JP2018078228A - Optical fiber amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モード分割多重光伝送で用いられる光ファイバ増幅器に関する。 The present invention relates to an optical fiber amplifier used in mode division multiplexing optical transmission.
通信サービスの高速化・大容量化に起因する幹線系光伝送システムで伝送されるトラフィックの爆発的な増大に対して、光伝送システムの伝送容量を飛躍的に増大する技術の１つとしてモード分割多重光伝送技術の研究が近年急速に進んでいる。長距離モード多重光伝送システムでは、各々異なる直線偏波（ＬＰ：Linearly Polarized）モードの複数の信号光を多重しまた変調し、出力端ではモード毎に分離している。このため、長距離モード多重光伝送システムでは、複数の異なるモードの信号光を１本の増幅用ファイバで増幅するマルチモード光ファイバ増幅器が必要となり、この研究開発が進められている（非特許文献１）。 Mode division is one of the technologies to dramatically increase the transmission capacity of optical transmission systems in response to the explosive increase in traffic transmitted in trunk optical transmission systems resulting from higher speed and higher capacity of communication services. Research on multiplexed optical transmission technology has been progressing rapidly in recent years. In the long-distance mode multiplexed optical transmission system, a plurality of signal lights of different linearly polarized (LP) modes are multiplexed and modulated, and separated at the output end for each mode. For this reason, in a long-distance mode multiplex optical transmission system, a multimode optical fiber amplifier that amplifies a plurality of different modes of signal light with a single amplifying fiber is required, and this research and development is underway (non-patent literature) 1).
マルチモード光ファイバ増幅器においてモード間利得差があると、光ファイバ増幅器を多中継光ファイバ伝送へ適用した光伝送システムでは、光中継の度にモード間の光パワー差が生じてこれが累積する結果、受信端でモード間に光信号対雑音比（光ＳＮＲ）の差が発生し、モード間で伝送特性が異なってしまう。このため、マルチモード光ファイバ増幅器ではモード間利得差の低減が重要となる。 When there is a gain difference between modes in a multimode optical fiber amplifier, in an optical transmission system in which the optical fiber amplifier is applied to multi-relay optical fiber transmission, an optical power difference between modes is generated and accumulated every time optical repeater is performed. A difference in optical signal-to-noise ratio (optical SNR) occurs between modes at the receiving end, and transmission characteristics differ between modes. For this reason, it is important to reduce the gain difference between modes in the multimode optical fiber amplifier.
マルチモード光ファイバ増幅器の利得は、励起された増幅用イオン（例えばエルビウムイオン）の分布と信号光強度の分布との重なりに関係する。重なりが大きい程、利得が大きくなりやすい。上述したモード間利得差を低減するためには、この励起されたエルビウムイオン分布と信号光強度分布との重なりを、信号光モード間で小さくすることが必要となる。 The gain of the multimode optical fiber amplifier is related to the overlap between the distribution of excited amplification ions (for example, erbium ions) and the distribution of signal light intensity. The greater the overlap, the greater the gain. In order to reduce the above-described gain difference between modes, it is necessary to reduce the overlap between the excited erbium ion distribution and the signal light intensity distribution between the signal light modes.
例えば、非特許文献２では、コア直径をやや大きくして導波路の伝搬モード数を必要モード数より大きくする一方で、全信号光モード（伝搬モード数より少ない）の光強度分布が、エルビウムイオンが添加されたコア内に十分閉じこめられるように設計したダブルクラッドエルビウム添加マルチモードファイバを用いている。このエルビウム添加マルチモードファイバにおいて、クラッド励起を用いてコア内エルビウムイオンを均一に励起することで、信号光強度分布の異なる各モードの信号光が励起エルビウムイオン分布とほぼ等しく重なる。この結果、非特許文献２の技術によれば、各信号光モードの利得をほぼ等しくすることができ、モード間利得差を低減できることが示されている。 For example, in Non-Patent Document 2, while the core diameter is slightly increased to increase the number of propagation modes of the waveguide beyond the required number of modes, the light intensity distribution of all signal light modes (less than the number of propagation modes) is erbium ions. A double-clad erbium-doped multimode fiber designed so as to be sufficiently confined in the core to which is added is used. In this erbium-doped multimode fiber, the in-core erbium ions are uniformly excited using cladding excitation, so that the signal light of each mode having a different signal light intensity distribution overlaps with the excited erbium ion distribution almost equally. As a result, according to the technique of Non-Patent Document 2, it is shown that the gains of the respective signal light modes can be made substantially equal, and the gain difference between the modes can be reduced.
