JP6379846B2 - 光伝送媒体及び光増幅器 - Google Patents

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Description

本発明は、光伝送媒体及び光増幅器に関する。
光通信システムでは、波長多重(WDM)技術及び光増幅中継技術を利用することで、光通信の伝送容量及び伝送距離の拡大化が図られている。また、伝送容量の更なる拡大化を図るために、1本の光ファイバに複数のコアを形成したマルチコア光ファイバを光伝送路に用いた光通信システムの研究及び開発も行なわれている。
特開2009−251376号公報 特開2002−338308号公報 特開2013−235139号公報 国際公開第2011/116075号
光伝送媒体や光増幅媒体として用いられる光ファイバは、伝送あるいは増幅する光の閉じ込め効果を向上するために、例えばコア−クラッド間の屈折率(「屈折率プロファイル」と称してもよい。)が制御されることがある。
ただし、屈折率制御では、得られる光閉じ込め効果に限界がある。そのため、光ファイバを伝播する光にロスが生じ得る。また、マルチコア光ファイバにおいて屈折率制御を行なおうとすると、光ファイバ構造そのものが複雑化したり、光ファイバ径を増大せざるを得なくなったりすることがある。
1つの側面では、本発明の目的の1つは、屈折率制御によらずに、光伝送媒体を伝播するマルチモード光の光伝送媒体内への閉じ込め効果を向上して、光伝送媒体を用いた光伝送や光増幅の性能向上を図ることにある。
1つの側面において、光伝送媒体は、複数のコアと、前記複数のコアのそれぞれを覆う第1のクラッドと、複数の前記第1のクラッドを覆う第2のクラッドと、前記第2のクラッドの外周を覆う、マルチモード光の波長帯域に対して反射特性を有し、ニッケルと鉄との合金であるインバー合金またはニッケルと鉄とコバルトとの合金であるコバール合金の金属膜である反射層と、を備える。
また、1つの側面において、光増幅器は、前記光伝送媒体と、前記マルチモード光であるマルチモード励起光を出力するマルチモード励起光源と、前記光伝送媒体の前記反射層よりも内側の領域に、前記マルチモード励起光源から出力されたマルチモード励起光を導入する励起光導入構造と、を備える。
1つの側面として、屈折率制御によらずに、光伝送媒体において伝播する光の閉じ込め効果を向上して、光伝送媒体を用いた光伝送や光増幅の性能向上を図ることができる。
一実施形態に係る光伝送媒体の一例としてのマルチコア光ファイバの端面(あるいは軸方向に直交する断面)を模式的に示す図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバを分布ラマン増幅に用いる態様を説明する模式図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバの反射層よりも内側の領域全体にマルチモード励起光が伝播する様子を模式的に示す断面図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバの反射層よりも内側の領域全体にマルチモード励起光が伝播する様子を模式的に示す断面図である。 反射層を有さないマルチコア光ファイバを伝播するマルチモード励起光のパワー分布に偏りが生じることを模式的に示す断面図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバの反射層が分布ラマン増幅の実効長に相当する長さに亘って形成された様子を模式的に示す図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバの反射層が光伝送区間の一部又は全部に亘って形成された様子を模式的に示す図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバの製造方法の一例を説明する図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバの反射層を形成する方法の一例を説明する模式図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバを光伝送媒体兼光増幅媒体に用いた分布ラマン増幅器の構成例を示す模式図である。 マルチコア光ファイバのコアに個別的にシングルモードの励起光を導入する構造の一例を示す模式図である。 マルチコア光ファイバのコアに個別的にシングルモードの励起光を導入する構造の一例を示す模式図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバにマルチモード励起光を導入する構造の一例としてのエンドポンピング構造を示す模式図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバにマルチモード励起光を導入する構造の一例としてのサイドポンピング構造を示す模式図である。 図14に例示したサイドポンピング構造を実現可能なマルチコア光ファイバの構造例を示す模式図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバに複数波長のマルチモード励起光を導入することにより得られるラマン利得の一例を示す図である。 図15に例示したマルチコア光ファイバに、初期導入例として、3波長のマルチモード励起光を導入する態様を説明する図である。 図17に例示した初期導入例に対してアップグレードにより2波長のマルチモード励起光を追加導入する態様を説明する図である。 図14に例示したサイドポンピング構造の変形例を示す模式図である。 図1に例示したマルチコア光ファイバに導入するマルチモード励起光を生成するマルチモード励起光源(マルチストライプ励起光源)の構成例を示す模式図である。 図20に例示したマルチストライプ励起光源を用いて、図1に例示するマルチコア光ファイバにマルチモード励起光を導入する構造の一例を示す模式図である。 図1に例示した反射層が形成された希土類添加光ファイバの模式的側断面図である。 図22に例示した希土類添加光ファイバの反射層よりも内側の領域全体にマルチモード光が伝播する様子を示す模式的断面図である。 図22に例示した、反射層を有する希土類添加光ファイバを光増幅媒体に用いた光増幅器の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る反射層を有する光ファイバの適用範囲及び適用効果の一例を示すテーブルである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。また、以下に説明する各種の例示的態様は、適宜に組み合わせて実施しても構わない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。
図1は、一実施形態に係る光伝送媒体の一例としてのマルチコア光ファイバの端面(あるいは軸方向に直交する断面)を模式的に示す図である。
図1に示すマルチコア光ファイバ1は、例示的に、複数(図1では7個)のコア11と、個々のコア11の外周をそれぞれ被覆する第1のクラッド12と、を備える。なお、コア11の数(「マルチコア数」と称してよい。)は、図1の7個に限定されず、2個以上であればよい。
