JP6452242B2 - 光伝送システム、光増幅器及びその励起光制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバを使用した光伝送システムに関し、特に、伝送路に使用される光増幅器及びその励起光制御方法に関する。

光ファイバは、クラッド中にクラッドの屈折率より高い屈折率を有する単一のコア部分を形成し、コア部分を光信号が全反射を繰り返しながら伝搬することで長距離の伝送を行う。光信号の伝送に際して光ファイバの損失によって生じる減衰は、一定距離ごとに介在する光増幅器（例えば、特許文献１参照）によって補償することで、更なる長距離の伝送を行うことが可能となる。

光増幅器には、例えば、希土類添加光ファイバを使用することで、励起光を用いて希土類元素へのエネルギ供給を行い、増幅作用を希土類元素に起させるように構成されている。
光増幅器の励起方法には、図１５に示すように、光ファイバ１に対して、光信号の伝搬元側から励起光を供給することで信号光と励起光が同じ方向に伝搬する前方励起、光信号の伝搬先側から励起光を供給することで信号光と励起光が逆方向に伝搬する後方励起、両方から励起光を供給する双方励起がある。また、励起光は、信号光と一緒に希土類が添加された光ファイバのコア内を伝搬する場合もあれば、信号光とは別にコア外部のクラッド内を伝搬する場合がある。いずれの場合においても、図１６に示すように、励起光が供給される位置から光ファイバの長軸方向に離れるにしたがって、そのパワーは指数的に減衰するという性質がある。

特開２０００−７７７５８号公報

これまで、励起光のパワーを光ファイバの長軸方向に対して自由に制御するためには、励起光が供給される位置を光ファイバの長軸方向に複数設けるように構成する必要があるが、光増幅器としての機構が非常に複雑化してしまうという課題があった。そのため、光増幅器内の励起光パワーを長軸方向に対して制御しようとする試みが行われたことはなかった。

本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、光ファイバを使用した光増幅器において、励起光の供給位置を一か所としながら、光増幅器内の励起光パワーが減衰することなく光ファイバの長軸方向に対して制御可能とする光増幅器及びその励起光制御方法、更には、この光増幅器を使用した光伝送システムを提供することを目的とする。

上述した構造の光増幅器において、励起光が信号光と同じコア内を伝搬してしまうと、励起光のパワーは直接信号光の増幅のために使われてしまうため、励起光パワーを光ファイバの長軸方向に対して制御することはできない。励起光がクラッド内を伝搬している場合であっても、長軸方向における励起光パワーを制御するためには、特別な手段を設ける必要がある。
そこで本発明は、希土類が添加されている光ファイバのコア部分に、励起光を結合する結合手段（例えば、逆結合長周期ファイバグレーティング）を設けることで、励起光がクラッドモードからコアモードに効率的に結合できるようにし、結合手段の後方のコア内における励起光パワーが、結合手段の前方の部分より高くなるように制御する。

すなわち、上記目的を達成するため本発明の請求項１は、希土類元素が添加されたコアを光信号の増幅媒体とし、前記希土類元素を励起状態にするための励起光が前記コアの外側のクラッドを経由して供給される光増幅器において、前記クラッドに供給されクラッドモードで該クラッド内を伝搬している励起光を前記コアのコアモードに結合させる結合手段を備え、前記結合手段は、前記光増幅器の長軸方向に分布して複数設けることを特徴としている。

また、前記結合手段は、前記コアに設けられたグレーティング構造であることを特徴としている。

また、前記コアに設けられたグレーティング構造は、異なる光学特性を備えた複数のグレーティングから成るグレーティング群であることを特徴としている。

請求項２は、請求項１の光増幅器において、前記グレーティング構造は、前記グレーティング群を周期的に繰り返して形成することを特徴としている。

請求項３は、請求項１の光増幅器において、前記結合手段は、前記クラッドに設けられ、前記励起光の伝搬方向に対して傾斜面となるＶ溝で構成されたことを特徴としている。

請求項４は、希土類元素が添加されたコアを光信号の増幅媒体とし、前記希土類元素を励起状態にするための励起光が前記コアの外側のクラッドを経由して供給される光増幅器の励起光制御方法であり、前記クラッドに供給されクラッドモードでクラッド内を伝搬する励起光を、前記コアの長軸方向における任意位置でコアモードに結合させて励起効率を制御することを特徴としている。

