JP3006474B2

JP3006474B2 - マルチコアファイバ及びこれを用いた光増幅器ならびにこの増幅器を用いた装置

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Publication number: JP3006474B2
Application number: JP8035262A
Authority: JP
Inventors: 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: JPH09230156A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、利得の波長特性の
平坦性が要求されるマルチコアファイバ及びこれを用い
た増幅器ならびにこの増幅器を用いた装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバのコア内にＥｒ（エル
ビウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）等
の希土類元素を添加した光ファイバ増幅器が実用レベル
に達するようになってきた。特に、Ｅｒを添加した光フ
ァイバ増幅器は、１．５５μｍ帯において高利得、高飽
和出力を有することから、種々のシステムへの適用が考
えられている。その中でも１．５３μｍから１．５６μ
ｍ波長帯の信号光を数波以上用いた波長多重伝送による
高速、大容量、長距離伝送や光ＣＡＴＶ（CableTelevis
ion）システムへの適用が注目されている。このような
システムへのＥｒ添加光ファイバ増幅器の適用に対して
は、光Ｓ／Ｎ特性やクロストーク特性の劣化を抑えるた
めに、上記使用波長帯におけるＥｒ添加光ファイバ増幅
器の利得が平坦であることが重要である。

【０００３】このような高利得及び平坦化を達成するた
めに、本発明者らは先に図１４に示すようなＥｒ添加マ
ルチコアファイバ、及びこのＥｒ添加マルチコアファイ
バを用いた図１５に示すような光増幅器を提案してい
る。まず、用いられるＥｒ添加マルチコアファイバ３７
は、図１４に示すように、プライマリークラッド層３２
の中に希土類元素、例えばＥｒとＡｌ（アルミニウム）
を共添加したコア３１_-1〜３１_-7を備えたガラスロッド
３４を複数本（図では７本）を集合し、更に、これらガ
ラスロッド３４の周囲をクラッド３３で覆った構造にし
たものである。このような光ファイバを用いることによ
り、高利得化及び利得の波長特性の平坦化を達成するこ
とができる。

【０００４】この達成については、２つの理由をあげる
ことができる。まず、第１の理由は、Ｅｒ添加マルチコ
アファイバはＡｌの添加濃度が従来のようなコアが１つ
のＥｒ添加ファイバに対して十分に多くできることであ
る。第２の理由は、従来の光ファイバでコア内の励起光
のパワーを低くしていった場合、波長１．５３５μｍ付
近の利得のピークが減少し、徐々に平坦な利得−波長特
性になり、更にパワーを低くするに従って波長１．５３
μｍ側の短波長域の利得が下がり、１．５６μｍ側の長
波長域の利得が上がる、いわゆる短波長から長波長に向
けて右上がりの利得−波長特性になるため、励起光を低
くしていくと利得が非常に低くなり、光増幅器として使
えないことがわかっていたが、このＥｒ添加マルチコア
ファイバは逆にこの原理を積極的に利用するようにした
からである。すなわち、図示のように、Ｅｒが添加され
た各々のコア３１_-1〜３１_-7内に励起光と信号光がほぼ
均等に伝搬するように各々のコア径Ｄとコア間隔ｄを最
適化すれば、コア３１_-1〜３１_-7の各々の内部を伝搬し
ていった信号光の増幅利得は低くなるものの、その波長
特性はほぼ平坦になり、所望の長さを伝搬して行った後
ではコア３１_-1〜３１_-7の各々の内部で増幅された信号
が重畳されることになり、且つその利得の波長特性がほ
ぼ平坦になることを利用している。

【０００５】次に、上記した原理による図１５の光増幅
器の構成、及びこれに対する利得の波長特性を評価した
結果について説明する。Ｅｒ添加マルチコアファイバ３
７にはコア間隔ｄが１．３μｍ、各々のコア径が約２μ
ｍ、クラッド径が１２５μｍ、コアとクラッドとの比屈
折率差Δが１．４５％、モードフィールド径が約８．８
μｍ、各々のコア内のＥｒとＡｌの添加量が４００ｐｐ
ｍと８５００ｐｐｍ、ファイバ長が約４５ｍのものを用
いた。このＥｒ添加マルチコアファイバ３７の両端には
光が逆方向に伝搬するのを防止するためのアイソレータ
３５ａ，３５ｂが接続され、この各々の内側にはＷＤＭ
（波長分割多重：Wavelength Division Multiplexing）
カプラ３６ａ，３６ｂが設けられている。アイソレータ
３５ａには信号光Ｓ₁が入力され、アイソレータ３５ｂ
から増幅された信号光Ｓ₂が出力される。

【０００６】このＷＤＭカプラ３６ａ，３６ｂの各々に
は、励起用半導体レーザ３８ａ，３８ｂに接続された光
ファイバ３９ａ，３９ｂが結合され、励起用半導体レー
ザ３８ａ，３８ｂで生成された励起光４０ａ，４０ｂが
Ｅｒ添加マルチコアファイバ３７に伝搬できるように構
成されている。アイソレータ３５ａを経由して信号光Ｓ
₁が入光されているとき、励起用半導体レーザ３８ａで
短い波長のレーザ光を生成し、このレーザ光をＷＤＭカ
プラ３６ａを介してＥｒ添加マルチコアファイバ３７に
入射させると、イオンのあるエネルギー準位が励起さ
れ、誘導放出による増幅作用が生じる。増幅された光信
号Ｓ₂はＥｒ添加マルチコアファイバ３７からアイソレ
ータ３５ｂを通して外部へ出力される。同様に、励起用
半導体レーザ３８生成されたレーザ光は、Ｅｒ添加マル
チコアファイバ３７に対して後方向から入射され、上記
した原理で光増幅を行う。ここでは、前後から励起光を
付与しているが、前又は後のいずれか一方でもよい。