しかしながら、非特許文献２では次の２つの課題がある。第１に、コアの伝搬モード数が信号光モード数より大きいことから、エルビウム添加マルチモードファイバを信号光が伝搬するうちにモード結合によって必要以上の高次モードが励振されることが問題となる。励振された必要以上の高次モード光は不要な光のため、必要以上の高次モード光が増幅される分、信号光の増幅利得を減少させる結果、光増幅器の利得効率を劣化させ、且つ必要以上の高次モード光が信号光と結合することにより、雑音として悪影響も及ぼす。第２に、励起光源の信頼性が問題となる。エルビウム添加マルチモードファイバをクラッド励起する際に使用する励起光源はマルチモード半導体レーザであるが、主にファイバレーザ用途に開発されたものであるため、通信用信頼性の確保に課題がある。 However, Non-Patent Document 2 has the following two problems. First, since the number of propagation modes of the core is larger than the number of signal light modes, it becomes a problem that higher-order modes than necessary are excited by mode coupling while signal light propagates through the erbium-doped multimode fiber. . Excessive higher-order mode light that is excited is unnecessary light. As a result, the gain gain of the optical amplifier is deteriorated as a result of reducing the amplification gain of the signal light as much higher-order mode light as is necessary is amplified. When higher-order mode light than necessary is combined with signal light, it also has an adverse effect as noise. Second, the reliability of the excitation light source becomes a problem. The pumping light source used when the erbium-doped multimode fiber is clad pumped is a multimode semiconductor laser. However, since the pumping light source was developed mainly for fiber laser applications, there is a problem in ensuring communication reliability.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高い通信用信頼性が確保された状態で、光ファイバ増幅器における利得効率や雑音特性の劣化を抑制できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and makes it possible to suppress deterioration of gain efficiency and noise characteristics in an optical fiber amplifier in a state where high communication reliability is ensured. For the purpose.
本発明に係る光ファイバ増幅器は、基本モードの励起光を生成する励起光源と、励起光源より生成される励起光のモードを基本モードから高次モードに変換する変換部と、変換部が変換した高次モードの励起光と入力される信号光とを合波する合波部と、合波部が合波した合波光を入射して光増幅するエルビウムがドープされた増幅用光ファイバと、増幅用光ファイバより出射された出射光を高次モードの励起光と増幅された信号光とに分波する分波部とを備え、増幅用光ファイバは、伝送可能な直線偏波のモードが信号光のモードと同じとされ、変換部は、増幅用光ファイバが伝送可能なモードＬＰlmのｍが最大となるモードＬＰ0mの高次モードに基本モードの励起光を変換する。 An optical fiber amplifier according to the present invention includes a pumping light source that generates fundamental mode pumping light, a conversion unit that converts a mode of pumping light generated from the pumping light source from a fundamental mode to a higher-order mode, and a conversion unit that converts the pumping light. A multiplexing unit that combines the excitation light of the higher-order mode and the input signal light, an optical fiber for amplification doped with erbium that enters and amplifies the combined light combined by the multiplexing unit, and amplification A demultiplexing unit that demultiplexes the emitted light emitted from the optical fiber into higher-order mode excitation light and amplified signal light. The conversion unit converts the excitation light of the basic mode into a higher order mode of mode LP 0m in which m of the mode LP lm that can be transmitted by the amplification optical fiber is maximized.