また、Ｃバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアモードに結合することで励起効率を制御するとともに、Ｌバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアに漏れ出すクラッド励起により励起を行うことで、前記Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を同時に増幅可能とすることを特徴としている。

請求項５は、請求項４の光増幅器の励起光制御方法において、コアを伝搬する光信号のコアモードが複数存在する場合に、各クラッドモードから各コアモードに結合する結合強度を、各モードペアに対応する結合によって個別に調整することで、コアモード毎の利得を制御することを特徴としている。

請求項６は、請求項４又は請求項５に記載の光増幅器の励起光制御方法において、クラッドモードの励起光のコアモードへの結合は、コアに設けられたグレーティング構造で行われることを特徴としている。

請求項７は、希土類元素が添加されたコアを光信号の増幅媒体とし、前記希土類元素を励起状態にするための励起光が前記コアの外側のクラッドを経由して供給される光増幅器を使用して光信号を伝搬する光伝送システムにおいて、Ｃバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアモードに結合することで励起効率を制御するとともに、Ｌバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアに漏れ出すクラッド励起により励起を行うことで、前記Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を同時に増幅可能とし、伝送路内の光増幅点においてＣバンド帯域とＬバンド帯域の光信号を分離することなく伝送することを特徴としている。

請求項８は、請求項７の光伝送システムにおいて、コアを伝搬する光信号のコアモードが複数存在する場合に、各クラッドモードから各コアモードに結合する結合強度を、各モードペアに対応する結合によって個別に調整することで、コアモード毎の利得を制御しモード間利得偏差の補償を行うことを特徴としている。

請求項１の光増幅器によれば、光増幅器の長軸方向に分布して結合手段を複数設けることにより、光増幅器（光ファイバ）の長軸方向の任意位置において、励起光をクラッドモードからコアモードに効率的に結合させることができる。

また、結合手段をグレーティング構造で構成することで、特定のクラッドモードの励起光を特定のコアモードに結合させることができる。

また、異なる光学特性を備えた複数のグレーティングから成るグレーティング群とすることで、複数の特定のクラッドモードの励起光をコアモードに結合させることができる。

請求項２の光増幅器によれば、グレーティング群を周期的に繰り返して形成することで、クラッドモードの励起光がコアモードに周期的に繰り返し結合されることにより、増幅媒体であるファイバ内における局所的な信号光の利得を、ファイバの長軸方向に対して調整し易くすることができる。

請求項３の光増幅器によれば、結合手段を励起光の伝搬方向に対して傾斜面となるＶ溝で構成することで、クラッド内の傾斜面での反射を使用してクラッドモードの励起光をコアモードに結合させることができる。

請求項４の励起光制御方法によれば、コアの長軸方向における任意位置でコアモードに結合させて励起効率を制御することができる。

また、クラッドモードの励起光のコアモードへの結合と、クラッド励起により励起が同時に行われることで、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を同時に増幅可能とすることができる。

請求項５の励起光制御方法によれば、コアを伝搬する光信号のコアモードが複数存在する（マルチモードである）場合に、コアモード毎の利得の制御を可能とすることで、モード間利得偏差の制御を容易に行うことができる。

請求項６の励起光制御方法によれば、クラッドモードの励起光のコアモードへの結合は、コアに設けられたグレーティング構造で行われる。

請求項７の光伝送システムによれば、クラッドモードの励起光のコアモードへの結合と、クラッド励起により励起が同時に行われることで、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を１台の増幅器で同時に増幅可能とすることができる。