【０００７】ここで、励起光４０ａ，４０ｂの波長を
０．９８μｍとし、励起光４０ａの励起光パワーが７０
ｍＷ、励起光４０ｂの励起光パワーが８０ｍＷとなるよ
うにした。これらの値は、利得の波長特性が平坦化に適
していたことから決定した値である。図１５の構成にお
ける利得の波長特性を測定したのが図１６である。すな
わち、信号光パワーＳｐが−３７ｄＢ、−２７ｄＢ、−
１７ｄＢ、−９ｄＢの各場合について、夫々の利得の波
長特性を測定した結果である。図１６から明らかなよう
に、広い波長範囲にわたって利得が平坦化されているこ
とがわかる。

【０００８】図１７はＥｒ添加マルチコアファイバ３７
のコア間隔ｄと利得が最大値から１ｄＢ低下した場合の
帯域幅（以下、「１ｄＢ帯域幅」という）との関係を実
験的に求めてプロットしたものであり、図１６の場合と
同様に信号光パワーＳｐをパラメータにしている。コア
間隔ｄが０の場合、従来のＥｒ添加光ファイバ増幅器
（所謂コアが一個の構造のもの）の特性である。図１７
から明らかなように、Ｅｒ添加光マルチコアファイバ増
幅器の方が利得の波長特性が平坦になることを示してお
り、かつコア間隔ｄを大きくするほど、１ｄＢ帯域幅は
広がることを示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＥｒ添
加マルチコアファイバ増幅器によると、利得が或るレベ
ル以下では平坦な波長特性が得られるものの、４０ｄＢ
前後の高利得域においては、利得の波長特性は満足な結
果が得られなかった。そこで本発明は、高利得時でも十
分な平坦特性を得ることのできるマルチコアファイバ及
びこれを用いた増幅器ならびにこの増幅器を用いた装置
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、クラッドの中心部に、該クラッドの
屈折率よりも高い屈折率を有し、希土類元素が添加され
た複数のコアを配置してなるマルチコアファイバにおい
て、前記複数のコアは、第１のコアと、該第１のコアよ
り大きい直径を有し、前記第１のコアの周囲を取り囲む
ように配置された第２のコアからなる構成にしている。

【００１１】この構成によれば、第１のコアを取り囲む
第２のコア径を第１のコアに対して大きくしたことによ
り、第１のコア内を伝搬するパワーと第２のコア内を伝
搬するパワーとが等しくなり、パワーアンバランスが無
くなる。この結果、利得の波長特性の平坦特性を良好に
することができる。また、上記の目的は、クラッドの中
心部に、該クラッドの屈折率よりも高い屈折率ｎ_Wを有
し、希土類元素及びＡｌが共添加された複数のコアを配
置してなるマルチコアファイバにおいて、前記複数のコ
アは、第１のコアと、該第１のコアより大きい直径を有
し、前記第１のコアの周囲を取り囲むように配置された
第２のコアからなり、前記クラッドは、前記第１のコア
を被覆する第１のプライマリークラッド層と、前記第２
のコアを被覆する第２のプライマリークラッド層及び第
２のプライマリークラッド層の外側に位置するセカンダ
リクラッド層とからなり、前記第１，第２のプライマリ
ークラッド層の屈折率ｎ_Pは前記セカンダリクラッド層
の屈折率ｎ_C以下にしたマルチコアファイバによっても
達成される。

【００１２】この構成によれば、中心に配設された第１
のコアの径を、その周辺に配設された複数の第２のコア
の径よりも小さくした結果、第１のコア内を伝搬するパ
ワーは第２のコア内を伝搬するパワーに等しくなり、パ
ワーアンバランスが無くなるため、利得の波長特性の平
坦特性を良好にすることができる。また、前記マルチコ
アファイバにおいて、前記第２のプライマリークラッド
層は、その外径を前記第１のプライマリークラッド層の
外径に等しくすることができる。

【００１３】この構成によれば、このように第１，第２
のプライマリークラッド層の外径が等しくなるようにす
ることで、対称性良く複数本のコアを配設できる。更
に、前記マルチコアファイバにおいて、前記第１のプラ
イマリークラッド層は、その厚みが前記第２のプライマ
リークラッド層の厚みに等しくしている。この構成によ
れば、マルチコアファイバ内に励振された信号光及び励
起光をより効率良く第１のコア内に結合させて伝搬する
ことができ、結果的に高利得化を図ることができる。

【００１４】また、前記マルチコアファイバにおいて、
前記第１のプライマリークラッド層及び前記第２のプラ
イマリークラッド層は、前記セカンダリクラッド層と同
一材料にすることができる。この構成によれば、ファイ
バの製造が容易になる。また、上記の目的は、クラッド
の中心部に、該クラッドの屈折率よりも高い屈折率ｎ_W
を有し、希土類元素及びＡｌが共添加された複数のコア
を配置してなるマルチコアファイバにおいて、前記複数
のコアは、第１のコアと、該第１のコアより大きい直径
を有し、前記第１のコアの周囲を取り囲むように配置さ
れた第２のコアからなり、前記クラッドは、前記第１，
第２のコアを共通に被覆するプライマリークラッド層
と、該プライマリークラッド層を被覆するセカンダリク
ラッド層とからなり、前記プライマリークラッド層の屈
折率ｎ_Pは前記セカンダリクラッド層の屈折率ｎ_C以下
である構成によっても達成される。