以上説明したように、本発明によれば、励起光源より生成される基本モードの励起光を、増幅用光ファイバで伝送可能な直線偏波のモードＬＰlmのｍが最大となるモードＬＰ0mの高次モードに変換部で変換するようにしたので、高い通信用信頼性が確保された状態で、光ファイバ増幅器における利得効率や雑音特性の劣化を抑制できるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the fundamental mode pumping light generated from the pumping light source can be transmitted through the amplification optical fiber, and the linearly polarized mode LP lm in which the maximum is m of the mode LP 0m Since the conversion unit converts to the higher order mode, it is possible to obtain an excellent effect that deterioration of gain efficiency and noise characteristics in the optical fiber amplifier can be suppressed while high communication reliability is ensured.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における光ファイバ増幅器の構成を示す構成図である。この光ファイバ増幅器は、励起光源１０１、変換部１０２、合波部１０３、増幅用光ファイバ１０４、分波部１０５を備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical fiber amplifier according to an embodiment of the present invention. This optical fiber amplifier includes a pumping light source 101, a conversion unit 102, a multiplexing unit 103, an amplification optical fiber 104, and a demultiplexing unit 105.
励起光源１０１は、基本モードの励起光を生成する。変換部１０２は、励起光源１０１より生成される励起光のモードを基本モードから高次モードに変換する。合波部１０３は、変換部１０２が変換した高次モードの励起光と入力される信号光とを合波する。合波部１０３は、光アイソレータ１０６を経由して入力された信号光と励起光とを合波する。 The excitation light source 101 generates fundamental mode excitation light. The conversion unit 102 converts the mode of excitation light generated from the excitation light source 101 from the basic mode to a higher-order mode. The multiplexing unit 103 multiplexes the higher-order mode excitation light converted by the conversion unit 102 and the input signal light. The multiplexing unit 103 multiplexes the signal light and the excitation light input via the optical isolator 106.
増幅用光ファイバ１０４は、合波部１０３が合波した合波光を入射して光増幅し、光増幅した合波光を出力する。増幅用光ファイバ１０４は、エルビウムがドープされている。増幅用光ファイバ１０４は、リングコアエルビウム添加マルチモードファイバである。 The amplification optical fiber 104 receives and amplifies the combined light combined by the combining unit 103 and outputs the optically amplified combined light. The amplification optical fiber 104 is doped with erbium. The amplification optical fiber 104 is a ring core erbium-doped multimode fiber.
増幅用光ファイバ１０４は、図２の断面図に示すように、リングコア２０１と、リングコア２０１の外側に形成されたクラッド２０２と、リングコア２０１の内側に形成された内側コア２０３とを備える。例えば、クラッドガラス屈折率と内側コアガラス屈折率は等しく且つリングコアより小さく、リングコア２０１の内半径は２．５μｍ、外半径は７μｍ、比屈折率差は１％である。この構成とした増幅用光ファイバ１０４は、信号光波長（１５５０ｎｍ帯）ではＬＰ01、ＬＰ11、ＬＰ21、ＬＰ02、ＬＰ31、ＬＰ12の６−ＬＰモードが許容モード（伝送可能なモード）となる。 As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the amplification optical fiber 104 includes a ring core 201, a clad 202 formed outside the ring core 201, and an inner core 203 formed inside the ring core 201. For example, the clad glass refractive index and the inner core glass refractive index are equal and smaller than the ring core. The inner radius of the ring core 201 is 2.5 μm, the outer radius is 7 μm, and the relative refractive index difference is 1%. The amplification optical fiber 104 configured as described above is allowed in the 6-LP mode (transmittable mode) of LP 01 , LP 11 , LP 21 , LP 02 , LP 31 , LP 12 at the signal light wavelength (1550 nm band). It becomes.