請求項８の光伝送システムによれば、コアを伝搬する光信号のコアモードが複数存在する（マルチモードである）場合に、コアモード毎の利得の制御を可能とすることで、モード間利得偏差の制御を容易に行うことができる。

本発明の実施形態の一例に係る光増幅器の増幅原理を示す構成説明図である。 長周期ファイバグレーティングの透過特性を示すグラフである。 逆結合長周期ファイバグレーティングの透過特性を示すグラフである。 本発明の実施形態の他例に係る光増幅器の増幅原理を示す構成説明図である。 図４の光増幅器の断面説明図である。 光増幅器の実施形態を示す構成説明図である。 励起光パワーの長軸方向依存性を示すグラフである。 Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域を一括して増幅する光増幅器の構成概念図である。 Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の信号光パワーの長軸方向における変化、及び、コア内の励起光パワーの変化を示すグラフである。 Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域を一括して増幅する光伝送システムのモデル図である。 従来技術によるＣ帯域及びＬ帯域を一括して増幅する光伝送システムのモデル図である。 本発明に係るマルチモード光増幅器の構成概念図である。 マルチモード光増幅器を使用したマルチモード光伝送システムのモデル図である。 マルチコアファイバの構造を示す斜視説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ光増幅器の励起方法を示すモデル図である。 光ファイバに供給された励起光の減衰状態を示すグラフである。

本発明に係る光増幅器の増幅原理について、図１を参照しながら説明する。
光増幅器は、長尺円柱状のクラッド１１と、その中心に配置され希土類元素が添加されたコア１３とから成る光ファイバ１０で構成され、コア１３を光信号の増幅媒体とするとともに、クラッド１１の端部に一か所の励起光源（図示せず）からの励起光が供給されることで、クラッド１１内を励起光が伝搬するようになっている。
コア１３には、長軸方向の適宜位置に結合手段２０が形成されている。結合手段２０は、クラッドモードでクラッド１１内を伝搬している励起光をコア１３のコアモードに結合させる作用を備え、例えば逆結合長周期ファイバグレーティング構造で構成されている。

逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０は、コアモードからクラッドモードの特定モードと結合することにより特定波長で放射損失を生じさせる帯域阻止光フィルタとなる長周期ファイバグレーティングについて、逆に特定のクラッドモードからコアモードへ逆結合するように使用するものである。
光ファイバのコアに長周期ファイバグレーティングを作製した場合、コアを伝搬する信号光は、図２に示すように、位相整合条件を満たした特定の波長がコアモードからクラッドモードへ変換放射され損失が発生する。

上述したコア１３の構造によれば、クラッド１１に入射し複数のクラッドモードで伝搬する光は、逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０において特定のクラッドモードの特定波長の光がコア１３内のコアモードに逆結合し、図３に示すように、長周期ファイバグレーティングとは逆の特性が得られる。すなわち、コア１３の逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０において、クラッドモードとして伝搬する励起光の特定波長（共振波長成分）の光がコアモードに逆結合する。

なお、クラッド１１内を伝搬する励起光のクラッドモードはマルチモードであり、複数の伝搬モードが存在し、逆結合長周期グレーティングはそれらのクラッドモードのうち、位相整合条件を満足する特定のクラッドモードのみをコアモードに結合させることになる。
励起光の特定波長がクラッド１１からコア１３内に積極的に透過する構成とすることで、クラッドモードからコアモードに効率的に結合できるようにしている。クラッド１１からコア１３内に透過する光の波長およびクラッドモードは、逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０に形成される周期的な屈折率変調による光学特性に依存する。

すなわち、逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０によるクラッドモードからコアモードへの結合効率、並びに、どのクラッドモードからどのコアモードへ結合させるかは、長周期グレーティングの設計によって変えることが可能な変数であり、グレーティングを設ける長軸方向の位置も変数として自由に選択することが可能である。したがって、複数の逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０をコア１３内に設け、それらの光学特性や設置位置を組み合わせることによって、光ファイバ１０のコア１３内の励起光パワーの長軸方向の分布を任意のプロファイルに制御することが可能となる。