【００１５】この構成によれば、プライマリークラッド
層の屈折率ｎ_Pと第２クラッド層の屈折率ｎ_Cを異なら
せたファイバを製作するのに適し、例えば、プライマリ
ークラッド層にＦを添加してコアとの比屈折率差Δを大
きくすることができ、これによって高効率（すなわち高
利得を意味する）の光増幅器用の光ファイバを得ること
ができる。

【００１６】更に、上記した本発明の目的は、上記希土
類添加マルチコアファイバの入力側または出力側、もし
くは両側に設けられたＷＤＭ回路と、このＷＤＭ回路に
励起光を供給するための励起用光源と、前記ＷＤＭ回路
と入力端又は出力端との間に設けられたアイソレータと
を備えた構成の光増幅器によって達成される。この構成
によれば、コアの径に配慮した希土類添加マルチコアフ
ァイバは利得の波長特性の平坦特性に優れ、これをＷＤ
Ｍ回路と組み合わせることにより励起用のレーザ光を希
土類添加マルチコアファイバに注入でき、これによって
光増幅を行わせることができる。この結果、利得の波長
特性の平坦特性を確保しながら高利得化を図ることがで
きる。

【００１７】また、上記した本発明の目的は、上記希土
類添加マルチコアファイバを用いた光増幅器の入力側又
は出力側、もしくは両側に分散シフトファイバを接続し
た構成の光増幅中継装置によって達成される。この構成
によれば、分散シフトファイバと希土類添加マルチコア
ファイバのモードフィールド径が非常に近い値であるた
め、情報信号の伝送を低接続損失で行うことのできる光
増幅中継装置を得ることができる。

【００１８】更に、前記光増幅中継装置において、分散
シフトファイバの途中に分散補償デバイスを接続した構
成にすることができる。この構成によれば、高速、大容
量の情報をより長距離へ伝送しようとする場合に問題と
なるファイバの分散値が、分散補償デバイスによって補
償される。したがって、利得の波長特性の平坦特性及び
高利得化を確保しながら、大容量の情報を高速に遠方へ
伝送することができる。

【００１９】また、前記光増幅中継装置において、その
入力側又は出力側、もしくは両側に光合分波回路を設け
ることができる。この構成によれば、光合分波回路によ
って波長多重が行え、この波長多重した信号光を希土類
添加マルチコアファイバ及び分散シフトファイバを通過
させることにより、長距離伝送が可能になる。

【００２０】更に、上記した本発明の目的は、上記の光
増幅器の出力側に、この光増幅器より出力された増幅後
の光信号を複数の異なる波長に分配出力する光スターカ
プラを設けた構成の光増幅分配装置によっても達成され
る。この構成によれば、希土類添加マルチコアファイバ
を用いた光増幅によって利得の波長特性の平坦特性を確
保しながら増幅された信号光が光スターカプラによって
分配され、複数の加入者へ波長多重化された情報信号を
ほぼ均等に、且つＳ／Ｎの劣化及びクロストーク特性の
劣化を極めて低い値にして伝送することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明によるマルチコア
ファイバの第１の実施の形態を示す断面図である。構成
の説明の前に、本発明による構成のマルチコアファイバ
に至った経緯について説明する。Ｅｒ添加マルチコアフ
ァイバに波長０．９８μｍの励起光及び波長１．５５μ
ｍの信号光を入射させたときのＥｒ添加マルチコアファ
イバ内を１ｍ伝搬した状態における各々のコア内のパワ
ー分布を理論解析したところ、図１２（図中、（ａ）は
ファイバ断面図、（ｂ）は波長０．９８μｍにおけるコ
ア間隔ｄ−パワー入射／出射特性）及び図１３（波長
１．５５μｍにおけるコア間隔ｄ−パワー入射／出射特
性）の結果を得た。いずれもパワー比とコア間隔との関
係を示し、横軸は各々のコアの間隔ｄ、縦軸は各々のコ
アに入射したパワーと出射したパワーとの比を示してい
る。

【００２２】発明者らの理論解析によれば、図１２及び
図１３の（ａ）におけるＡ−Ａ軸、Ｂ−Ｂ軸及びＣ−Ｃ
軸とが対称であることから、周辺部の各々のパワー比は
等しくなる。したがって、図１２及び図１３では中心部
のコア内のパワー比と周辺部のコア内のパワー比の夫々
の最小値及び最大値をプロットしている。まず、図１２
について説明すると、波長０．９８μｍの励起光に対し
てはコア間隔ｄが小さいと、中心部及び周辺部のパワー
比の最小値と最大値との間には大きな差がある。つま
り、励起光は各々のコア内を大きな振動を伴いながら伝
搬しており、中心部のコア内と周辺部のコア内のパワー
とに大幅なパワーアンバランスが生じる。ところが、コ
ア間隔ｄを徐々に大きくしていくと、パワーアンバラン
スは小さくなり、コア間隔ｄが１．３〜１．５の範囲で
は中心部及び周辺部のコア内のパワーが近似した値にな
ってくることが判明した。