コア11は、それぞれ、例示的に、クラッド12の屈折率よりも高い屈折率を有する。したがって、コア11に臨界角以下の入射角度で入射された光は、コア11とクラッド12との境界面において全反射しながら、コア11の軸に沿う方向に伝播する。
よって、クラッド12は、入射光をコア11内に実質的に閉じ込めるように作用する。コア11を伝播(「導波」と称してもよい。)する光は、シングルモード光であってもよいしマルチモード光であってもよい。
なお、コア11の軸に沿う方向は、マルチコア光ファイバ1の「長手方向」と称してもよい。「長手方向」は、別言すると、マルチコア光ファイバ1を伝播する光の伝播方向に沿う方向である。
コア11及びクラッド12の組は、「光ファイバ」あるいは「光導波路」と称してよく、便宜的に、「光導波路11−12」と表記することがある。コア11は、信号光の一例としてマルチモード光が入射されて、当該マルチモード光を伝播してよい。なお、コア11に臨界角よりも大きい入射角度で入射された光は、放射モード光となってコア11内に閉じ込められずにクラッド12へ伝播する(「漏れ出す」と称してもよい)。
各クラッド12の外周には、例示的に、各クラッド12間の隙間を埋めるように第2のクラッド13が形成されている。別言すると、第2のクラッド13内に複数(例示的に7個)の光導波路11−12が形成されている。第2のクラッド13は、例示的に、コア11の屈折率よりも低い屈折率を有し、第1のクラッド12の屈折率よりも低い屈折率を有していてよい。
ただし、図1に示すマルチコア光ファイバ1の構造は、あくまでも例示であり、マルチコア光ファイバ1に採用されるクラッド構造によってはクラッド12及び13間の屈折率の大小関係が逆転することがあってよい。
例えば、マルチコア光ファイバ1では、複数のコア11を伝播する光同士が干渉しないように、コア11を覆うクラッド構造の屈折率制御がなされていればよい。したがって、クラッド構造に含まれる複数のクラッドの屈折率は、コア11間の光干渉を最小化できる値に適切に設定されていればよい。
コア11から第1のクラッド12へ漏れ出した放射モード光は、第2のクラッド13との境界面において第1のクラッド12側へ反射される。よって、第2のクラッド13は、第1のクラッド12へ漏れ出した放射モード光を当該クラッド12内に実質的に閉じ込めるように作用する。
第2のクラッド13の外周には、例示的に、反射層14が形成されている。反射層14は、例示的に、マルチモード光の波長帯域において当該マルチモード光をクラッド13側へ反射する特性を有する。したがって、放射モードとなったマルチモード光は、反射層14にて反射されてクラッド13内に戻される。
別言すると、反射層14は、マルチモード光を反射層14よりも内側に実質的に閉じ込めるように作用する。なお、反射層14の反射特性は、例示的に、後述する樹脂層15がマルチモード光に対して示す反射特性よりも高い反射率でマルチモード光を反射する特性であってよい。
マルチコア光ファイバ1の反射層14よりも内側の領域には、コア11を伝播する光とは別に、マルチモード光が各コア11並びにクラッド12及び13の別を問わずに一括して入射(「結合」あるいは「導入」と称してもよい。)されてよい。
そのため、マルチコア光ファイバ1の反射層14よりも内側の領域、別言すると、各コア11並びにクラッド12及び13を含む領域は、以下において便宜的に、「マルチモード光導入領域」と称することがある。
「マルチモード光導入領域」に導入されるマルチモード光は、例示的に、分布ラマン増幅に用いられる励起光(以下「マルチモード励起光」と称することがある。)を含んでよい。したがって、「マルチモード光導入領域」は、「励起光導入領域」と称してもよい。
反射層14は、例示的に、金属材料を用いた反射媒体層であってよく、例えば、合金の金属膜であってよい。合金には、コア11やクラッド12及び13の材料に用いられる石英(「シリカ(SiO2)素材」と称してもよい。)の熱膨張率との差分ができるだけ小さな熱膨張率を有する材料を用いるのが好ましい。熱膨張率の差分が大きいと、外部環境の温度変化に応じてマルチコア光ファイバ1に物理的な応力ひずみが生じて、反射層14の剥離、分離が懸念されるからである。
例えば、石英の線膨張係数は、0.4〜0.55×10−6/K(ケルビン)程度であるのに対し、鉄や銅、ステンレス鋼等の通常の金属の線膨張係数は、0.1〜0.3×10−4/K程度のオーダであり、石英との差分が2桁もある。このため、通常の金属材料で石英に金属膜14を形成(被覆)すると、外部環境の温度変化により金属膜14の剥離、分離が懸念される。
線膨張係数が通常の金属よりも低い金属材料の一例としては、鉄(Fe)とニッケル(Ni)との合金であるインバー合金が挙げられる。インバー合金は、磁気歪みによる体積変化と格子振動による熱膨張とが相殺しあう性質を利用して線膨張係数が通常の金属よりも小さく抑えられた金属の一例である。
FeとNiとの組成比を調整することで、インバー合金の線膨張係数は、0.1〜3.0×10−6/K程度の範囲で制御することができる。したがって、金属膜14の線膨張係数を石英の線膨張係数に可能な限り近づける(理想的には、一致させる)ことができる。
よって、金属膜14にインバー合金を用いれば、温度変化に伴う応力ひずみの発生を抑止あるいは低減して、金属膜14の剥離や分離を防止することができる。別言すると、金属膜14とシリカ素材であるクラッド13との強固な接着性と、マルチコア光ファイバ1の寸法安定性とを実現できる。
したがって、温度変化等の環境条件の変化に対して信頼性を向上させたマルチコア光ファイバ1を提供できる。また、インバー合金の金属膜14の厚みを調整することで、マルチコア光ファイバ1の機械的強度を向上することもできる。
金属膜14に用いるインバー合金の組成の非限定的な一例を示すと、Fe及びNiの合金全体に対する含有率が50%以上であり、Niの含有率が36〜42%程度である。例えば、インバー合金は、Niの含有率が36%であり、Feの含有率が64%であってよい。当該組成のインバー合金であれば、線膨張係数が0.13〜1.0×10−6/K程度の金属膜14を形成可能である。
なお、Fe及びNiに加えてコバルト(Co)を組成に含むコバール合金を、金属膜14に適用してもよい。コバール合金も、インバー合金と同様、通常の金属よりも線膨張係数が小さく、組成比を制御することで石英の線膨張係数に近づけることが可能な金属の一例である。
金属膜14の膜厚(t)は、薄すぎるとマルチモード光に対して適切な反射特性を維持できないおそれがあり、厚すぎるとマルチコア光ファイバ1として取り扱いにくくなったり配線しにくくなったりするおそれがあるため、適度な膜厚に設定するとよい。
例えば、膜厚tは、温度変化に伴う応力ひずみを低減しつつマルチモード光に対する反射特性を維持可能な範囲の値であってよく、非限定的な一例を示すと、1.0μm<t<100μmを満たす値であってよい。より好ましくは、10μm<t<数10μm程度を満たす値であってよい。