例えば、同一の光学特性を備えた単一のグレーティングをコア１３に分布させて複数設けることで、クラッドを伝搬する一つのクラッドモードの光がコア１３を伝搬するシングルモードに各逆結合長周期ファイバグレーティング構造で結合させることができる。この場合、一定間隔で周期的に繰り返して単一のグレーティングを形成することにより、コア１３に結合する励起光により増幅減衰を繰り返すＣバンド帯域の信号光の場合に、逆結合長周期ファイバグレーティング出口付近での利得を調整し易く（均一な利得を得易く）することができる。

また、コア１３に設けられた逆結合長周期ファイバグレーティング構造は、異なる光学特性を備えた複数のグレーティングから成るグレーティング群（例えば、グレーティングＡ、グレーティングＢ、グレーティングＣ）であってもよい。この場合においても、グレーティング群を周期的に繰り返して（例えば、ＡＢＣ、ＡＢＣの順に）形成することで、コア１３に結合する励起光により増幅減衰を繰り返すＣバンド帯域の信号光の場合に、利得を調整し易くすることができる。

逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０は、光ファイバ１０のコア１３に対して、レーザ光の干渉によって生じる干渉縞を照射することで、干渉縞に基づいてコアの屈折率が周期的に変化するように構成されている。干渉縞は、短波長レーザ光の光路を二分割させた後の干渉（二光束干渉法）や、短波長レーザ光からの照射光が位相マスクを介する干渉（位相マスク法）で得ることができる。
例えば、光ファイバの長軸方向に複数の逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０を作製する場合は、長軸方向に位相マスクをずらしながら製作する。同じ光学特性のグレーティングを作製する場合は同じ位相マスクを使用し、異なる光学特性のグレーティングを作製する場合は異なる位相マスクを使用する。

また、上述した逆結合長周期ファイバグレーティング構造２０に代えて、図４及び図５に示すように、クラッド１１を加工することで形成した結合手段を使用しても良い。この結合手段は、光ファイバ１０のクラッド１１に励起光の伝搬方向に対してＶ字となるＶ溝１５をコア１３近傍位置まで作製する。クラッド１１に励起光の伝搬方向に対して傾斜面となるＶ溝１５が存在することで、Ｖ溝１５の近傍においてクラッドモードの電磁界分布が変化し、コアモードの電磁界分布と重なる部分の範囲が大きくなる。その重なりを通じてクラッドモードからコアモード（シングルモード）への結合が生じ、クラッドモードを伝搬している励起光がコア１３のコアモードを伝搬するようになる。
図４は、クラッドモードからコアモードへの結合を模式的に示したものであり、矢印は結合の様子を幾何学的に模式的に示したものである。

（実施例１）
続いて、光増幅器の具体的な実施例について、図６を参照して説明する。
光増幅器は、希土類元素が添加されたコア１３と、コア１３の外側に形成されたインナークラッド１１と、インナークラッド１１の外側に形成されたアウタークラッド１２とを備えた光ファイバ１０で構成され、コア１３を光信号の増幅媒体とするとともに、インナークラッド１１の端部の一か所に励起光が供給されることで、インナークラッド１１内を励起光が伝搬するように構成されている。尚、この例では、コア１３を伝搬する光信号はシングルモードとなっている。
コア１３の外側に形成されたクラッドについて、インナークラッド１１とアウタークラッド１２との二層構造（デュアルクラッド構造）としたのは、インナークラッド１１内を励起光が伝搬することによる励起光の閉じ込め効率を高めるためである。

コア１３では、LP₀₁モードの励起光によって希土類元素が励起され、LP₀₁モードの信号光が増幅される。LP₀₁モードの信号光は、インナークラッド１１を伝搬する励起光のコア１３への染み出しによっても増幅され得るが、インナークラッド１１からコア１３への染み出しによる励起光パワーは小さいため、それによる利得も小さいものとなってしまい、効率の悪い増幅しかできない。