【００２３】また、波長１．５５μｍの信号光に対する
図１３においても同様の傾向を示しており、各々のコア
内に励起光及び信号光をほぼ均等に分配して伝搬させる
ためのコア間隔ｄの最適値は１．３〜１．５の範囲にあ
ることが判明した。しかし、以上の結果からわかるよう
に、中心部のコア内と周辺部のコア内を伝搬するパワー
には未だアンバランスがあり、図１６に示したように、
利得の波長特性の平坦性を劣化させる原因になっている
と考えられる。

【００２４】そこで本発明においては、図１２及び図１
３における中心部のコア内と周辺部のコア内を伝搬する
パワーがより等しくなるように、中心部のコアの直径Ｄ
_cを周辺部のコアの直径Ｄ_oよりも小さくし、中心部の
コア内を伝搬するパワーが低下するようにしている。こ
れにより、中心部のコア内を伝搬するパワーと周辺部の
コア内を伝搬するパワーとをほぼ等しくすることがで
き、利得の波長特性の平坦性を改善することができる。

【００２５】次に、以上の考えを具体化した本発明の実
施の形態について図１を基に説明する。コア１ａ〜１ｇ
はプライマリークラッド層２によって被覆されている。
コア１ａ〜１ｇにはＥｒとＡｌが共添加されている。そ
して、コア１ａ〜１ｇは１本（コア１ｇ）を中心に据
え、これを取り囲むようにして他の６本（コア１ａ〜１
ｆ）が一体的に束ねられている。これらコア１ａ〜１ｇ
は、更にセカンダリクラッド層３で被覆されている。こ
のセカンダリクラッド層３は屈折率ｎ_Cであり、これに
対してコア１ａ〜１ｇの屈折率ｎ_Wは、ｎ_Cに対してｎ
_W＞ｎ_Cに設定されている。また、プライマリークラッ
ド層２の屈折率ｎ_Pは、セカンダリクラッド層３の屈折
率ｎ_Cに対し、ｎ_C≧ｎ_Pに設定される。つまり、各々
の屈折率は、ｎ_W＞ｎ_C≧ｎ_Pの関係にある。更に、中
心のコア１ｇのコア径がＤ_cで、コア１ａ〜１ｆのコア
径がＤ_oであるとき、Ｄ_c＜Ｄ_oの関係を満たすように
設定される。

【００２６】図１の構成においては、中心のコア１ｇを
伝搬する信号光（波長１．５３μｍ〜１．５７μｍ帯）
と励起光（０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯）のパ
ワー量を図１４の場合の値に比べて抑えたことにより、
コア１ａ〜１ｇ内の光のパワー量の略均等分配化を図れ
るため、利得の波長特性を更に平坦化することができ
る。

【００２７】具体的例を示せば、セカンダリクラッド層
３の外径を１２５μｍ、コア１ａ〜１ｆのコア径Ｄ_oを
約２μｍ、コア１ｇのコア径Ｄ_cを約１．４μｍ、コア
１ａ〜１ｆのコア間隔ｄ₁を約１．３μｍ、コア１ａ〜
１ｆとコア１ｇとのコア間隔ｄ₂を約１．６μｍ、プラ
イマリークラッド層２屈折率ｎ_P及びセカンダリクラッ
ド層３の屈折率ｎ_Cを１．４５８、コア１ａ〜１ｇの各
々の屈折率ｎ_Wを１．４７９５、コア１ａ〜１ｇの屈折
率ｎ_Wとセカンダリクラッド層３の屈折率ｎ_C（プライ
マリークラッド層の屈折率ｎ_P）との屈折率差Δを１．
４５％、波長１．５５μｍでのモードフィールド径を約
８．８μｍ、コア１ａ〜１ｇにおけるＥｒの添加量を４
００ｐｐｍ、Ａｌの添加量を８５００ｐｐｍにした。そ
して、図１５に示した構成によって利得特性及び１ｄＢ
帯域幅特性を測定した。これにより、図２及び図３に示
すような結果が得られた。図２及び図３から明らかなよ
うに、利得の波長特性は平坦化できたことがわかる。

【００２８】なお、図１の構成において、その製作を容
易にし、かつ各コア内にできる限り信号光及び励起光を
効率良く閉じ込められるように、また、設計通りに完成
できるようにする手段として、コア１ｇのプライマリー
クラッド層２の厚みをその外側のコア１ａ〜１ｆのプラ
イマリークラッド層２の厚みよりも厚くし、全てのプラ
イマリークラッド層２の外径がほぼ等しくなるように設
定している。このような構成にすることで、夫々のプラ
イマリークラッド層２付きのコアロッドをセカンダリク
ラッド層３になる石英ガラス管内に束ねて挿入し、石英
ガラス管を当該管の外周から酸水素バーナで加熱し、夫
々のコアロッドと管内壁面との間に隙間が生じないよう
に溶着（コプラス）して、プリフォームロッドを形成す
る際に非常に都合がよい。

【００２９】つまり、プライマリークラッド層２を形成
済みのコア１ａ〜１ｇをセカンダリクラッド層になる石
英ガラス管の中心に対してほぼ一様に且つ対称性良く配
置することができ、コア１ａ〜１ｇの束をほぼ真円に保
った状態で溶着して中実のプリフォームロッドを実現す
ることができる。このプリフォームロッドは、その後、
線引きされてファイバ化されるが、この製造工程によれ
ば、コア１ａ〜１ｇの間隔ｄ₁を夫々等しくすると共
に、コア１ａ〜１ｆと１ｇとの各々のコア間隔ｄ ₂を夫
々等しくしたファイバを容易に製造することができる。