増幅用光ファイバ１０４は、伝送可能な直線偏波のモードＬＰlmが信号光のモードと同じとされているものである。実施の形態では、信号光が、ＬＰ01、ＬＰ11、ＬＰ21、ＬＰ02、ＬＰ31、ＬＰ12を多重したものである。なお、ＬＰlmにおいて、よく知られているように、ｌは、増幅用光ファイバ１０４の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数の１／２の数（整数）である。また、ｍは、増幅用光ファイバ１０４断面方向における光強度分布の極大値の数（整数）である。 The amplification optical fiber 104 has a linearly polarized mode LP lm that can be transmitted in the same manner as the signal light mode. In the embodiment, the signal light is obtained by multiplexing LP 01 , LP 11 , LP 21 , LP 02 , LP 31 , LP 12 . In LP lm , as is well known, l is a number (integer) that is ½ of the number of nodes dividing the light intensity distribution formed in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104. M is the number (integer) of local maximum values of the light intensity distribution in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104.
言い換えると、実施の形態では、６−ＬＰモード信号光が増幅対象となり、この信号光のモードと増幅用光ファイバ１０４の許容信号光モードＬＰlmは同一とされている。また、増幅用光ファイバ１０４における許容モードＬＰlmのｍが最大となるモードは、ＬＰ02またはＬＰ12である。この場合、増幅用光ファイバ１０４においては、ＬＰ12モードより高次の信号光モードは励振されず、励起効率や雑音特性の劣化が抑制される。 In other words, in the embodiment, the 6-LP mode signal light is to be amplified, and the mode of this signal light and the allowable signal light mode LPlm of the amplification optical fiber 104 are the same. The mode in which m of the allowable mode LP lm in the amplification optical fiber 104 is maximum is LP 02 or LP 12 . In this case, in the amplification optical fiber 104, a higher-order signal light mode than the LP 12 mode is not excited, and deterioration of pumping efficiency and noise characteristics is suppressed.
分波部１０５は、増幅用光ファイバ１０４より出射された出射光を高次モードの励起光と増幅された信号光とに分波する。分波部１０５により分波された信号光は、光アイソレータ１０７を経由して出力される。光アイソレータ１０６、光アイソレータ１０７は、例えば、磁気光学素子と、この磁気光学素子を挾んで配置した２つの複屈折素子とから構成され、一方向のみに光を透過させる。 The demultiplexing unit 105 demultiplexes the emitted light emitted from the amplification optical fiber 104 into high-order mode excitation light and amplified signal light. The signal light demultiplexed by the demultiplexing unit 105 is output via the optical isolator 107. The optical isolator 106 and the optical isolator 107 are composed of, for example, a magneto-optical element and two birefringent elements arranged with the magneto-optical element interposed therebetween, and transmit light only in one direction.
上述した構成において、変換部１０２は、励起光源１０１が生成する基本モードの励起光（ＬＰ01）を、多重されている信号光のいずれかのモードＬＰlmのｍが最大となるモードＬＰ0mの高次モードに変換する。上述の場合、ｍが最大となるモードは、ＬＰ02またはＬＰ12であり、これらの中でｌ＝０となるＬＰ02が、変換部１０２において採用される高次モードとなる。 In the configuration described above, the converter 102 converts the fundamental mode pumping light (LP 01 ) generated by the pumping light source 101 into a mode LP 0m in which m of any mode LP lm of the multiplexed signal light is maximum. Convert to higher order mode. In the above case, the mode in which m is the maximum is LP 02 or LP 12 , and LP 02 where l = 0 is the higher-order mode employed in the conversion unit 102.
ここで、信号光許容モードが６−ＬＰモードである増幅用光ファイバ１０４を伝搬する各信号光モードの光強度分布を図３に示す。ＬＰ11、ＬＰ21、ＬＰ31、ＬＰ12の各モードについては、直交する奇モードと偶モードを重ね合わせて表示している。図３に示した光強度分布は黒色が濃い程強度が小さく、白くなるにしたがって強度が大きくなることを示している。 Here, the light intensity distribution of each signal light mode propagating through the amplification optical fiber 104 whose signal light allowable mode is the 6-LP mode is shown in FIG. For the LP 11 , LP 21 , LP 31 , and LP 12 modes, an orthogonal odd mode and an even mode are superimposed and displayed. The light intensity distribution shown in FIG. 3 indicates that the darker the black, the smaller the intensity, and the stronger the white.