なお、t=0.1μm程度以下であると、膜厚が薄すぎて光が金属膜14を透過してしまい、期待する反射特性が得られないおそれがある。また、t=100μm程度以上であると、膜厚が厚すぎて金属膜14の形成(例えば後述する、加熱時間を含む化学メッキ工程に要する時間)が長期化するおそれがある。ただし、マルチコア光ファイバ1の機械的強度を向上することを目的とするなら、膜厚tは100μm以上に設定しても構わない。なお、金属膜14の形成方法の具体例については後述する。
金属膜14の外周には、図1に例示するように、樹脂層15が形成されてよい。樹脂層15は、金属膜14の外周に、通常の光ファイバの製造工程で用いられる樹脂材料のコーティング(「樹脂加工」と称してもよい。)を施すことによって形成されてよい。樹脂材料には、例示的に、シリコン樹脂が用いられてよい。樹脂層15は、マルチコア光ファイバ1の保護層として機能すると捉えて構わない。
上述した構造を有するマルチコア光ファイバ1のマルチモード光導入領域に、マルチモード光が入射すると、放射モードとなった一部のマルチモード光が、反射層14で反射を繰り返して径方向に縦断しながらマルチコア光ファイバ1の長手方向に導波される。
したがって、マルチモード光のマルチコア光ファイバ1内への閉じ込め効果が向上し、マルチモード光の伝播ロスを抑えることができる。当該マルチモード光に励起光(例えば、分布ラマン増幅用のマルチモード励起光)が含まれれば、励起光の伝播ロスを低減して、励起効率を向上できる。
また、個々のコア11を伝播する光を、マルチモード励起光によって一括増幅できる。個々のコア11を個別の励起対象にしなくてよいので、マルチコア光ファイバ1の構造を複雑化しなくて済む。また、マルチコア光ファイバ1に対して複雑な屈折率制御や径拡大を施さなくてよい。
例えば、個々のコア11の伝播光を個別的に励起するために、コア11毎に励起光を閉じ込めるマルチクラッド構造を導入することが考えられるが、光ファイバ構造そのものが複雑化し、屈折率制御も難しくなる。
マルチコア光ファイバ1は、コア11間の信号光クロストークを抑圧するために、個々のコア11と周囲の材料や構造との間の屈折率制御が施される場合がある。そこに更に個々のコア11に対してマルチクラッド構造を導入すると、屈折率制御が更に困難になる。
屈折率制御は、例示的に、コアやクラッドとなる石英材料にゲルマニウム(Ge)やフッ素(F)を添加することで行なわれるが、現状においてもGeやFの添加による屈折率制御は難しいものであり、十分な光閉じ込め効果を得ることが難しい。
そのため、コア11毎にマルチクラッド構造を導入することは、光ファイバ構造を複雑化して製造歩留まりが劣化するおそれがある。また、適切な屈折率制御を実現するために、光ファイバ径を増加せざるを得なくなるおそれもある。
結果として、「既存のシングルコアファイバの断面積と略同じ断面積でありながら、マルチコア数に応じた倍率の光伝送容量を得ることができる」というマルチコア光ファイバ1のメリットが損なわれかねない。
これに対し、図1に例示した反射層14を有するマルチコア光ファイバ1であれば、光ファイバ構造を複雑化しなくて済み、また、複雑な屈折率制御や光ファイバ径の拡大も不要にできる。
次に、図2を参照して、図1に例示した構造を有するマルチコア光ファイバ1を光伝送路兼光増幅媒体に用いて信号光を分布ラマン増幅する例について説明する。
図2には、マルチコア光ファイバ1の4つのコア11(#1〜#4)にそれぞれ信号光#1〜#4が入射される様子を例示している。また、図2には、信号光#1〜#4の入射面とは反対側のファイバ断面の、反射層14よりも内側の領域に、マルチモード励起光が入射される様子を例示している。
別言すると、信号光#1〜#4は、それぞれ、マルチコア光ファイバ1のコア11に個別に入射されるのに対し、マルチモード励起光は、信号光#1〜#4の入射方向とは逆方向からマルチモード光導入領域に一括入射される。
信号光#1〜#4は、マルチコア光ファイバ1において、それぞれ、信号光#1〜#4の伝播方向とは逆方向に伝播するマルチモード励起光によって後方励起される。後方励起は、信号光パワーが高い状態で励起が行なわれる前方励起に比べて、非線形効果に起因する伝送特性の劣化を抑制できる。
例えば、マルチコア光ファイバ1の励起光導入領域にマルチモード励起光が一括入射されると、その一部が放射モード光となって、第2のクラッド13の外径部分に形成された反射層14で反射を繰り返しながらマルチコア光ファイバ1の軸方向に伝播する。
放射モード光が、反射層14での反射を繰り返すことで、図3及び図4の模式的断面図に例示するように、マルチモード励起光のモード変換が促進されてモードが多様化される。別言すると、マルチモード励起光は、マルチコア光ファイバ1において、反射層14の内側全領域をあらゆる方向に縦断しながら導波するため、当該領域全体にわたって励起光パワーが均一に分布し易くなる。
ここで、コア11を伝播する信号光の励起効率は、マルチコア光ファイバ1において信号光と励起光とがオーバラップする領域が大きいほど向上する。そのため、図3及び図4に例示したように、励起光パワーの分布をマルチコア光ファイバ1の径方向に均一化できることで、オーバラップ領域の拡大化を図って信号光の励起効率を向上することが可能になる。
これに対し、図5の模式的断面図に例示するような、反射層14を有さないダブルクラッド構造の光ファイバ100では、クラッド101−102間の屈折率制御によって光閉じ込め効果が調整されることがあるが、励起光モード数に制限が生じ易い。そのため、マルチモード励起光のパワー分布に偏りが生じ易く、信号光と励起光とのオーバラップが十分であるとはいえない。
なお、図1にて説明した反射層14は、マルチコア光ファイバ1の端面を除いた長手方向の少なくとも分布ラマン増幅の実効長に相当する長さに亘って形成されてよい。分布ラマン増幅は、光増幅の一例である。光増幅の他の例としては、集中ラマン増幅や、希土類添加光ファイバを光増幅媒体に用いた集中増幅等が挙げられる。
光増幅の「実効長」とは、例示的に、励起光が導入されることにより光増幅媒体が十分な増幅利得を得るのに足りる長さに相当する、と捉えてよい。分布ラマン増幅であれば、「実効長」は、非限定的な一例として、20km〜25km程度であってよい。図2には、非限定的な一例として、実効長20kmに相当する長さのマルチコア光ファイバ1の軸方向全長に亘って反射層14がクラッド13の外周に形成されている様子を例示している。
ただし、少なくとも「実効長」に亘って反射層14が形成されていれば、既述のように信号光と励起光とのオーバラップ性を向上して励起効率を向上できるので、反射層14は、マルチコア光ファイバ1の長手方向に部分的に形成されていてもよい。
例えば図6に模式的に例示するように、1本あたり20km〜25kmの長さのマルチモードコアファイバ1を4本直列に融着接続して80〜100kmの伝送距離を実現する場合を想定する。この場合、反射層14は、マルチモード励起光が入射される初段のマルチコア光ファイバ1(20〜25km)に限って形成されてよい。反射層14を伝送距離の全長に亘って形成しなくてよいので、反射層14の形成に伴うコストの低減を図ることができる。