【００３０】図４は本発明によるＥｒ添加マルチコアフ
ァイバの第２の実施の形態を示す断面図である。プライ
マリークラッド層２が被覆されたコア１ａ〜１ｇは、セ
カンダリクラッド層３の中心に束ねた状態で配設され
る。中心のコア１ｇのコア径Ｄ_cは、その周囲のコア１
ａ〜１ｆのコア径Ｄ_oよりも小さくしているが、図１の
構成と異なるところは、中心のコア１ｇを被覆している
プライマリークラッド層２の厚みがコア１ａ〜１ｆを被
覆しているプライマリークラッド層２の厚みと同程度に
している。この結果、中心のコア１ｇを被覆しているプ
ライマリークラッド層２の外径が、その周囲のコア１ａ
〜１ｆを覆っているプライマリークラッド層の外径より
も小さくなる。

【００３１】この構成を図１の構成と比較すると、Ｅｒ
添加マルチコアファイバ内の励振された信号光と励起光
をより効率良く各々のコア内に結合させて伝送すること
ができ、結果として高利得化を図ることができる。図４
の構成において具体的な数値を示せば、セカンダリクラ
ッド層３の外径を１２５μｍ、コア１ａ〜１ｆのコア径
Ｄ_oを約１．９μｍ、コア１ｇの径Ｄ_cを約１．４μ
ｍ、コア１ａ〜１ｆのコア間隔ｄ₁を約１．３μｍ、コ
ア１ａ〜１ｆとコア１ｇとのコア間隔ｄ₂を約１．４μ
ｍ、プライマリークラッド層２の屈折率ｎ_Pとセカンダ
リクラッド層３の屈折率ｎ_Cを１．４５８、各々のコア
１ａ〜１ｇの屈折率ｎ_Wを１．４８１、コア１ａ〜１ｇ
の屈折率ｎ_Wとセカンダリクラッド層３の屈折率ｎ
_C（プライマリークラッド層２の屈折率ｎ_P）との屈折
率差Δを２．１９％、波長１．５５μｍでのモードフィ
ールド径を約５．２μｍ、コア１ａ〜１ｇにおけるＥｒ
の添加量を４００ｐｐｍ、Ａｌの添加量を１７０００ｐ
ｐｍにした。そして、図１６と同様の利得の波長特性の
測定により、最大利得４５ｄＢ（波長１．５３３μｍに
おける値）を得ることができた。また、利得の波長特性
も図５に示す様に得ることができた。図５から明らかな
ように、図２の結果よりも更に利得の波長特性を平坦化
できることがわかる。

【００３２】図６は本発明によるＥｒ添加マルチコアフ
ァイバの第３の実施の形態を示す断面図である。この構
成では、コア１ａ〜１ｇの各々を被覆しているプライマ
リークラッド層２はセカンダリクラッド層３と同一材料
を用いており、実質的には図１、図４におけるプライマ
リークラッド層２を除去した構成になっている。セカン
ダリクラッド層３の材料には、例えばＳｉＯ₂を用いる
ことができる。このように、プライマリークラッド層２
とセカンダリクラッド層３を同一材料にしたことによ
り、光ファイバの製造が容易になる。

【００３３】図７は本発明によるＥｒ添加マルチコアフ
ァイバの第４の実施の形態を示す断面図である。この構
成では、コア１ａ〜１ｇの各々を共通のプライマリーク
ラッド層２で被覆し、このプライマリークラッド層２を
セカンダリクラッド層３で被覆する構造にしている。こ
の構成のＥｒ添加マルチコアファイバは、プライマリー
クラッド層２の屈折率ｎ_Pと、セカンダリクラッド層３
の屈折率ｎ_Cとを異ならせた光ファイバを実現するのに
適している。例えば、プライマリークラッド層２の材料
にＦ（フッ素）を添加したＳｉＯ₂を用いた場合、コア
との比屈折率差Δをより大きく選ぶことができ、より高
効率（高利得）の光ファイバ増幅器用ファイバを提供す
ることができる。

【００３４】図８は本発明によるＥｒ添加マルチコアフ
ァイバを用いた光増幅器の実施の形態を示す接続図であ
る。Ｅｒ添加マルチコアファイバ４の両端にはレンズ５
ａ，５ｂが配設され、このレンズ５ａ，５ｂの各々に面
してＷＤＭ回路６ａ，６ｂが配設されている。また、Ｗ
ＤＭ回路６ａ，６ｂに対する鉛直線に対し、レンズ５
ａ，５ｂに対し対称な角度位置にレンズ７ａ，７ｂが配
設されている。更にＷＤＭ回路６ａ，６ｂの外側にはバ
ルク構造のアイソレータ８ａ，８ｂを介してレンズ９
ａ，９ｂが配設され、このレンズ９ａ及びレンズ９ｂに
面して、入力側ファイバ１０ａ及び出力側ファイバ１０
ｂが配設されている。また、レンズ７ａ，７ｂに面して
光ファイバ１１ａ，１１ｂが配設され、この光ファイバ
１１ａ，１１ｂの各々の端部には励起用半導体レーザ１
２ａ，１２ｂ（励起光１３ａ，１３ｂを発生）の各々が
配設されている。そして、光ファイバ１０ａには信号光
Ｓ₁が入光され、光ファイバ１０ｂからは増幅された信
号光Ｓ₂が出力される。なお、各レンズは、非平行光を
平行光に変換するために用いられる。