そこで、本実施例においては、クラッドモードでインナークラッド１１内を伝搬している励起光をコア１３のコアモードに結合させる結合手段として、光増幅器の長軸方向に間隔をおいて分布する光学特性の異なる複数（３個）の逆結合長周期ファイバグレーティング構造２１〜２３をコア１３に作製している。
一番目（左側位置）の逆結合長周期ファイバグレーティング構造２１では、クラッドLP₀₁モードがコアLP₀₁モードに結合されるようになっている。二番目（中央位置）の逆結合長周期ファイバグレーティング構造２２では、クラッドLP₀₂モードがコアLP₀₁モードに結合されるようになっている。三番目（右側位置）の逆結合長周期ファイバグレーティング構造２３では、クラッドLP₀₃モードがコアLP₀₁モードに結合されるようになっている。
上述したモード番号の組み合わせは一例であり、他のモード番号同士の組み合わせであってもよい。

また、本実施例では、希土類元素が添加されたコア１３にグレーティングが書き込まれているが、グレーティングが書き込まれる部分には希土類元素が添加されておらず、その直前後のコア１３には希土類元素が添加されている構成であってもよい。

また、本実施例では、インナークラッド１１への励起光の閉じ込め効率を高めるため、クラッドを二層としたデュアルクラッド構造としているが、単純な一層クラッドで構成してもよい。

図７は、上述した光増幅器で得られるコアLP₀₁モードの励起光パワーの長軸方向の変化を模式的に示したものである。参考のため、通常の前方励起の場合の励起光パワー、及び、通常のクラッド励起の場合の励起光パワーも示す。
この光増幅器では、光学特性の異なる３個の逆結合長周期ファイバグレーティング構造を設けることで、各グレーティング挿入位置で励起光パワーが上昇し、その後に減衰するようになる。励起光パワーのピーク値は、グレーティング挿入位置によって自由に設定することができる。この例では、各グレーティング挿入位置における各ピーク値が異なるようにしているが、全てのグレーティング挿入位置でピーク値を等しくすることも可能である。

光増幅器で得られるコアLP₀₁モードの励起光パワーは、グレーティング挿入位置で励起光パワーが上昇するので、通常のクラッド励起の場合にコアへ染み出してくる励起光パワーに比較して大きな値とすることができる。
また、光増幅器で得られるコアLP₀₁モードの励起光パワーは、通常の前方励起の場合の励起光パワーが指数的に減衰するのに対して、グレーティング挿入位置で自由に励起光パワーを上昇させることができるので、高い励起光パワーを得るとともに、従前方法では得られない単純な指数的減少以外の励起光パワー変化のプロファイルとすることができる。

（実施例２）
図８の光増幅器は、Ｃバンド帯域（１５３０〜１５６５ｎｍ）とＬバンド帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）の光信号の増幅を１台で行う実施例を示す。図６と同じ構成をとる部分については同一符号を付している。
通常のＬバンド増幅器では、比較的長尺の希土類添加ファイバを使用するが、その場合、Ｌバンド帯域では、単位長あたりではＣバンド帯域に比べてかなり小さい希土類添加ファイバの利得が、長尺にわたって累積していくことで最終的には大きな利得が得られるように構成される。この時、Ｃバンド帯域では、希土類添加ファイバの前半の短い部分で既に十分に大きな利得が得られてしまい、信号光のパワーが励起光のパワーよりも大きくなってしまう現象が生じ、後半では信号光パワーが希土類元素に吸収されてしまい、最終的にはＣバンド帯域での利得が得られなくなる。

本実施例では、Ｃバンド帯域の増幅において、信号光が吸収されてしまってＣバンド帯域の利得がなくなるのを防ぐため、コア１３に複数の逆結合長周期ファイバグレーティング群２１〜２４（結合手段）を長軸方向に周期的に分布して作製することで、周期的に大きなパワーの励起光をコア１３内に導入するように構成した。
その結果、Ｌバンド帯域の信号光の利得を得るために長尺の希土類添加ファイバを用いた場合であっても、Ｃバンド帯域の信号光が吸収によって消えずに最後まで残るようにすることで、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の信号光の一括増幅を可能とする。