また、図7の(1)に模式的に例示するように、反射層14は、或る光伝送区間の両端に相当する初段及び最終段のマルチコア光ファイバ1に限って形成されてもよい。初段に加えて最終段においても信号光と励起光とのオーバラップ性を向上できるので、長距離伝送によって励起光パワーが低下しやすい区間(「スパン」と称してもよい。)における励起効率の向上を図ることができる。
ただし、コストが許せば、あるいは、光伝送区間の機械的強度を確保するために、図7の(2)に模式的に例示するように、反射層14は、光伝送区間の全部にわたって形成されても構わない。
(マルチコア光ファイバ1の製造方法の一例)
次に、上述した反射層14を有するマルチコア光ファイバ1の製造方法の一例について説明する。
マルチコア光ファイバ1を成す第2のクラッド13の表面に、反射層14として機能する金属膜(例えば、インバー合金膜)を形成する方法の一例としては、メッキや蒸着等を用いた方法(表面処理)が挙げられる。経済性等を考慮すると、メッキを用いた方法が好ましいといえる。
メッキの一例としては、電気メッキ、蒸着メッキ、溶融メッキ、化学メッキ等が挙げられる。ただし、電気メッキは、表面処理の対象であるクラッド13が非導電性であるため、適用候補から除外してよい。
蒸着メッキでは、石英材料であるクラッド13に金属膜14をマルチコア光ファイバ1の長手方向に均一な厚みで付着させることが難しい。また、真空蒸着を用いる場合には、真空装置等が必要になり、製造装置が大型化しコスト面で好ましいとは云い難い。
溶融メッキでは、アルミニウムや亜鉛等の低融点の金属材料が用いることができるが、既述のとおり、これらの通常の金属材料は、石英との線膨張率の差分が大きいため、金属膜14の剥離が生じ易い。
したがって、石英材料であるクラッド13に、反射層14として機能するインバー合金膜14を形成するには、化学メッキ(「無電界メッキ」と称してもよい。)が有用と考えられる。化学メッキによれば、マルチコア光ファイバ1の長手方向に均一な厚みでインバー合金膜14をクラッド13に析出させることが可能である。
化学メッキ工程は、既存の光ファイバ製造工程に容易に組み入れることが可能である。光ファイバは、例えば図8に示すように、母材(「プリフォーム」と称されてもよい。)である、外径が数mm〜数10mm程度で長さが30〜100cm程度の石英ガラス棒を「線引き」することで製造される。
「線引き」工程では、例示的に、母材を電気炉に入れて加熱(例えば、約2000℃)し、加熱により溶融して落下あるいは延伸する母材を光ファイバとしての所定の直径(例えば、125μm)になるように巻取ボビン等で巻き取る。
電気炉から溶融して延伸する母材の外径を、線径測定器で測定してよい。線径測定器の測定結果に基づいて、線径制御器が電気炉の温度や巻取ボビンの巻取り速度を制御してよい。これにより、光ファイバ径を目標値に制御することが可能である。
「線引き」工程には、被覆器による被覆処理が含まれてよい。例示的に、被覆器は、溶融した母材が巻取ボビンによって巻き取られる過程において、光ファイバとしての強度劣化を抑制するために、巻取り途中の母材をシリコン樹脂等で被覆(「樹脂加工」と称してもよい。)する。被覆後の光ファイバ径は、特に限定されないが、例示的に、250μm程度であってよい。なお、被覆後の光ファイバは、「光ファイバ素線」と称されてもよい。
既述の化学メッキ工程は、例示的に、上述した線径測定器と被覆器との間に導入されてよい。化学メッキ工程では、例えば図9に模式的に示すように、「線引き」されて巻取ボビンに巻き取られる光ファイバを、被覆処理の前に、インバー合金のメッキ液が充填されているメッキ液槽31に適切な時間だけ浸す。なお、メッキ液は、かくはん機34によって適宜に「かくはん」されてよい。
光ファイバは、ガイドローラー等のガイド33に沿ってメッキ液槽31を通過した後、ヒータ部32を通過する。ヒータ部32は、例えば400〜800℃程度の温度でメッキ液が付着した母材を加熱する。これにより、インバー合金のメッキ層組成の均一化を図ると共に、H2基の除去を行なうことができる。
なお、「加熱」の時間は、加熱温度や光ファイバに付着するメッキの量等に依存して決定されてよい。また、光ファイバに対する「加熱」は、上記のように巻取りボビンに巻き取られる前に行なってもよいし、代替的あるいは追加的に、巻取りボビンに巻き取られた状態で実施されてもよい。
例えば、加熱温度に十分耐えられる耐熱性の高い巻取りボビンによって、メッキ液の付着した光ファイバを巻取り、巻取りボビンごと加熱するようにしてもよい。巻取りボビンを単位に光ファイバが商品化され流通する場合、巻取りボビンを単位に加熱を行なえることは便利である。
ヒータ部32を通過した光ファイバは、図8に例示したように、被覆器によって樹脂加工等が必要に応じて施された後、巻取ボビン等に巻き取られる。このように、「線引き」工程に、インバー合金の化学メッキ工程を導入することは比較的容易である。
「線引き」工程において、光ファイバを移動させながら、インバー合金膜14を光ファイバにメッキ(コーティング)できるので、インバー合金膜14を有するマルチコア光ファイバ1を、そのファイバ長が光伝送路のように長尺であっても、容易に製造できる。
(マルチコア光ファイバ1を用いた分布ラマン光増幅器の一例)
図10に、上述したマルチコア光ファイバ1を光伝送媒体兼光増幅媒体に用いた分布ラマン光増幅器の構成例を示す。
図10に示す分布ラマン光増幅器10は、例示的に、既述のインバー合金膜14を反射層に有するマルチコア光ファイバ1と、マルチコア光ファイバ1に導入されるマルチモード励起光を生成するマルチモード励起光源2と、を備える。
マルチコア光ファイバ1のインバー合金膜14は、既述のように分布ラマン増幅の実効長に相当する長さ(例示的に、20km〜25km程度)に亘って形成されていればよく、その他の部分には形成されていなくても構わない。
マルチコア光ファイバ1の一端には、例示的に、コア結合器3が設けられてよい。コア結合器3は、マルチコア光ファイバの各コア11(図1参照)と、各コア11に対応した複数の光送信器4−1〜4−N(Nは2以上の整数であり、マルチコア数を表す。)の出力と、をそれぞれ光学的に結合(「接続」と称してもよい。)する。
図10の例では、マルチコア数N=5であり、5つの光送信器4−1〜4−5から出力される送信光が、それぞれ、コア結合器3によって、対応するコア11に個別的に結合、導入される。送信光は、シングルモードの信号光でもよいし、マルチモードの信号光でもよい。コア11に結合、導入された送信光は、マルチコア光ファイバ1の他端に向けて(図10の紙面右方向に)伝播する。
マルチモード励起光源2は、例示的に、励起光導入構造21によりマルチコア光ファイバ1に光学的に接続されてよい。励起光導入構造21は、マルチモード励起光源2から出力されたマルチモード励起光を、マルチコア光ファイバ1のインバー合金膜14内側領域(励起光導入領域)に結合、導入する。
別言すると、マルチモード励起光は、信号光が伝播するコア11に対して個別的に導入されなくてよく、インバー合金膜14内側領域に一括導入されればよい。これにより、各コア11を伝播する信号光をマルチモード励起光によって一括増幅することができる。