【００３５】ここで、ＷＤＭ回路６ａ，６ｂは、ＳｉＯ
₂とＴｉＯ₂膜の交互膜で形成された干渉膜フィルタで
構成されている。なお、アイソレータ８ａ，８ｂ及びＷ
ＤＭ回路６ａ，６ｂにファイバ型構造のものを用いない
理由は、Ｅｒ添加マルチコアファイバ４の比屈折率差Δ
が大きいため、ファイバ型構造のものを使った場合、モ
ードフィールド整合回路を設けねばならなくなり、これ
による損失が生じるのを避けるためである。

【００３６】入力側ファイバ１０ａに入光された信号光
Ｓ₁は、レンズ９ａ、アイソレータ８ａ及びＷＤＭ回路
６ａを介してＥｒ添加マルチコアファイバ４へ送られる
が、同時にＷＤＭカプラ６ａには励起用半導体レーザ１
２ａから励起光１３ａが付与される。Ｅｒ添加マルチコ
アファイバ４に入射された励起光１３ａは、イオンのあ
るエネルギー準位を励起し、誘導放出による増幅作用が
生じる。ここで増幅された光信号Ｓ₂は、Ｅｒ添加マル
チコアファイバ４からレンズ５ｂ、ＷＤＭ回路６ｂ、ア
イソレータ８ｂを順次経由して出力側ファイバ１０ｂへ
送出される。同様に、励起用半導体レーザ１２ｂで生成
された励起光１３ｂは、Ｅｒ添加マルチコアファイバ４
に対して後方向から入射され、上記した原理で光増幅を
行う。ここでは、前後双方向から励起光を付与している
が、前側又は後側のいずれか一方からでもよい。

【００３７】この励起光は、０．９８μｍまたは１．４
８μｍ（或いは両方）を用いることできる。Ｅｒ添加マ
ルチコアファイバ４にはコア間隔ｄが１．３μｍ、各々
のコア径が約２μｍ、クラッド径が１２５μｍ、コアと
クラッドとの比屈折率差Δが１．４５％、モードフィー
ルド径が約８．８μｍ、各々のコア内のＥｒとＡｌの添
加量が４００ｐｐｍと８５００ｐｐｍ、ファイバ長が約
４５ｍのものを用いた。このＥｒ添加マルチコアファイ
バ４の両端には光が逆方向に伝搬するのを防止するため
のアイソレータ８ａ，８ｂが接続され、この各々の内側
にはＷＤＭカプラ６ａ，６ｂが設けられている。アイソ
レータ８ａには信号光Ｓ₁が入力され、アイソレータ８
ｂから増幅された信号光Ｓ₂が出力される。

【００３８】ここで、励起光１３ａ，１３ｂの波長を
０．９８μｍとし、励起光１３ａの励起光パワーが７０
ｍＷ、励起光１３ｂの励起光パワーが８０ｍＷとなるよ
うにした。これらの値は、利得の波長特性が平坦化に適
していたことから決定した値である。図９は図８に示し
た光増幅器を用いて構成した光増幅分配装置の構成例を
示す接続図である。

【００３９】図８に示した光増幅器に対し、光スターカ
プラ１４を接続することにより増幅分配装置が構成され
る。つまり、図８の出力側ファイバ１０ｂに光スターカ
プラ１４を接続することにより、増幅ならびに分配され
た複数の信号出力光１５を得ることができる。光スター
カプラ１４には、入力がＮ（Ｎ：１，２）で出力がＭ
（Ｍ：≧２）のものが用いられ、その入力の一方が出力
側ファイバ１０ｂに接続される。ここでは、Ｎが
「２」、Ｍが「１６」である。Ｎは１でもよく、また、
Ｍは「４」，「８」，「３２」，「６４」等を用いるこ
とができる。更に、光スターカプラ１４には、ファイバ
型構造、導波路型構造のいずれも用いることができる。

【００４０】なお、出力側ファイバ１０ｂと光スターカ
プラ１４の入力側ファイバのモードフィールド径をＥｒ
添加マルチコアファイバの径に等しくしておくと、より
低損失で且つ反射光を無くして光スターカプラ１４の出
力側から増幅ならびに分配された出力光１５を取り出す
ことができる。図１０は図８に示した光増幅器を用いて
構成した光増幅中継装置の構成例を示す接続図である。

【００４１】図１０に示すように、同一仕様の複数の分
散シフトファイバ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが用いられ、
その相互間には図８に示した構成のＥｒ添加マルチコア
ファイバ増幅器１７ａ，１７ｂが配設されている。更
に、分散シフトファイバ１６ｃの出力側には光増幅器１
７ｃが配設されている。分散シフトファイバ１６ａの入
力側には光合分波回路１８ａの出力ポート１９ａが接続
され、光増幅器１７ｃの出力端には光合分波回路１８ｂ
の入力ポート２０ｂが接続されている。また、光合分波
回路１８ａは入力ポート２０ａを備え、波長λ₁〜λ₈
の光信号が入力される。更に、光合分波回路１８ｂは出
力ポート１９ｂを備え、波長λ₁〜λ₈の増幅された各
光信号が個別に出力される。

【００４２】図１０の構成においては、波長λ₁〜λ₈
の光信号が光合分波回路１８ａに入力されると、光合分
波回路１８ａで波長多重された光信号は分散シフトファ
イバ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介して光増幅器１７ａ，
１７ｂ，１７ｃに順次供給され、光増幅が行われる。最
後に、光合分波回路１８ｂによって夫々の波長の信号光
を波長λ₁〜λ₈に分離して出力する。このとき、光増
幅器１７ａ，１７ｂ，１７ｃの利得の波長特性は上記し
た様に平坦であるので、出力ポート１９ｂにおける光Ｓ
／Ｎ及び光クロストーク特性を高性能に維持することが
できる。また、分散シフトファイバ１６ａ，１６ｂ，１
６ｃと光増幅器１７ａ，１７ｂ，１７ｃのモードフィー
ルド径を接近した値にすることにより、低反射、低損失
の光伝送系を構成することができる。つまり、低ノイズ
フィギュアで高速、大容量の情報を長距離に伝送するこ
とが可能になる。

