JP5950426B1 - マルチコア光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、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、波長及び信号数の増減に対する利得の依存性を低減でき、且つ高速制御が可能なマルチコア光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】本発明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た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、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、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、複数のコア励起ユニットの各々は複数のコアの各々にそれぞれ独立に第２の励起光を出力するように複数のコアの各々と光学的に結合され、増幅用マルチコアファイバは第１及び第２の励起光により信号光を増幅することを特徴とする。【選択図】図８

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。

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。

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。

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。

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。

H. Takahashi 他、"First demonstration of MC-EDFA-repeatered SDM transmission of 40 × 128-Gbit/s PDM-QPSK signals per core over 6,160-km 7-core MCF," ECOC Postdeadline papers, Th.3.C.3, 2012年 Y. Mimura 他、"Batch multicore amplification with cladding-pumped multicore EDF," ECOC Technical Digest, Tu.4.F.1, 2012年

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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である。 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の構成を示す図である。 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の課題を説明するための図である。 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である。 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である。 チルト補正部１１の特性を例示する図である。 可変減衰器１２の特性を例示する図である。 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である。 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ための図である。 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−利得特性を示す図である。 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３に係るマルチコア光ファイバ増幅器を示す図である。 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波長−利得特性を示す図である。 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利得変化−時間特性を示す。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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マルチコア光ファイバ増幅器。
2. 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請求項１に記載のマルチコア光ファイバ増幅器。
3. 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請求項２に記載のマルチコア光ファイバ増幅器。
4. 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請求項１に記載のマルチコア光ファイバ増幅器。
5. 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請求項４に記載のマルチコア光ファイバ増幅器。
6. 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。
7. 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。