したがって、マルチコアを伝播するシングルモードの信号光を、それぞれ、個別的にシングルモードの励起光で励起する構造に比べて、励起光導入構造21を簡素化できる。比較例として、図11に、マルチコアを伝播するシングルモードの信号光を、それぞれ、個別的にシングルモードの励起光で励起する構造の一例を示す。
図11には、例示的に、マルチコア数N=5であり、図10のコア結合器3と同様の2つのコア結合器3−1及び3−2を用いて、マルチコア光ファイバの5つのコアに個別にシングルモードの励起光を導入する構造の一例を示している。
すなわち、一方のマルチコア光ファイバの各コアが一方のコア結合器3−1により個別の光ファイバ301の一端に光学的に結合され、各光ファイバ301の他端が他方のコア結合器3−2により他方のマルチコア光ファイバの各コアに光学的に結合される。これにより、マルチコア光ファイバのコアが個々に光ファイバ301によって分離されてマルチコア光ファイバ外に引き出される。
そして、コア結合器3−1及び3−2間の光ファイバ(以下「コア結合ファイバ」と称することがある。)301のそれぞれに、合波カプラ(CPL)302等を用いて、シングルモードの励起光を出力する励起光源(例えば、LD)303を結合する。
コア結合器3−1及び3−2間の1本あたりのコア結合ファイバ301に導入する励起光の波長数が増加すれば、図12に例示するように、当該波長数に応じた数の励起光源303がコア結合ファイバ301に光学的に結合される。
例えば複数波長の励起光は、合波カプラ302等で合波されてコア結合ファイバ301に結合される。なお、図12には、マルチコア数N=3であり、1本あたりのコア結合ファイバ301に導入される励起光の波長数がλ1〜λ4の4波長である例を示している。
このようにして、コア結合器3−1、3−2及びコア結合ファイバ301を用いて、シングルモードの励起光をマルチコア光ファイバの各コアに対して個別に導入することが可能であるが、励起光導入構造が複雑化する。マルチコア数Nや励起光波長数が増加すればするほど、励起光導入構造は更に複雑化する。そのため、分布ラマン増幅器が大型化し消費電力も増大する懸念がある。
これに対し、本実施形態の励起光導入構造21は、マルチコア光ファイバ1の反射層14よりも内側領域にマルチモード励起光を導入できればよいので、コア結合器3−1及び3−2を用いて各コア11を個別のコア結合ファイバ301によって分離しなくてよい。
そのため、励起光導入構造21には、例示的に、図13に例示するような「エンドポンピング」構造や、図14に例示するような「サイドポンピング」構造等、簡易な構造を適用できる。
エンドポンピング構造では、マルチコア光ファイバ1の端面の反射層14よりも内側領域に、マルチモード励起光がマルチコア光ファイバ1の軸方向に沿う方向から結合、導入される。
例えば図13の構造では、マルチモード励起光が、ミラー401にてマルチコア光ファイバ1の軸方向に反射され、集光レンズ402にて集光されてマルチコア光ファイバ1の端面に入射される。
なお、マルチモード励起光は、1波長のマルチモード励起光源からの出力光であってもよいし、複数の波長のそれぞれに対応したマルチモード励起光源の出力が合波カプラ等で波長多重された波長多重マルチモード励起光であってもよい。
一方、サイドポンピング構造では、既述のミラーや集光レンズを用いなくてよく、例えば、マルチコア光ファイバ1の側面からマルチモード励起光を、マルチコア光ファイバ1の反射層14よりも内側領域に結合、導入する。
例えば図14及び図15に模式的に示すように、マルチコア光ファイバ1には、反射層14の内側領域にマルチモード励起光を導入するためのマルチモード励起光導波部(単に「導波部」と略称することもある。)131−1〜131−Mが備えられてよい。
Mは、自然数であって、例示的に、マルチコア光ファイバ1に導入するマルチモード励起光の波長数に相当する。導波部131−1〜131−Mを区別しなくてよい場合は「導波部131」と表記することがある。導波部131は、「導入ファイバ131」と称してもよい。
図15には、M=6の場合を例示しており、6つの導波部131−1〜131−6のうち4つの導波部131−1〜131−4によって、4波長(λ1〜λ4)のマルチモード励起光をマルチコア光ファイバ1に導入可能である態様を例示している。
図14と図15との関係に着目すれば、図14に例示する4波長λ1〜λ4のマルチモード励起光源2−1〜2−4が、それぞれ、4つの導波部131−1〜131−4に光学的に結合される、と捉えてよい。
なお、図16に、4波長のマルチモード励起光λ1〜λ4の光パワーと、当該マルチモード励起光によって信号光帯域で得られるラマン利得Gλ1〜Gλ4と、の関係の一例を模式的に示す。
図14及び図15に例示したように、サイドポンピング構造によれば、マルチモード励起光導波部131の数を変更することで、マルチモード励起光の波長数の変更に容易に対応できる。
したがって、ラマン増幅帯域の拡大やラマン利得の増加等のシステムアップグレードに対しても、柔軟に、また、容易に対応することができる。
例えば図17に模式的に示すように、想定される最大励起波長数(仮に、5波長)に対応した導波部131−1〜131−5を予めマルチコア光ファイバ1に形成しておく。そして、光伝送システムの初期導入時には、その一部(例えば、3波長分)の導波部131−1〜131−3にマルチモード励起光源2−1〜2−3を接続する。
その後、システムアップグレードに伴って、例えば図18に模式的に示すように、2波長(λ4及びλ5)分の追加のマルチモード励起光源2−4及び2−5が必要になれば、空きの導波部131−4及び131−5に励起光源2−4及び2−5を接続すればよい。
このように、マルチコア光ファイバ1に導入するマルチモード励起光波長数の変更や拡張にも柔軟、容易に対応できるから、柔軟性、拡張性の高い光伝送システムを実現、提供できる。また、必要な数の励起光源2を導波部131に適宜に接続すればよいため、光伝送システムの運用中であってもシームレスな変更や拡張が可能である。
なお、サイドポンピング構造の変形例として、例えば図19に示すような構造を励起光導入構造21に適用してもよい。図19に示す励起光導入構造21は、例示的に、マルチモード励起光を集光する集光レンズ22を備える。
集光レンズ22は、例示的に、マルチモード励起光が、マルチコア光ファイバ1の第2のクラッド13に形成されたV字状の溝(V−groove)132の一方の傾斜面に集光するように配置される。したがって、当該傾斜面で反射したマルチモード励起光は、マルチコア光ファイバ1の長手方向に導入されて伝播する。
その際、既述のように、放射モードとなったマルチモード励起光は、反射層14で反射を繰り返してマルチコア光ファイバ1の長手方向に伝播するため、マルチモード励起光のパワー分布が均一化され、信号光とのオーバラップ性が向上する。
以上のように、マルチコア光ファイバ1の反射層14よりも内側の領域にマルチモード励起光を一括して導入可能なことから、簡易な構造の励起光導入構造21を適用できる。したがって、光伝送容量の拡大化を図ることのできるマルチコア伝送に対して分布ラマン増幅技術を容易に適用することができる。また、マルチコア伝送に適用する分布ラマン増幅器10の規模やコスト、消費電力等の低減を図ることもできる。