【００４３】なお、図１０においては、波長多重数を８
チャンネルとしたが、これに限定されるものではなく、
例えば、「１６」、「３２」、「６４」、「１２８」等
のチャンネル数にすることができる。更に、分散シフト
ファイバ及び光増幅器の数は各３個としたが、任意にす
ることができる。図１１は光増幅中継装置の他の構成例
を示す接続図である。

【００４４】ここに示す増幅中継装置は、図１０の構成
において、その光増幅器１７ｃに代え、ファイバ型又は
導波路型の分散補償デバイス２１を用いた構成にしてい
る。図１０の構成で大容量の情報を高速に長距離伝送し
ようとすれば、ファイバの分散特性が問題になる。この
問題を解決するため、分散補償デバイス２１を設けてい
る。

【００４５】なお、上記の各実施の形態において、コア
１ａ〜１ｇは、Ｅｒを添加する例について説明したが、
これに代えてＰｒ（プラセオジム）、Ｎｄ、Ｙｂ（イッ
テルビウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｃｅ（セリウム）
等の希土類元素を用いることができる。また、希土類元
素は、上記の内の少なくとも２種を添加することができ
る。

【００４６】また、コア１ａ〜１ｇの主材料は、ＳｉＯ
₂系（ＳｉＯ₂にＧｅ、Ｐ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｆ等の屈
折率制御用の添加物を少なくとも１種を添加したも
の）、フッ化物系、多成分系材料のいずれかを用いるこ
とができる。更に、プライマリークラッド層２及びセカ
ンダリクラッド層３は、ＳｉＯ₂或いは上記ＳｉＯ
₂系、フッ化物系、多成分系のいずれかの材料を用いる
ことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、第１のコ
アに対し、その周辺に配設された第２のコアの径を大き
くしたので、第１のコア内を伝搬するパワーは第２のコ
ア内を伝搬するパワーに等しくなり、パワーアンバラン
スが無くなるため、利得の波長特性の平坦特性を良好に
することができる。

【００４８】更に、前記第１のコアと前記第２のコアを
共通のプライマリークラッド層で被覆し、更に、その外
周にセカンダリクラッド層を被覆する構成にすれば、プ
ライマリークラッド層の屈折率ｎ_Pとセカンダリクラッ
ド層の屈折率ｎ_Cを異ならせたファイバを製作するのに
適し、高効率（＝高利得）の光増幅器用の光ファイバを
得ることができる。

【００４９】また、本発明は、利得の波長特性の平坦特
性を良好にした希土類添加マルチコアファイバと、ＷＤ
Ｍ回路と組み合わせて光増幅器を構成したので、利得の
波長特性の平坦特性を確保しながら高利得化を図ること
ができる。更に、本発明は、分散シフトファイバを付加
することにより、分散シフトファイバと希土類添加マル
チコアファイバのモードフィールド径を非常に近い値に
することができ、情報信号の伝送を低接続損失で行うこ
とが可能になる。

【００５０】また、本発明は、希土類添加マルチコアフ
ァイバを用いた光増幅器に分散シフトファイバ及び光合
分波回路を付加することにより、波長多重が行え、この
波長多重した信号光を各ファイバに通せば、利得の波長
特性の平坦性及び高利得を維持しながらの長距離伝送が
可能になる。また、本発明は、分散シフトファイバに分
散補償デバイスを接続した構成にしたので、高速、大容
量の情報をより長距離へ伝送しようとする場合に問題と
なるファイバの分散値が、分散補償デバイスによって補
償される。したがって、利得の波長特性の平坦特性及び
高利得化を確保しながら、大容量の情報を高速に遠方へ
伝送することができる。

【００５１】更に、本発明は、光スターカプラを設け、
増幅後の光信号を複数の異なる波長に分配出力するよう
にしたので、希土類添加マルチコアファイバを用いた光
増幅によって利得の波長特性の平坦特性を確保しながら
増幅された信号光が光スターカプラによって分配され、
複数の加入者へ波長多重化された情報信号をほぼ均等
に、且つＳ／Ｎの劣化及びクロストーク特性の劣化を極
めて低い値にして伝送することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマルチコアファイバの第１の実施
の形態を示す断面図である。