６つのＬＰモードのうち、ＬＰ01、ＬＰ11、ＬＰ21、ＬＰ31の４モードについては、半径方向の光強度極大値が１つであり、ファイバ断面における光強度分布は１つのリング状となる。また、ｌが大きくなる程このリング状の光強度分布の広がりは大きくなる。一方、ＬＰ02，ＬＰ12の２つのモードについては、半径方向の極大値が２つあり、ファイバ断面における光強度分布は２つのリング状となる。 Of the six LP modes, the four modes LP 01 , LP 11 , LP 21 , and LP 31 have one light intensity maximum value in the radial direction, and the light intensity distribution in the fiber cross section is a single ring. . Further, as l increases, the spread of the ring-shaped light intensity distribution increases. On the other hand, for the two modes LP 02 and LP 12 , there are two maximum values in the radial direction, and the light intensity distribution in the fiber cross section is two rings.
このように信号光の各モード光強度分布のリング数が異なる場合は、励起光モードの光強度分布はリング数の多いモードの方が有利となる。これは、各信号光モードの利得は、リングコア内に添加されたエルビウムが励起光によって励起されることにより生じる励起エルビウムイオン分布、および信号光の光強度分布の重なりに依存する（重なりが大きいほど利得は大きくなる）が、光強度分布のリング数の多い励起光モードほど各信号光モードの光強度分布に対してより均一にリングコア内のエルビウムイオンを励起できるためである。 As described above, when the number of rings of the mode light intensity distribution of the signal light is different, the light intensity distribution of the excitation light mode is more advantageous for the mode having a larger number of rings. This is because the gain of each signal light mode depends on the overlap of the excitation erbium ion distribution caused by excitation of erbium added in the ring core by the excitation light and the light intensity distribution of the signal light (the larger the overlap, the greater the overlap). This is because the excitation light mode having a larger number of rings in the light intensity distribution can excite erbium ions in the ring core more uniformly with respect to the light intensity distribution of each signal light mode.
なお、ＬＰ11、ＬＰ21、ＬＰ31、ＬＰ12の各モードについて、直交する奇モードと偶モードにおける光強度分布は、図４に示す状態となる。図４の（ａ）に示すように、モードＬＰ11は、増幅用光ファイバ１０４の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が２である。従って、この場合、ｌ＝２×（１／２）＝１となる。また、図４の（ｂ）に示すように、モードＬＰ21は、増幅用光ファイバ１０４の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が４である。従って、この場合、ｌ＝４×（１／２）＝２となる。また、図４の（ｃ）に示すように、モードＬＰ31は、増幅用光ファイバ１０４の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が６である。従って、この場合、ｌ＝６×（１／２）＝３となる。 Note that the light intensity distributions in the odd and even modes orthogonal to each other in the LP 11 , LP 21 , LP 31 , and LP 12 modes are as shown in FIG. As shown in FIG. 4A, in the mode LP 11 , the number of nodes dividing the light intensity distribution formed in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104 is two. Therefore, in this case, l = 2 × (1/2) = 1. As shown in FIG. 4B, the mode LP 21 has four nodes that divide the light intensity distribution formed in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104. Therefore, in this case, l = 4 × (1/2) = 2. As shown in FIG. 4C, the mode LP 31 has six nodes that divide the light intensity distribution formed in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104. Therefore, in this case, l = 6 × (1/2) = 3.
また、図４の（ｄ）に示すように、モードＬＰ12は、増幅用光ファイバ１０４の断面方向で形成される光強度分布を分ける節の数が２であり、増幅用光ファイバ１０４の断面方向に光強度分布が極大値をとる数が２つある。従って、この場合、ｌ＝２×（１／２）＝１となり、ｍ＝２となる。 Further, as shown in FIG. 4D, in the mode LP 12 , the number of nodes dividing the light intensity distribution formed in the cross-sectional direction of the amplification optical fiber 104 is 2, and the cross section of the amplification optical fiber 104 There are two numbers in which the light intensity distribution takes a maximum value in the direction. Therefore, in this case, l = 2 × (1/2) = 1 and m = 2.