なお、上述した例では、分布ラマン増幅器10に、反射層14が形成されたマルチコア光ファイバ1を適用した例について説明したが、当該マルチコア光ファイバ1は、集中ラマン増幅器の光増幅媒体に適用してもよい。
集中ラマン増幅器の光増幅媒体に用いるマルチコア光ファイバ1は、マルチコアの高非線形光ファイバであってよい。集中ラマン増幅器の光増幅媒体にマルチコア光ファイバ1を用いても、分布ラマン増幅器10と同様の作用効果を奏することができる。
(マルチモード励起光源の構造例)
次に、図20及び図21を参照して、マルチモード励起光源2の構造例について説明する。図20に例示するように、マルチモード励起光源2は、例示的に、複数の活性層からそれぞれ光を発光可能な半導体レーザダイオード(LD)チップとして構成されてよい。
当該半導体LDチップ2は、例示的に、複数(図20の例では、3つ)のストライプ形状の活性層(以下「ストライプ活性層」と称することがある。)211と、各ストライプ活性層211に対してダブルヘテロ接合を成すクラッド層212と、を備える。
各ストライプ活性層211を挟み込んでいるクラッド層212の一方の面には、例示的に、ストライプ活性層211の長手方向に沿ってストライプ電極(アノード又はカソード)213が各ストライプ活性層211に対応して設けられる。ストライプ電極213が設けられた面とは反対側に位置する、クラッド層212の他方の面には、例示的に、グランド(GND)電極214が設けられる。
ストライプ電極213に、電源215及びドライバ回路216によって電圧を印加して所定値以上の電流を流すと、対応するストライプ活性層211において電子と正孔とが結合して誘導放出が生じて発光する。
ストライプ活性層211が露出している端面は、劈開面と称され、対向する劈開面がファブリペロー光共振器の反射鏡として機能する。したがって、ストライプ活性層211にて発光した光は、劈開面間を反射によって往復することで増幅されて放出される。
ストライプ電極213のそれぞれに電圧を印加すれば、ストライプ活性層211のそれぞれから光が放出される。このような構造を有する半導体LDチップ2を「マルチストライプ励起光源2」と称してもよい。
マルチストライプ励起光源2の各ストライプ活性層211から一方の劈開面を通じて放出される光(便宜的に「LDフロント光」と称する。)を、例えば図21に模式的に示すように、マイクロレンズアレイ217及び集光レンズ218を用いて集光する。これにより、ストライプ活性層211の数に応じた高出力パワーのマルチモード光が1つの半導体LDチップ2によって得られる。
当該マルチモード光を分布ラマン増幅用の励起光として、既述のようにマルチコア光ファイバ1の反射層14よりも内側の領域に結合させることで、高出力パワーのマルチモード励起光をマルチコア光ファイバ1に導入できる。
マルチコア光ファイバ1の反射層14よりも内側の領域は、個々のコア11のコア径よりも大口径である。そのため、個々のコア11にシングルモードの励起光を結合させることに比べれば、遥かに効率良くマルチモード励起光を結合させ易いといえる。
また、個別の半導体LDを複数使用して励起光パワーを高出力化する場合に比して、集光構造を簡易化でき、したがって、個々の半導体LDの精密なアライメント作業等を不要にすることができる。
なお、図21に模式的に例示するように、半導体LDチップ2の、LDフロント光が放出される劈開面とは反対側の他方の劈開面からも、ストライプ活性層211で発光した光が放出されてよい。当該光は、既述の「LDフロント光」に対して「LDバック光」と称してよい。
LDバック光は、LDフロント光と同等の出力光パワーを有すると扱ってよい。したがって、例えば、LDバック光のパワーをモニタし、そのモニタパワーに基づいてドライバ回路をフィードバック制御することで、LDフロント光のパワーを制御してもよい。
当該モニタは、図21に示すように、例示的に、受光器219と、フィードバック制御用の電気回路220と、を用いて実現してよい。受光器219は、例示的に、LDバック光を受光し、その受光パワーに応じた電気信号(例えば、電流)を出力するPD(フォトディテクタあるいはフォトダイオード)であってよい。
電気回路220は、PD219の出力電流を電圧に変換するトランスインピーダンスアンプ(TIA)を含んでよい。TIAの出力電圧に応じて、図20に例示したドライバ回路216からストライプ電極213に印加する電圧を制御することで、マルチストライプ励起光源2の出力光パワーを制御することが可能になる。
(反射層14の希土類添加光ファイバへの適用)
なお、上述したマルチコア光ファイバ1に適用した反射層14は、コアに希土類(例えば、エルビウム)が添加された希土類添加光ファイバ1aに適用してもよい。図22に、その一例を示す。図22は、希土類添加光ファイバ1aの模式的側断面図である。
図22に例示するように、希土類添加光ファイバ1aは、エルビウム等の希土類が添加されたコア11aと、当該コア11aの外周を被覆するクラッド12aと、を備える。クラッド12aの外周に、既述の反射層14を形成してよい。なお、図22に例示する希土類添加光ファイバ1aは、シングルコアファイバであるが、複数のコア11aを有するマルチコア光ファイバであってもよい。
コア11aを伝播する信号光は、マルチモード光であってもよいし(図22参照)、シングルモード光であってもよい。希土類添加光ファイバ1aにマルチモード光の励起光を導入すると、コア11aを伝播する信号光を、マルチモード励起光によって増幅できる。
なお、マルチモード励起光の伝播方向は、信号光の伝播方向と同じ方向でも逆方向でもよい。伝播方向が同じ場合が「前方励起」に相当し、伝播方向が逆方向の場合が「後方励起」に相当する。
マルチモード励起光は、既述のマルチコア光ファイバ1と同様に、放射モードとなった一部の光が、反射層14で反射を繰り返して径方向に縦断しながら希土類添加光ファイバ1aの軸方向に導波される。
したがって、既述のマルチコア光ファイバ1の場合と同様に、マルチモード励起光は、希土類添加光ファイバ1aにおいて、反射層14の内側全領域を縦断しながら導波するため、当該領域全体にわたって励起光パワーが均一に分布し易くなる(図23参照)。
コアを伝播する信号光の励起効率は、希土類添加光ファイバ1aにおいて信号光と励起光とがオーバラップする領域が大きいほど向上する。したがって、励起光パワーの分布を希土類添加光ファイバ1aの径方向に均一化できることで、オーバラップ領域の拡大化を図って信号光の励起効率を向上することが可能になる。励起効率が向上することで、光増幅効率も向上する。
図24に、上述した希土類添加光ファイバ1aを増幅媒体に用いた希土類添加光ファイバ増幅器10aの構成例を示す。図24に示す希土類添加光ファイバ増幅器10aは、例示的に、上述した反射層14が形成された希土類添加光ファイバ1aと、マルチモード励起光源2と、を備える。
希土類添加光ファイバ増幅器10aに適用するマルチモード励起光源2は、特に限定されないが、例示的に、図20及び図21に示したようなマルチストライプ励起光源2を適用してよい。