【図２】図１のマルチコアファイバにおける波長−利得
特性図である。

【図３】図１のマルチコアファイバにおけるコア間隔−
帯域幅特性図である。

【図４】本発明によるマルチコアファイバの第２の実施
の形態を示す断面図である。

【図５】図４のマルチコアファイバにおける波長−利得
特性図である。

【図６】本発明によるＥｒ添加マルチコアファイバの第
３の実施の形態を示す断面図である。

【図７】本発明によるＥｒ添加マルチコアファイバの第
４の実施の形態を示す断面図である。

【図８】本発明による光増幅器の実施の形態を示す接続
図である。

【図９】図８に示した光増幅器を用いて構成した増幅分
配装置の構成例を示す接続図である。

【図１０】図８に示した光増幅器を用いて構成した増幅
中継装置の構成例を示す接続図である。

【図１１】増幅中継装置の他の構成例を示す接続図であ
る。

【図１２】波長０．９８μｍにおけるコア間隔ｄ−パワ
ー入射／出射特性図である。

【図１３】波長１．５５μｍにおけるコア間隔ｄ−パワ
ー入射／出射特性図である。

【図１４】従来のＥｒ添加マルチコアファイバの一例を
示す断面図である。

【図１５】図１４に示したＥｒ添加マルチコアファイバ
を用いた光増幅器を示す接続図である。

【図１６】図１５の構成のＥｒ添加マルチコアファイバ
における利得の波長特性を測定した波長−利得特性図で
ある。

【図１７】マルチコアファイバのコア間隔ｄと光増幅器
の１ｄＢ帯域幅の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇコア２プライマリークラッド層３セカンダリクラッド層４Ｅｒ添加マルチコアファイバ６ａ，６ｂＷＤＭ回路８ａ，８ｂアイソレータ１２ａ，１２ｂ励起用半導体レーザ１３ａ，１３ｂ励起光１４光スターカプラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ分散シフトファイバ１７ａ，１７ｂ光増幅器１８ａ，１８ｂ光合分波回路２１分散補償デバイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−37385（ＪＰ，Ａ) 特開平９−5539（ＪＰ，Ａ) 特開平５−299733（ＪＰ，Ａ) 特開平８−43668（ＪＰ，Ａ) 特開平６−37385（ＪＰ，Ａ) 特開平６−85759（ＪＰ，Ａ) 特開平６−252487（ＪＰ，Ａ) 特許2816097（ＪＰ，Ｂ２) 信学技報，Ｖｏｌ．95，Ｎｏ．415 （1995），ｐ．７−12 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/54 H01S 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クラッドの中心部に、該クラッドの屈折率
よりも高い屈折率を有し、希土類元素が添加された複数
のコアを配置してなるマルチコアファイバにおいて、前記複数のコアは、第１のコアと、該第１のコアより大
きい直径を有し、前記第１のコアの周囲を取り囲むよう
に配置された第２のコアからなることを特徴とするマル
チコアファイバ。
【請求項２】クラッドの中心部に、該クラッドの屈折率
よりも高い屈折率ｎ_Wを有し、希土類元素及びＡｌが共
添加された複数のコアを配置してなるマルチコアファイ
バにおいて、前記複数のコアは、第１のコアと、該第１のコアより大
きい直径を有し、前記第１のコアの周囲を取り囲むよう
に配置された第２のコアからなり、前記クラッドは、前記第１のコアを被覆する第１のプラ
イマリークラッド層と、前記第２のコアを被覆する第２
のプライマリークラッド層及び第２のプライマリークラ
ッド層の外側に位置するセカンダリクラッド層とからな
り、前記第１，第２のプライマリークラッド層の屈折率ｎ_P
は前記セカンダリクラッド層の屈折率ｎ_C以下であるこ
とを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項３】前記第２のプライマリークラッド層は、そ
の外径が前記第１のプライマリークラッド層の外径に等
しいことを特徴とする請求項２記載のマルチコアファイ
バ。
【請求項４】前記第１のプライマリークラッド層は、そ
の厚みが前記第２のプライマリークラッド層の厚みに等
しいことを特徴とする請求項２記載のマルチコアファイ
バ。
【請求項５】前記第１のプライマリークラッド層及び前
記第２のプライマリークラッド層は、前記セカンダリク
ラッド層と同一材料であることを特徴とする請求項２記
載のマルチコアファイバ。
【請求項６】クラッドの中心部に、該クラッドの屈折率
よりも高い屈折率ｎ_Wを有し、希土類元素及びＡｌが共
添加された複数のコアを配置してなるマルチコアファイ
バにおいて、前記複数のコアは、第１のコアと、該第１のコアより大
きい直径を有し、前記第１のコアの周囲を取り囲むよう
に配置された第２のコアからなり、前記クラッドは、前記第１，第２のコアを共通に被覆す
るプライマリークラッド層と、該プライマリークラッド
層を被覆するセカンダリクラッド層とからなり、前記プライマリークラッド層の屈折率ｎ_Pは前記セカン
ダリクラッド層の屈折率ｎ_C以下であることを特徴とす
るマルチコアファイバ。
【請求項７】請求項１乃至６に記載のマルチコアファイ
バの入力側又は出力側、もしくは両側に設けられたＷＤ
Ｍ回路と、前記ＷＤＭ回路に励起光を供給するための励起用光源
と、前記ＷＤＭ回路と入力端又は出力端との間に設けられた
アイソレータとを具備することを特徴とするマルチコア
ファイバを用いた光増幅器。
【請求項８】請求項７記載の光増幅器の入力側又は出力
側、もしくは両側に分散シフトファイバを接続したこと
を特徴とするマルチコアファイバを用いた光増幅中継装
置。
【請求項９】請求項８記載の光増幅中継装置における分
散シフトファイバの途中に分散補償デバイスを接続した
ことを具備することを特徴とするマルチコアファイバを
用いた光増幅中継装置。
【請求項１０】請求項８または９記載の光増幅中継装置
の入力側又は出力側、もしくは両側に光合分波回路を設
けたことを特徴とするマルチコアファイバを用いた光増
幅中継装置。
【請求項１１】請求項７に記載の光増幅器の出力側に、
この光増幅器より出力された増幅後の光信号を複数の異
なる波長に分配出力する光スターカプラを設けたことを
特徴とする光増幅分配装置。