐ"，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ１９，１６６０１，２０１１年Ｙ．Ｊｕｎｇｅｔａｌ．，"Ｆｉｒｓｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｍｏｄｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｆｏｒｓｐａｔｉａｌｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ" ，ＥＣＯＣ２０１１，Ｔｈ．１３．Ｋ．４，２０１１年Ｅ．Ｉｐ，"ＧａｉｎＥｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＦｅｗ−ＭｏｄｅＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｓＢｅｙｏｎｄＴｗｏＰｒｏｐａｇａｔｉｎｇＭｏｄｅＧｒｏｕｐｓ"，ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．２４，１９３３，２０１２年

非特許文献１から３に記載の様な不純物添加光ファイバを製造するためには、緻密な不純物添加調整技術が必要となる。また、励起光の強度分布の変換に際して大きな損失が生じるために、高効率な増幅が困難となる。

本発明は、緻密な不純物添加調整技術を必要とすることなく、利得差を抑えた光増幅が可能な光増幅装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、光増幅装置は、信号光を増幅するための不純物が添加された光ファイバと、励起光を生成する光源と、前記励起光を前記光ファイバのクラッドに入射し、受信する信号光を前記光ファイバのコアに入射する合波手段と、を備えており、前記不純物は、前記コア及び前記クラッドの両方に添加されていることを特徴とする。

本発明によると、緻密な不純物添加調整技術を必要とすることなく、利得差を抑えた光増幅が可能になる。

一実施形態による光増幅装置の構成図。一実施形態による光増幅装置のＥｒ添加光ファイバの屈折率及びＥｒ添加濃度の分布を示す図。一実施形態による光増幅装置のＥｒ添加濃度の分布を示す図。一実施形態による信号光間の利得差を示す図。一実施形態による信号光間の利得差を示す図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光増幅装置の構成図である。モード多重された信号光は、アイソレータ４経由で合波部１に入力される。なお、アイソレータ４は、信号光の入射方向とは逆方向に反射光等が進行することを防止するために設けられる。光源２が生成する励起光も合波部１に入力される。合波部１は、励起光を不純物添加光ファイバ３のクラッドに出力し、信号光を不純物添加光ファイバ３のコアに出力する。つまり、本実施形態による光増幅装置ではクラッド励起を行う。不純物添加光ファイバ３は、光増幅のための不純物が添加された光ファイバであり、以下の説明ではこの不純物がエルビウム（Ｅｒ）であるものとする。しかしながら、本発明は、光増幅が可能な任意の不純物に対して適用できる。

本実施形態による不純物添加光ファイバ３の屈折率分布を図２（Ａ）に示す。図２（Ａ）に示す様に、不純物添加光ファイバ３のコアの周囲に、コアより屈折率の低い第１クラッドを設け、さらに、第１クラッドの周囲に、第１クラッドより屈折率の低い層（以下、第２クラッドと呼ぶ。）を設ける。励起光は第１クラッドに入射され、第２クラッドにより第１クラッド及びコア内に閉じ込められながら伝搬する。また、本実施形態による不純物添加光ファイバ３におけるＥｒ添加分布を図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）に示す様に、本実施形態では、コアのみならず、第１クラッドにもエルビウムを添加する。したがって第１クラッド及びコアを伝搬する励起光は、第１クラッド及びコアに添加されたエルビウムに吸収されそのエネルギー順位を励起させる。信号光は不純物添加光ファイバ３内を伝搬する過程においてエルビウムからのエネルギーを受けて増幅が行われる。