マルチモード励起光源2は、例示的に、希土類添加光ファイバ1aを伝播する信号光の伝播方向(図24の例では、右方向)と同じ方向にマルチモード励起光を希土類添加光ファイバ1aに導入してよい。したがって、図24の例では、信号光はマルチモード励起光によって前方励起される。
希土類添加光ファイバ1aの信号光の入出力側には、それぞれ、信号光が逆方向に戻ることを防止するアイソレータ311及び312が備えられてよい。アイソレータ311及び312によって希土類添加光ファイバ1aにおいて発振現象が生じることを抑止することが可能である。
マルチモード励起光源の出力光パワー(「マルチモード励起光パワー」と称してよい。)を制御することで、希土類添加光ファイバ1aによる増幅利得を制御できる。増幅利得の制御は、例示的に、希土類添加光ファイバ1aの入出力光パワーのモニタ結果に基づいて実施されてよい。
図24の例では、希土類添加光ファイバ1aへの入力信号光パワーのモニタポイントが一方のアイソレータ311の入力側に設定され、希土類添加光ファイバ1aの出力信号光パワーのモニタポイントが他方のアイソレータ312の出力側に設定されている。
すなわち、一方のアイソレータ311の入力側光伝送路に設けられた分岐カプラ313にて入力信号光が分岐され、分岐光が受光器314にて受光される。また、他方のアイソレータ312の出力側光伝送路に設けられた分岐カプラ315にて出力信号光が分岐され、分岐光が受光器316にて受光される。
ただし、入力モニタポイントに対応する分岐カプラ313と、一方のアイソレータ311と、の配置関係は、互いに入れ替えても構わない。また、他方のアイソレータ312と、出力モニタポイントに対応する分岐カプラ315と、の配置関係も、互いに入れ替えて構わない。
受光器314及び316は、それぞれ、PDであってよく、受光パワーに応じた電気信号(例えば、電流)を制御回路317に出力する。なお、希土類添加光ファイバ1aの出力側(例えば、アイソレータ312の前段)には、自然放出光等の雑音光成分をカットする光フィルタ318が設けられてよい。
制御回路317は、各受光器314及び315からの入力電気信号によって示される、希土類添加光ファイバ1aの入出力光パワー情報を基に、マルチモード励起光源2の出力光パワーレベルを制御できる。これにより、希土類添加光ファイバ1aによる信号光の増幅利得を制御できる。
以上のように、反射層14が形成された希土類添加光ファイバ1aを増幅媒体に用い、マルチコア励起光を当該光ファイバ1aに導入することで、希土類添加光ファイバ1aでの信号光の励起効率を向上でき、ひいては増幅効率を向上することができる。
(まとめ)
以上説明したように、上述した実施形態によれば、以下に例示するいずれかの作用効果を奏することができる。
・光増幅媒体の一例である光ファイバに、光増幅の実効長以上の長さで長手方向にマルチモード光を反射する反射層14を形成することで、反射層14よりも内側の領域を伝播するマルチモード光の伝播ロスを低減することができる。
・反射層14よりも内側の領域にマルチモード励起光を導入することで、マルチモード励起光の伝播ロスを低減し、また、マルチモード励起光のパワー分布を光ファイバの径方向に均一化できる。したがって、信号光の励起効率を向上することができる。よって、例えばマルチコアであっても、シングルコア相当の良好な光増幅特性を実現することができる。例えば、増幅利得の向上やノイズファクタ(NF)の低減を図ることができ、ひいては、光信号雑音比(OSNR)等の向上を図ることができる。
・コアに対して個別的に励起光を導入しなくとも、個々のコアよりも大口径である、反射層14の内側領域に、励起光を一括導入すればよいため、励起光学系の構造やアライメントを簡素化することができる。したがって、光増幅器の低コスト化、小型化、低消費電力化等を図ることができる。
・反射層14の内側領域に励起光を一括導入できればよいので、マルチモード励起光の導入構造は、マルチコア数に依存しない。したがって、マルチコア光ファイバ1本あたりのマルチコア数が増加するほど、光増幅器の低コスト化、小型化、低消費電力化等の効果が大きくなる。
・反射層14が形成された光ファイバであっても、光伝送路としての機能に影響は無い(阻害されない)ため、例えば光伝送システムの初期導入時において分布ラマン増幅が不要な光伝送区間に、反射層14が形成された光ファイバを適用してもよい。その後に当該光伝送区間に分布ラマン増幅を適用することになれば、敷設した反射層14付き光ファイバをそのまま用いて、励起効率の良好な分布ラマン増幅を実現できる。したがって、システムコストの低減を図ることができる。
・光ファイバの材料である石英材料の線膨張係数に一致する(あるいは近い)線膨張係数を有するインバー合金の金属膜を、反射層14の一例として光ファイバに形成することで、反射層の剥離や分離を抑制し、また、光ファイバの機械的強度を向上できる。したがって、応力やストレスによる光ファイバの劣化を回避あるいは抑制することができる。
・マルチコアのそれぞれにシングルモード信号光を導波させる光伝送方式に限らず、マルチコアにマルチモード信号光を導波させて光伝送容量の更なる拡大化を図る光伝送方式に対しても、反射層14を形成したマルチコア光ファイバ1は適用可能であり有用である。マルチコアにマルチモード信号光を伝送する方式において、励起光のモード変換を促進して信号光と励起光とのオーバラップ性の均一化が図れることで、励起効率を飛躍的に向上できる。したがって、OSNRの向上や光増幅器の小型化を図ることができる。
なお、図25に、既述の反射層14を形成した光ファイバの適用範囲及び適用効果についての一覧テーブルの例を示す。図25に例示するように、反射層14は、分布ラマン増幅器、希土類添加光ファイバ増幅器、及び、集中ラマン増幅器のいずれの増幅媒体としての光ファイバに適用してもよい。
増幅媒体がシングルコア及びマルチコアのいずれの光ファイバであっても、マルチモード励起光を導入すれば、コアにシングルモード及びマルチモードのいずれの信号光が伝播するにしても、反射層14によって信号光の励起効率を向上することができる。
1 マルチコア光ファイバ
1a 希土類添加光ファイバ
2,2−1〜2−5 マルチモード励起光源
3,3−1,3−2 コア結合器
4−1〜4−N 光送信器
10 分布ラマン増幅器
11,11a コア
12,12a,13 クラッド
14 反射層
15 樹脂層
21 励起光導入構造
22 集光レンズ
31 メッキ液槽
32 ヒータ部
33 ガイド
34 かくはん機
131−1〜131−M マルチモード励起光導波部
132 V字状の溝(V−groove)
211 活性層(ストライプ活性層)
212 クラッド
213 ストライプ電極
214 グランド(GND)電極
215 電源
216 ドライバ回路
217 マイクロレンズアレイ
218 集光レンズ
219 受光器
220 電気回路
301 光ファイバ(コア結合ファイバ)
302 合波カプラ(CPL)
303 シングルモード励起光源
311,312 アイソレータ
313,315 分岐カプラ