図９は、光ファイバの長軸方向の関数として示したコア内の励起光パワーの変化、Ｃバンド帯域の信号光パワーの変化、Ｌバンド帯域の信号光パワーの変化をそれぞれ模式的に示したグラフである。
コア１３内の励起光パワーは、光ファイバ１０の各逆結合長周期ファイバグレーティング構造２１〜２４の挿入位置でグラッド１１からの励起光が結合するので励起光パワーが上昇する。
Ｃバンド帯域の信号光パワーは、コア１３内において、結合された励起光パワーを受けて上昇しその後に減衰することを繰り返す。したがって、逆結合長周期ファイバグレーティング構造２１〜２４を周期的に配置することで、周期的に励起光パワーを上昇させて信号光パワーの利得を同じ割合で調整することができる。
Ｌバンド帯域の信号光パワーは、コア１３内において、インナークラッド１１からコア１３へ染み出してくる励起光パワー（クラッド励起）による利得が長尺にわたって累積していくことで最終的には大きな利得が得られるようになる。

（実施例３）
図１０は、図８のＣバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を一括して増幅する光増幅器１０を使用して光伝送システムを構成したものである。
光増幅器１０の入力側に接続された光ファイバ１には、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域波長多重化装置２を介して複数のＣバンド帯域の光送信端局装置３と複数のＬバンド帯域の光送信端局装置３が接続され、光増幅器１０の出力側に接続された光ファイバ１には、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域波長分離装置５を介して複数のＣバンド帯域の光受信端局装置６と複数のＬバンド帯域の光受信端局装置６が接続されている。
この構成の光伝送システムによれば、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域波長多重化装置２により多重化されて光ファイバ１を伝搬する光信号（Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号）に対して、光増幅器１０で一括して増幅することが可能となる。

これに対して従前技術によれば、図１１に示すように、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域波長多重化装置２により多重化されて光ファイバ１を伝搬する光信号に対して増幅作用を行う場合は、Ｃ／Ｌ分離器５１でＣバンド帯域とＬバンド帯域に分離した後に、それぞれの増幅器５０で増幅させ、Ｃ／Ｌ多重器５２で多重化する必要があった。図１１中、図１０と同じ構成をとる部分は同一符号を付している。
本実施例の光伝送システムによれば、図８に示したＣバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を一括して増幅する光増幅器１０を使用することで、Ｃ／Ｌ分離器５１及びＣ／Ｌ多重器５２が不要となるので構成を簡略化でき、伝送システムの構築にかかわるコストを削減することが可能となる。

また、Ｃ／Ｌ分離器５１とＣ／Ｌ多重器５２においては、ＣバンドとＬバンドとの境界部分において、バンド間の干渉を抑圧するためのギャップ（いわゆるガードバンド）を設ける必要があり、ガードバンドに含まれる波長帯域を使用することはできない。これに対して、本実施例ではガードバンドが不要であり、ガードバンドのために波長帯域を無駄にする必要がなくなるという効果がある。

（実施例４）
上述した例では、光ファイバ１０のコア１３内を伝搬する光信号がシングルモードである場合を説明したが、光信号がマルチモードで多モード増幅の場合のマルチモード光増幅器３０を図１２に示す。
この実施例によるマルチモード光増幅器３０では、マルチモードの各モードの利得を制御するため、複数のクラッドモードから複数のコアモードへそれぞれ結合する光学特性の異なる複数の逆結合長周期グレーティング構造３１〜３４をコア１３に設けている。