ここで、曲げなどにより光強度分布は回転が生じるため、励起光モードは方位角依存性のないｌ＝０となるモードの方がよいことになる。また、一般的に励起光波長は信号光波長より短波長となるため、励起光モード数は信号光モード数より多くなるが、信号光モードのうちｌ＝０となる最も高次のモードがＬＰ0μモードのときに、励起光モードとしてＬＰ0μ+1モードが必ずしも許容となる訳ではないため、励起光モードとしてはＬＰ0μモードが最も適していることになる。 Here, since the light intensity distribution is rotated due to bending or the like, the excitation light mode is preferably the mode in which l = 0 without azimuth angle dependency. In general, since the pumping light wavelength is shorter than the signal light wavelength, the number of pumping light modes is larger than the number of signal light modes, but the highest order mode where l = 0 among the signal light modes is LP. Since the LP 0μ + 1 mode is not necessarily allowed as the pumping light mode in the 0μ mode, the LP 0μ mode is the most suitable as the pumping light mode.
以上により、６−ＬＰモードのエルビウム添加ファイバを増幅用光ファイバ１０４に用いた実施の形態における光ファイバ増幅器では、励起光モードとしてＬＰ02が最も適していることになる。 As described above, in the optical fiber amplifier in the embodiment in which the 6-LP mode erbium-doped fiber is used for the amplification optical fiber 104, LP02 is most suitable as the pumping light mode.
ここで、励起光源１０１は、例えば、９８０ｎｍ帯の基本モード(ＬＰ01モード)の光を発生する半導体レーザである。例えば、基本モード（ＬＰ01モード）のみを増幅するエルビウム添加ファイバ増幅器で一般に使用されている、半導体レーザが適している。この半導体レーザは、通信用信頼性が確保されており、この半導体レーザを用いることで高信頼なマルチモード光増幅器を提供することができるようになる。 Here, the excitation light source 101 is, for example, a semiconductor laser that generates light of a fundamental mode (LP 01 mode) in the 980 nm band. For example, a semiconductor laser generally used in an erbium-doped fiber amplifier that amplifies only the fundamental mode (LP 01 mode) is suitable. This semiconductor laser is ensured for communication reliability. By using this semiconductor laser, a highly reliable multimode optical amplifier can be provided.
合波部１０３は、９８０ｎｍ帯の励起光と１５５０ｎｍ帯の信号光とを合波するダイクロイックミラーから構成されている。変換部１０２は、ＬＰ01モード９８０ｎｍ帯の励起光をＬＰ02モードへ変換する位相板から構成されている。この位相板を合波部１０３に組み込んで、合波部１０３と変換部１０２とを一体構造としてもよい。分波部１０５は、増幅用光ファイバ１０４より出射した増幅光を、９８０ｎｍ帯の励起光と１５５０ｎｍ帯の信号光とに分波する。 The combining unit 103 includes a dichroic mirror that combines excitation light in the 980 nm band and signal light in the 1550 nm band. The converter 102 is composed of a phase plate that converts the excitation light in the LP 01 mode 980 nm band into the LP 02 mode. The phase plate may be incorporated in the multiplexing unit 103, and the multiplexing unit 103 and the conversion unit 102 may be integrated. The demultiplexing unit 105 demultiplexes the amplified light emitted from the amplification optical fiber 104 into excitation light in the 980 nm band and signal light in the 1550 nm band.