従来では、コアのみにエルビウムを添加していた。しかしながら、本実施形態では、第１クラッドにもエルビウムを添加する。上述した様に、不純物添加光ファイバ３では、エルビウムが添加された位置において励起光と信号光が存在する場合に信号光の増幅が行われる。モード多重においては、信号光の伝搬状態、つまり、例えば、半径方向において信号光が存在する位置はモード毎に異なる。さらには、モードによって信号光は、第１クラッド領域にも漏れ出している。したがって、本実施形態では、各信号光の利得の差を小さくするためにクラッド励起として、さらに、不純物をクラッドにも添加する。この構成により、各信号光の利得の差を小さくすることができる。本実施形態では、従来技術の様に、エルビウムをリング状に添加する必要がなく、よって、製造が簡易になり、かつ、モード多重された信号光間での利得差の小さい光増幅装置を構成できる。なお、図２（Ｂ）では、第１クラッドの全域にエルビウムを添加しているが、モード多重された信号光が漏れだしてくる第１クラッドの領域を含む範囲においてエルビウムを添加する構成であっても良い。

図４は、エルビウムの添加範囲と、信号光間での利得差（δＧ）との関係を示している。なお、コアの半径を３μｍとし、第１クラッドの半径を６７．５μｍとし、コアと第１クラッドとの屈折率の差を１％とした。この場合、６つのモードの信号光を伝送可能である。さらに、エルビウムは、コアの中心から横軸で示す半径の範囲において５００ｐｐｍの濃度で添加した。図４に示す様に、エルビウムを添加する範囲を増加させると信号光間の利得差が減少するのが分かる。なお、半径６．６μｍで極小値となり、その後、一旦増加する。しかしながら、図４では示していないが、その後、利得差は一定値に収束する。半径６．６μｍで極小値となるのは、各信号光の強度分布の空間的な位置と、エルビウムの添加範囲と、励起光の微妙なバランスによるものである。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態の光増幅装置の構成は図１と同様であり、コアと、第１クラッドと、第２クラッドを設けることについても第一実施形態と同様である。しかしながら、本実施形態では、図３に示す様に、コアに対するエルビウムの添加濃度を、第１クラッドに対するエルビウムの添加濃度よりも高くする。

図５は、第１クラッドには、その全体に濃度ｄ１＝５００ｐｐｍでエルビウムを添加し、コアに添加する濃度ｄ２を変化させたときの信号光間での利得差を示している。なお、使用する光フィアバは図４で説明したのと同様である。図５に示す様に、濃度ｄ２が１９００ｐｐｍのとき、つまり、ｄ２／ｄ１＝３．８のときに利得差が最小値となる。なお、上記各数値は例示であり、使用する光ファイバや、多重するモード数によりそれぞれ最適の値が存在する。さらに、最適な値にて使用する必要はなく、第１クラッドに添加する不純物の濃度とその範囲、コアに添加する不純物の濃度については、実際のシステムの要求条件により決定すれば良い。また、本実施形態の構成は、コアに添加する不純物の濃度がクラッドに添加する不純物の濃度より高ければ良く、例えば、コアにおいては、その中心に向かうほど濃度を高くする構成であっても良い。さらに、濃度を増加させる位置は、第１クラッドとコアとの境界とするが、第１クラッドとコアとの境界より第１クラッド側から増加させる構成であっても良い。

Claims

信号光を増幅するための不純物が添加された光ファイバと、
励起光を生成する光源と、
前記励起光を前記光ファイバのクラッドに入射し、受信する信号光を前記光ファイバのコアに入射する合波手段と、
を備えており、
前記不純物は、前記コア及び前記クラッドの両方に添加されていることを特徴とする光増幅装置。
前記不純物が添加される前記クラッドの領域は、少なくとも、前記信号光が前記コアから漏れだす領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
前記コアに添加される前記不純物の濃度は、前記クラッドに添加される前記不純物の濃度以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光増幅装置。
前記コアに添加される前記不純物の濃度は、前記クラッドに添加される前記不純物の濃度より高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光増幅装置。
前記コアの中心に添加される前記不純物の濃度は、前記クラッドに添加される前記不純物の濃度より高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光増幅装置。
前記不純物はエルビウムであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅装置。
前記光ファイバは前記クラッドの周囲に前記クラッドより屈折率の低い層を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光増幅装置。