314,316 受光器
317 制御回路
318 光フィルタ
401 ミラー
402 集光レンズ

Claims (7)

  1. 複数のコアと、
    前記複数のコアのそれぞれを覆う第1のクラッドと、
    複数の前記第1のクラッドを覆う第2のクラッドと、
    前記第2のクラッドを覆う、マルチモード光の波長帯域に対して反射特性を有し、ニッケルと鉄との合金であるインバー合金またはニッケルと鉄とコバルトとの合金であるコバール合金の金属膜である反射層と、を備えた光伝送媒体。
  2. 前記コアに、信号光が導入され、
    前記光伝送媒体の前記反射層よりも内側の領域に、前記マルチモード光であるマルチモード励起光が導入される、請求項1に記載の光伝送媒体。
  3. 前記マルチモード励起光は、分布ラマン増幅用の励起光であり、
    前記反射層は、前記信号光が伝播する方向に沿う方向に、少なくとも前記分布ラマン増幅の実効長に相当する長さに亘って形成されている、請求項に記載の光伝送媒体。
  4. 前記インバー合金の金属膜は、無電解メッキを用いて形成された、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光伝送媒体。
  5. 請求項1に記載の光伝送媒体と、
    前記マルチモード光であるマルチモード励起光を出力するマルチモード励起光源と、
    前記光伝送媒体の前記反射層よりも内側の領域に、前記マルチモード励起光源から出力されたマルチモード励起光を導入する励起光導入構造と、
    を備えた、光増幅器。
  6. 前記励起光導入構造は、
    前記光伝送媒体の前記反射層よりも内側の領域に前記マルチモード励起光を導入する複数の励起光導入部を備え、
    前記複数の励起光導入部の一部又は全部に、前記マルチモード励起光源が接続される、請求項に記載の光増幅器。
  7. 前記マルチモード励起光は、分布ラマン増幅用の励起光であり、
    前記反射層は、前記コアに導入される信号光が伝播する方向に沿う方向に、少なくとも前記分布ラマン増幅の実効長に相当する長さに亘って形成されている、請求項5又は6に記載の光増幅器。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11043786B2 (en) * 2017-04-18 2021-06-22 Nec Corporation Multicore fiber amplifier with high power efficiency
FR3068486B1 (fr) * 2017-07-03 2021-10-15 Centre Nat Rech Scient Fibre amplificatrice legerement multimode
WO2019039590A1 (ja) * 2017-08-25 2019-02-28 日本電信電話株式会社 光増幅中継システム、および光増幅器
WO2019198171A1 (en) 2018-04-11 2019-10-17 Nec Corporation Optical amplifier, optical communication system and optical amplification method
JP7064139B2 (ja) * 2018-07-12 2022-05-10 日本電信電話株式会社 光増幅中継システム
WO2020027297A1 (ja) * 2018-08-03 2020-02-06 株式会社フジクラ ブリッジファイバ、マルチコアファイバユニット、多芯ブリッジファイバ、及び、多芯マルチコアファイバユニット
US11327250B1 (en) * 2019-03-08 2022-05-10 Wavefront Research, Inc. Optical interconnect devices
CN109827678A (zh) * 2019-03-14 2019-05-31 哈尔滨工程大学 一种转换荧光发光的温度传感器及其制作方法
US11199668B1 (en) * 2020-07-28 2021-12-14 Cisco Technology, Inc. Coupling multi-channel laser to multicore fiber

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5566196A (en) * 1994-10-27 1996-10-15 Sdl, Inc. Multiple core fiber laser and optical amplifier
JP2002338308A (ja) 2001-05-18 2002-11-27 Mitsubishi Cable Ind Ltd アルミコート石英系光ファイバの製造方法およびアルミコート石英系光ファイバ
DE60217684T2 (de) * 2001-08-30 2007-11-15 Crystal Fibre A/S Optische fasern mit hoher numerischer apertur
JP2005091408A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分散補償器
JP2008141066A (ja) * 2006-12-04 2008-06-19 Hitachi Cable Ltd ファイバレーザ装置用光ファイバ及びファイバレーザ装置
JP2009251376A (ja) 2008-04-08 2009-10-29 Hitachi Cable Ltd 金属被覆光ファイバ及びその製造方法
EP2548056B1 (en) 2010-03-16 2021-05-05 OFS Fitel, LLC Multicore transmission and amplifier fibers and schemes for launching pump light to amplifier cores
US20120224801A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Baker Hughes Incorporated Fiber optic sealing apparatus
JP5727305B2 (ja) * 2011-06-13 2015-06-03 日本電信電話株式会社 光ファイバ増幅器
JP5838748B2 (ja) * 2011-11-15 2016-01-06 富士通株式会社 光伝送システム、励起光供給制御方法及び励起光供給装置
JP2015510253A (ja) * 2011-12-13 2015-04-02 オーエフエス ファイテル,エルエルシー マルチコアエルビウムドープファイバアンプ
JP2013235139A (ja) 2012-05-09 2013-11-21 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバ接続構造、光増幅器の励起光制御方法

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