上述したリングコアエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ１０４を構成した実施の形態における光ファイバ増幅器の利得スペクトルを図５に示す。図５に示すように、ＬＰ02モード励起光により励起した場合の最大のモード間利得差は１ｄＢであった。一方、図６には参照データとして、励起光のモードをＬＰ01とした場合の光ファイバ増幅器の利得スペクトルを示す。図６に示すように、ＬＰ01モード励起光により励起した場合、最大のモード間利得差は、ＬＰ02モード励起光により励起した場合より大きく、５ｄＢであった。図５と図６との比較から明らかなように、ＬＰ01モード励起光を用いるよりＬＰ02励起光を用いた方がモード間利得差を小さくすることができることがわかる。 FIG. 5 shows the gain spectrum of the optical fiber amplifier in the embodiment in which the amplification optical fiber 104 is constructed from the above-described ring core erbium-doped multimode fiber. As shown in FIG. 5, the maximum inter-mode gain difference when excited by LP 02 mode excitation light was 1 dB. On the other hand, as the reference data in Figure 6 shows the gain spectrum of the optical fiber amplifier when the mode of the excitation light was set to LP 01. As shown in FIG. 6, when excited with LP 01 mode pumping light, the maximum inter-mode gain difference was larger than that when pumped with LP 02 mode pumping light, and was 5 dB. As is clear from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, it is understood that the gain difference between modes can be reduced by using the LP 02 pump light rather than using the LP 01 mode pump light.
同様に参照データとして、励起光のモードをＬＰ11とした場合、モード間利得差は４ｄＢとなった。励起光のモードをＬＰ21とした場合、モード間利得差は３．５ｄＢとなった。励起光のモードをＬＰ31とした場合、モード間利得差は３．４ｄＢとなった。励起光のモードをＬＰ12とした場合、モード間利得差は４．５ｄＢとなった。これらの結果より、６−ＬＰモードのエルビウム添加ファイバを増幅用光ファイバ１０４に用いた実施の形態における光ファイバ増幅器では、励起光のモードをＬＰ02とすることで、モード間利得差を最小化できることが示された。 Similarly, as reference data, when the pumping light mode is LP 11 , the inter-mode gain difference is 4 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 21, the gain difference between modes became 3.5 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 31, the gain difference between modes became 3.4 dB. When the pumping light mode was LP 12 , the gain difference between modes was 4.5 dB. From these results, the optical fiber amplifier of the embodiment using an erbium-doped fiber of 6-LP mode to the amplification optical fiber 104, the mode of the excitation light by a LP 02, minimize the gain difference between modes It was shown that it can be done.
以上の説明では、増幅用光ファイバ１０４を、６−ＬＰモードのリングコアエルビウム添加マルチモードファイバから構成した場合を例に説明したが、これに限るものではない。任意のモード数の光ファイバであっても同様である。また、円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバの場合も同様である In the above description, the case where the amplification optical fiber 104 is configured by a 6-LP mode ring core erbium-doped multimode fiber has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. The same applies to optical fibers having an arbitrary number of modes. The same applies to a circular core erbium-doped multimode fiber.
以下、６−ＬＰモードの円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバから増幅用光ファイバ１０４を構成した場合について説明する。円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバは、コア半径は１０μｍ、比屈折率差は１％である。 Hereinafter, the case where the amplification optical fiber 104 is configured from a 6-LP mode circular core erbium-doped multimode fiber will be described. The circular core erbium-doped multimode fiber has a core radius of 10 μm and a relative refractive index difference of 1%.
この円形コアのエルビウム添加マルチモードファイバより増幅用光ファイバ１０４を構成した実施の形態における光ファイバ増幅器の利得スペクトルを図７に示す。図７に示すように、ＬＰ02モード励起光により励起した場合の最大のモード間利得差は２ｄＢであった。 FIG. 7 shows the gain spectrum of the optical fiber amplifier in the embodiment in which the amplification optical fiber 104 is constructed from this circular core erbium-doped multimode fiber. As shown in FIG. 7, the maximum inter-mode gain difference when excited by LP 02 mode excitation light was 2 dB.
一方、図８には参照データとして、励起光のモードをＬＰ01とした場合の光ファイバ増幅器の利得スペクトルを示す。図８に示すように、ＬＰ01モード励起光により励起した場合、最大のモード間利得差は、ＬＰ02モード励起光により励起した場合より大きく、７ｄＢであった。図７と図８との比較から明らかなように、円形コアの場合でも、ＬＰ01モード励起光を用いるよりＬＰ02励起光を用いた方がモード間利得差を小さくすることができることがわかる。 On the other hand, FIG. 8 shows the gain spectrum of the optical fiber amplifier when the pumping light mode is LP 01 as reference data. As shown in FIG. 8, when excited with LP 01 mode pumping light, the maximum gain difference between modes was larger than that when pumped with LP 02 mode pumping light, which was 7 dB. As is clear from the comparison between FIG. 7 and FIG. 8, even in the case of a circular core, it can be seen that the gain difference between modes can be reduced by using LP 02 pump light rather than using LP 01 mode pump light.