各逆結合長周期グレーティング群３１〜３４はピッチL1、L2、L3を隔てて作製され、各ピッチは隣接するグレーティングの各周期の広い方より広いピッチを設けることでグレーティング間の干渉を防止する。
個々のグレーティング構造は、それぞれ特定のクラッドモードから特定のコアモードへと励起光を結合させるように構成されている。図１２の例では、一番目の逆結合長周期グレーティング構造３１でクラッドLP₀₁モードがコアLP₀₁モードに、二番目の逆結合長周期グレーティング構造３２でクラッドLP₁₁モードがコアLP₁₁モードに、三番目の逆結合長周期グレーティング構造３３でクラッドLP₀₂モードがコアLP₀₂モードに、四番目の逆結合長周期グレーティング構造３４でクラッドLP₂₂モードがコアLP₂₂モードにそれぞれ結合される。
なお、これはあくまで一例であり、他のモード番号の組み合わせでも構わない。
また、コアモードのそれぞれに対応するグレーティング構造を配置する順番も任意であり、図１２に示す順番での配置は一例に過ぎない。

ある特定のコアモードに結合されるクラッドモードの数も変数の一つであり、例えばコアLP₀₁モードには、クラッドLP₀₁モード、クラッドLP₁₁モード、クラッドLP₂₁モードの三種のモードが結合するという構成も可能である。このような構成をとることで、多モード増幅される任意のコアモードのそれぞれについて、必要な量の励起光パワーを、任意のクラッドモードから相互に独立に供給することで結合強度を調整できるので、多モード増幅器のモード間利得偏差の制御を容易に行うことができる。

（実施例５）
図１３は、図１２に示した、コア１３内を伝搬するマルチモードの光信号を一括して多モード増幅するマルチモード光増幅器３０を使用して光伝送システムを構成したものである。
マルチモード光増幅器３０の入力側に接続された光ファイバ１には、波長多重化装置２及びモード多重化装置を介して複数の光送信端局装置３が接続され、マルチモード光増幅器３０の出力側に接続された光ファイバ１には、波長分離装置５及びモード分離装置を介して複数の光受信端局装置６が接続されている。図１３中、図１０と同一の構成をとる部分は、同一符号を付している。
この実施例によれば、マルチモード光増幅器３０を使用することで、多モード増幅される任意のコアモードのそれぞれについて、必要な量の励起光パワーを、任意のクラッドモードから相互に独立に供給することができるので、これまで実現が困難であったモード間の利得偏差を等化したマルチモード光伝送システムの実現が可能となる。

上述した光増幅器の各実施例は、全てクラッド中のコア部分が単一の場合であったが、図１４に示すような、クラッド１１中に複数のコア１３が存在している、いわゆるマルチコアファイバ４０においても各コア１３に逆結合長周期グレーティング構造２０を分布させて設けることで、各コア１３について同様の効果を得ることが可能である。

マルチコア光ファイバ４０は、円柱状に形成されたクラッド１１中に、軸方向に沿った複数のコア１３を有している。マルチコア光ファイバ４０に内在する複数のコア１３は、クラッド１１の屈折率より高い屈折率で形成され、マルチコア光ファイバ４０の中心軸に対して同心円状に配置されている。この例では、中心軸の周囲に６個のコア１３が同心円状にそれぞれ等間隔に配置されている。

マルチコア光ファイバ４０にグレーティング構造を作製するに際して、干渉縞による焦点面（高いコントラストが得られる範囲）は、照射方向に１０ミクロン程度であり、マルチコア光ファイバ４０の全てのコア１３に同時に干渉縞焦点面を位置させることは不可能である。そこで、各コア１３にグレーティング構造を作製するためには、各コア１３の空間的な位置と、干渉縞焦点面の位置とを相対的に変化させながらレーザ光の照射を行うことが必要となる。

各コア１３の空間的な位置と、干渉縞焦点面の位置とを相対的な変化は、例えば、マルチコア光ファイバ４０について中心軸を中心に回転させることで、中心軸に対して同心状に配置された各コア１３に干渉縞焦点面を位置させるようにして、全てのコア１３へ逆結合長周期ファイバグレーティング構造を順次形成する。