同様に、円形コアの場合の参照データとして、励起光のモードをＬＰ11とした場合、モード間利得差は６．５ｄＢとなった。励起光のモードをＬＰ21とした場合、モード間利得差は６ｄＢとなった。励起光のモードをＬＰ31とした場合、モード間利得差は３．５ｄＢとなった。励起光のモードをＬＰ12とした場合、モード間利得差は５ｄＢとなった。これらの結果より、円形コアの場合も、励起光のモードをＬＰ02とすることで、モード間利得差を最小化できることが示された。 Similarly, as reference data in the case of a circular core, when the pumping light mode is LP 11 , the inter-mode gain difference is 6.5 dB. When the pumping light mode was LP 21 , the gain difference between modes was 6 dB. If the mode of the excitation light was set to LP 31, the gain difference between modes became 3.5 dB. When the pumping light mode was LP 12 , the gain difference between modes was 5 dB. From these results, it was shown that the gain difference between modes can be minimized by setting the pumping light mode to LP 02 even in the case of a circular core.
以上に説明したように、本発明によれば、励起光源より生成される基本モードの励起光を、増幅用光ファイバで伝送可能な直線偏波のモードＬＰlmのｍが最大となるモードＬＰ0mの高次モードに変換部で変換するようにしたので、高い通信用信頼性が確保された状態で、光ファイバ増幅器における利得効率や雑音特性の劣化を抑制できるようになる。 As described above, according to the present invention, the mode LP 0m in which m of the linearly polarized mode LP lm that can transmit the fundamental mode pumping light generated from the pumping light source through the amplification optical fiber is maximized. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of gain efficiency and noise characteristics in the optical fiber amplifier in a state where high communication reliability is ensured.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
１０１…励起光源、１０２…変換部、１０３…合波部、１０４…増幅用光ファイバ、１０５…分波部、１０６…光アイソレータ、１０７…光アイソレータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Excitation light source, 102 ... Conversion part, 103 ... Multiplexing part, 104 ... Amplifying optical fiber, 105 ... Demultiplexing part, 106 ... Optical isolator, 107 ... Optical isolator.
Claims (1)
前記励起光源より生成される励起光のモードを基本モードから高次モードに変換する変換部と、
前記変換部が変換した高次モードの励起光と入力される信号光とを合波する合波部と、
前記合波部が合波した合波光を入射して光増幅する、エルビウムがドープされた増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバより出射された出射光を高次モードの励起光と増幅された前記信号光とに分波する分波部と
を備え、
前記増幅用光ファイバは、伝送可能な直線偏波のモードが前記信号光のモードと同じとされ、
前記変換部は、前記増幅用光ファイバが伝送可能なモードＬＰlmのｍが最大となるモードＬＰ0mの高次モードに基本モードの励起光を変換する
ことを特徴とする増幅用光ファイバ増幅器。 An excitation light source for generating fundamental mode excitation light;
A conversion unit that converts the mode of excitation light generated from the excitation light source from a fundamental mode to a higher-order mode;
A multiplexing unit that combines the excitation light of the higher-order mode converted by the conversion unit and the input signal light;
An optical fiber for amplification doped with erbium for optically amplifying the combined light combined by the combining unit; and
A demultiplexing unit that demultiplexes outgoing light emitted from the amplification optical fiber into high-order mode excitation light and amplified signal light;
In the amplification optical fiber, the mode of linearly polarized light that can be transmitted is the same as the mode of the signal light,
The conversion unit, an amplification optical fiber amplifier, characterized in that said amplifying optical fiber converts the excitation light in the fundamental mode to higher modes mode LP 0 m to m of transmittable mode LP lm is maximized.
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