上述した各光増幅器によれば、希土類が添加されている光ファイバのコア１３に、クラッドモードからコアモードへ励起光を結合するための結合手段２０（例えば、逆結合長周期ファイバグレーティング構造）を設けることで、励起光がクラッドモードからコアモードに効率的に結合できるようにし、励起光パワーが減衰することなく光ファイバの長軸方向に対して制御することができる。

１…光ファイバ、 ２…波長多重化装置、 ３…光送信端局装置、 ５…波長分離装置、 ６…光受信端局装置、 ８…モード多重化装置、 ９…モード分離装置、 １０…光増幅器（光ファイバ）、 １１…クラッド（インナークラッド）、 １２…アウタークラッド、 １３…コア、 １５…Ｖ溝、 ２０…結合手段（逆結合長周期ファイバグレーティング構造）、 ２１〜２４…逆結合長周期ファイバグレーティング群、 ３０…マルチモード光増幅器（光ファイバ）、 ３１〜３４…逆結合長周期ファイバグレーティング群、 ４０…マルチコア光ファイバ（光ファイバ）。

Claims (8)

1. 希土類元素が添加されたコアを光信号の増幅媒体とし、前記希土類元素を励起状態にするための励起光が前記コアの外側のクラッドを経由して供給される光増幅器において、
   前記クラッドに供給されクラッドモードで該クラッド内を伝搬している励起光を前記コアのコアモードに結合させる結合手段を備え、
   前記結合手段は、前記光増幅器の長軸方向に分布して前記コアに複数設けたグレーティング構造であり、
   前記コアに設けられたグレーティング構造は、異なる光学特性を備えた複数のグレーティングから成るグレーティング群である
   ことを特徴とする光増幅器。
2. 前記グレーティング構造は、前記グレーティング群を周期的に繰り返して形成する請求項１に記載の光増幅器。
3. 前記結合手段は、前記クラッドに設けられ、前記励起光の伝搬方向に対して傾斜面となるＶ溝で構成された請求項１に記載の光増幅器。
4. 希土類元素が添加されたコアを光信号の増幅媒体とし、前記希土類元素を励起状態にするための励起光が前記コアの外側のクラッドを経由して供給される光増幅器において、
   前記クラッドに供給されクラッドモードでクラッド内を伝搬する励起光を、前記コアの長軸方向における任意位置でコアモードに結合させて励起効率を制御し、
   Ｃバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアモードに結合することで励起効率を制御するとともに、
   Ｌバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアに漏れ出すクラッド励起により励起を行うことで、
   前記Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を同時に増幅可能とする
   ことを特徴とする光増幅器の励起光制御方法。
5. コアを伝搬する光信号のコアモードが複数存在する場合に、各クラッドモードから各コアモードに結合する結合強度を、各モードペアに対応する結合によって個別に調整することで、コアモード毎の利得を制御する請求項４に記載の光増幅器の励起光制御方法。
6. クラッドモードの励起光のコアモードへの結合は、コアに設けられたグレーティング構造で行われる請求項４又は請求項５に記載の光増幅器の励起光制御方法。
7. 希土類元素が添加されたコアを光信号の増幅媒体とし、前記希土類元素を励起状態にするための励起光が前記コアの外側のクラッドを経由して供給される光増幅器を使用して光信号を伝搬する光伝送システムにおいて、
   Ｃバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアモードに結合することで励起効率を制御するとともに、
   Ｌバンド帯域の光信号については、前記クラッド内を伝搬する励起光がコアに漏れ出すクラッド励起により励起を行うことで、
   前記Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域の光信号を同時に増幅可能とし、
   伝送路内の光増幅点においてＣバンド帯域とＬバンド帯域の光信号を分離することなく伝送することを特徴とする光伝送システム。
8. コアを伝搬する光信号のコアモードが複数存在する場合に、各クラッドモードから各コアモードに結合する結合強度を、各モードペアに対応する結合によって個別に調整することで、コアモード毎の利得を制御しモード間利得偏差の補償を行う請求項７に記載の光伝送システム。